高精度轴承关键部件精密超精密加工技术
超精密加工技术结课作业
超精密加工技术结课作业摘要超精密加工技术是现代机械制造业中先进制造技术最主要的发展方向，已经成为在全球市场竞争中取胜的关键技术，体现了一个国家的综合国力。
超精密加工技术已直接影响到一个国家尖端科技和国防工业的发展，发展国防航空工业，研发高端精密仪器设备等都需要具有超精密加工技术的制造设备。
同时超精密加工技术也代表了现代制造技术的前沿，是发展未来先进制造技术的基础，因此，发展超精密加工技术受到了世界各国的高度重视。
目前，超精密加工技术的发展趋势是：高精度、高效率、高稳定性、高自动化。
随着时代的发展，现在超精密加工技术日趋成熟，主要分为超精密切削、超精密磨削、超精密特种加工等。
虽然超精密加工迄今尚无确切的定义，但是它仍然在向更高的层次发展。
我相信在人类的创新思维以及先进制造模式的促进下，超精密技术必定会得到不断的完善。
关键词：先进制造技术超精密加工加工精度加工类型发展趋势1概述通常，按加工精度划分，机械加工技术可分为一般加工、精密加工、超精密加工三种，随着时代的发展和社会的进步，先进制造技术不断革新，超精密加工技术的发展已是社会所趋。
超精密加工技术，在现代机械制造业中占据着重要地位，在提高机械产品的性能、质量，提高其稳定性和可靠性，提高生产效率等方面发挥着至关重要的作用。
超精密加工是一个十分广泛的加工领域，它包括了所有能使零件的形状、位置和尺寸精度达到微米和亚微米范围的机械加工方法，一般主要指加工精度为0.1µm，表面粗糙度小于Ra0.01µm的加工方法，同时目前超精密加工也正在向纳米级加工技术发展。
目前，超精密加工的核心技术主要掌握在西方发达国家手中，在超精密加工技术领域处于领先地位的国家主要是美国、英国和日本。
美国是开始超精密加工技术研究最早的国家，也是迄今在超精密加工仍处于领先地位的国家。
英国的克兰菲尔德精密工程研究所在超精密加工方面的研究成果也是享誉全球，是当今世界上超精密工程的研究中心之一。
精密加工技术-概述
光整加工原理
光整加工的目的
光整加工的目的是提高工件表面质量，降低表面粗糙度，去除表 面划痕、微观裂纹等缺陷。
光整加工方法
光整加工方法包括研磨、抛光、刷光、超精加工等。根据工件的材 料和表面质量要求选择合适的方法。
光整加工材料与工具
光整加工中使用的材料和工具包括研磨剂、抛光轮、刷光轮等，其 质量和选择直接影响光整加工的效果。
精密加工技术在集成电路制造中发挥着重要作用，可以用于制造芯片和封装测试等环节，提高集成电 路的性能和可靠性。
电子元器件制造
精密加工技术可以用于制造各种电子元器件，如电容、电感、电阻等，提高元器件的精度和稳定性。
医疗器械领域的应用
人工关节制造
精密加工技术可以用于制造人工关节，如髋关节、膝关节等，提高关节的匹配度和使用 寿命。
加工过程的智能控制
1 2
实时监测与反馈控制
通过传感器和检测设备实时监测加工过程，对加 工参数进行实时调整，提高加工精度和稳定性。
机器学习与人工智能
利用机器学习和人工智能技术对加工数据进行处 理和分析，实现加工过程的智能优化和控制。
3
虚拟仿真与预测
通过虚拟仿真技术预测加工过程和结果，对加工 参数进行优化，减少试制和试验成本。
精密加工技术-概述
contents
目录
• 精密加工技术简介 • 精密加工技术的基本原理 • 精密加工的关键技术 • 精密加工技术的未来发展 • 精密加工技术的应用前景
01
精密加工技术简介
定义与特点
定义
精密加工技术是指在加工过程中 ，通过高精度和高效率的方法， 将原材料转化为具有特定形状、 尺寸和表面质量的产品的技术。
03
精密加工的关键技术
精密和超精密加工的机床设备
高精度、高效率、高表面质量、 低误差、低能耗等。
应用领域
01
02
03
04
航空航天
制造飞机发动机叶片、涡轮盘 等关键部件。
汽车制造
加工发动机缸体、曲轴等精密 零部件。
能源领域
制造核聚变反应堆中的超导线 圈、太阳能电池板等。
医疗器械
制造人工关节、牙科种植体等 医疗器件。
发展历程与趋势
发展历程
从20世纪50年代开始，精密和超精密加工技术经历了从简单磨削 到复杂切削，再到超精密切削的发展过程。
航空航天领域的应用案例
案例一
某航空发动机制造企业使用超精密加 工机床，对涡轮叶片进行高精度磨削 和抛光，提高了发动机性能和可靠性 。
案例二
某飞机制造企业采用精密加工机床， 对机身结构件进行高精度切割和加工 ，确保飞机整体装配精度和质量。
汽车工业领域的应用案例
案例一
某汽车零部件制造企业使用精密加工 机床，对发动机缸体进行高精度加工， 提高缸体质量和性能，降低发动机故 障率。
柔性化
为了满足多品种、小批量生产的需求，未来精密和超精密加工机床将采用模块化设计、可 重构制造系统等技术，提高机床的加工范围和适应能力。
新材料、新工艺的应用
新材料
随着新材料技术的发展，未来精密和超精密加工机床将采用新型高强度、高硬 度、轻质材料，提高加工效率和加工质量。
ห้องสมุดไป่ตู้新工艺
为了满足复杂形状和特殊材料的加工需求，未来精密和超精密加工机床将采用 新的切削工艺、光整加工工艺和复合加工工艺等，提高加工精度和表面质量。
伺服驱动技术
采用先进的伺服驱动技术， 实现高精度的位置控制和 速度控制。
插补算法
精密和超精密加工技术
1、通常将加工精度在0.1-1um、加工表面粗糙度R在0.02-0.1um之间的加工方法称为精密加工。
而将加工精度高于0.1um、加工表面粗糙度R小于0.01um的加工方法称为超精密加工。
2、提高加工精度的原因：提高制造精度后可提高产品的性能和质量，提高其稳定性和可靠性；促进产品的小型化；增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配。
3、精密和超精密加工目前包含三个领域：超精密切削；精密和超精密磨削研磨‘精密特种加工。
4、金刚石刀具的超精密切削加工技术，主要应用于两个方面：单件的大型超精密零件的切削加工和大量生产的中小型零件的超精密切削加工技术。
5、金刚石刀具有两个比较重要的问题：晶面的选择；切削刃钝圆半径。
6、超稳定环境条件主要是指恒温、防振、超净和恒湿五个方面的条件。
7、我国应开展超精密加工技术基础的研究，其主要内容包括以下四个方面：1）超精密切削、磨削的基本理论和工艺。
2）超精密设备的关键技术、精度、动特性和热稳定性。
3）超精密加工的精度检测、在线检测和误差补偿。
4）超精密加工的环境条件。
5）超精密加工的材料。
8、超精密切削实际选择的切削速度，经常是根据所使用的超精密机床的动特性和切削系统的动特性选取，即选择振动最小的转速。
9、超精密切削实际能达到的最小切削厚度和金刚石刀具的锋锐度、使用的超精密机床的性能状态、切削时的环境等都直接有关。
10、为实现超精密切削，刀具应具有如下性能：1）极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量，以保证刀具有很长的寿命和很高的尺寸耐用度。
2）切削刃钝圆能磨得极其锋锐，切削刃钝圆半径r值极小，能实现超薄切削厚度。
3）切削刃无缺陷，切削时刃形将复印在加工表面上，能得到超光滑的镜面。
4）和工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦因素低，能得到极好的加工表面完整性。
11、SPDT——金刚石刀具切削和超精密切削。
12、晶体受到定向的机械力作用时，可以沿平行于某个平面平整地劈开的现象称为解理现象。
精密和超精密加工技术现状和发展趋势
精密和超精密加工技术现状和发展趋势1.引言国际上在超精密加工技术方面处于领先地位的国家有美国、德国和日本发达国家中，美国、日本、德国等在高技术领域（如国防工业、集成电路、信息技术产业等）之所以一直领先，与这些国家高度重视和发展精密、超精密制造技术有极其重要的关系。
由于加工技术水平的发展，精密和超精密加工划分的界限逐渐向前推移，但在具体数值上没有确切的定义。
被加工零件的尺寸精度在 1.0～0.1μm，表面粗糙度Ra在0.1～0.03μm之间的加工方法称为精密加工。
超精密加工当前是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01μm的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展超精密加工技术主要包括:超精密加工的机理,超精密加工的设备制造技术,超精密加工工具及刃磨技术,超精密测量技术和误差补偿技术,超精密加工工作环境条件。
2.发展现状美国是开展研究最早的国家，也是迄今处于世界领先地位的国家。
早在50年代末，由于航天等尖端技术发展的需要，美国首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床，用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面、非球面大型零件。
20世纪80年代后期,美国通过能源部“激光核聚变项目”和陆、海、空三军“先进制造技术开发计划”,对超精密金刚石切削机床的开发研究,投入了巨额资金和大量人力,实现了大型零件的微英寸超精密加工。
如美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室已经研制出一台大型光学金刚石车床(Large Op tics Diam ond Turn ing Machine, LODTM ), 是一台最大加工直径为1.63m的立式车床,定位精度可达28nm,借助在线误差补偿能力,它已实现了距离超过1m而直线度误差只有±25nm 的加工。
在美国能源部支持下，LLI实验室和Y-12工厂合作，与1983年成功地研制出大型超精密金刚石车床(DTM—3型)。
第5章 精密、超精密加工技术
• 和表面粗糙度的检验，而且要测量加工设备 的精度和基础零部件的精度。 • 高精度的尺寸和几何形状可采用分辨率为 0.1~0.01µ m，的电子测微计、分辨率为 0.01~0.001µ m的电感测微仪或电容测微仪来 测量。圆度还可以用精度为0.01µ m的圆度仪 来测量。
加工设备必须具有高精度的主轴系统、进给 系统（包括微位移装臵），现在的超精密车 床，其主轴回转精度可达0.02µ m，导轨直线 度可达1000000：0.025，定位精度可达 0.013µ m，进给分辨率可达0.005µ m。其回转 零件应进行精密的动平衡。
• 2）高刚度
• 包括静刚度和动刚度，不仅要注意零件本身
• 精密和超精密磨料加工是利用细粒度的磨粒 和微粉主要对黑色金属、硬脆材料等进行加 工，按具体地加工方法分为精密和超精密磨 削,加工精度可达5~0.5µ m，表面粗糙度 Ra0.05~0.008µ m）；精密和超精密研磨（加 工精度可达10~0.1µ m，表面粗糙度 Ra0.01~0.008µ m）；
合金等刀具进行精密和超精密切削，这些刀
具材料的切削效果不如金刚石，但能加工黑
色金属。对黑色金属等硬脆材料的精密加工
和超精密加工，一般多采用磨削、研磨、抛
光等方法。
• 精密和超精密磨削时，通常采用粒度240#~W7
或更细的白刚玉或铬刚玉磨料和树脂结合剂
制成的紧密组织砂轮，经金刚石精细修整后
• 进行加工。
• 出现了精密电火花加工、精密电解加工、精
密超声波加工、分子束加工、电子束加工、
离子束加工、原子束加工、激光加工、微波
加工、等离子体加工、光刻、电铸及变形加
工等。
• 4.复合加工
• 复合加工是将几种加工方法叠合在一起，发 挥各种加工方法的长处，达到高质量（加工
超精密加工机床的关键部件技术
超精密加工机床的关键部件技术哈尔滨工业大学盖玉先董申1 引言超精密加工机床的研制开发始于20世纪60年代。
当时在美国因开发激光核聚变实验装置和红外线实验装置需要大型金属反射镜，因而急需开发制作反射镜的超精密加工技术。
以单点金刚石车刀镜面切削铝合金和无氧铜的超精密加工机床应运而生。
1980年美国在世界上首次开发了三坐标控制的M-18AG非球面加工机床，它标志着亚微米级超精密加工机床技术的成熟。
日本的超精密加工机床的研制开发滞后于美国20年。
从1981～1982年首先开发的是多棱体反射镜加工机床，随后是磁头微细加工机床、磁盘端面车床，近来则是以非球面加工机床和短波长X线反射镜面加工机床为主。
德国、荷兰以及中国台湾的超精密加工机床技术也都处于世界先进水平。
我国的超精密加工机床的研制开发工作虽起步比较晚，但经过广大精密工程研究人员的不懈努力，已取得了可喜的成绩。
哈尔滨工业大学精密工程研究所研制开发的HCM-Ⅰ超精密加工机床，主要技术指标达到了国际水平。
国外部分超精密加工机床和HCM-Ⅰ超精密加工机床的性能指标如表1所示。
本文主要论述超精密加工机床的关键部件技术。
2 主轴系统超精密加工机床的主轴在加工过程中直接支持工件或刀具的运动，故主轴的回转精度直接影响到工件的加工精度。
因此可以说主轴是超精密加工机床中最重要的一个部件，通过机床主轴的精度和特性可以评价机床本身的精度。
目前研制开发的超精密加工机床的主轴中精度最高的是静压空气轴承主轴(磁悬浮轴承主轴也越来越受到人们的重视，其精度在迅速得到提高)。
空气轴承主轴具有良好的振摆回转精度。
主轴振摆回转精度是除去轴的圆度误差和加工粗糙度影响之外的轴心线振摆，即非重复径向振摆，属于静态精度。
目前高精度空气轴承主轴回转精度可达0.05μm，最高可达0.03μm，由于轴承中支承回转轴的压力膜的均化作用，空气轴承主轴能够得到高于轴承零件本身的精度。
例如主轴的回转精度大约可以达到轴和轴套等轴承部件圆度的1/15～1/20。
精密和超精密加工技术考试题
1.精密和超精密加工目前包括三个领域：超精密切削，精密和超精密磨削研磨，精密特种加工。
2.金刚石刀具有两个比较重要的问题：一是晶面的选择，再就是金刚石刀具的研磨质量----切削刃钝圆半径r n 。
3.最近出现的隧道扫描显微镜的分辨率为0.01nm，是目前世界上精度最高的测量仪，可用于测量金属和半导体零件表面的原子分布的形貌。
最新的研究证实，在扫描隧道显微镜下可移动原子，实现精密工程的最终目标----原子级精密加工。
4.用金刚石刀具进行超精密切削，用于加工铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料。
5.超精密切削时，切削速度并不受刀具寿命的制约，这点和普通的切削规律不同的。
6.超精密切削实际是根据所使用的超精密机床的动特性和切削系统的动特性选取，即选择振动最小的转速。
7.超精切削时，积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力小，和普通切削切钢时的规律正好相反。
8.超精密切削时，加工表面粗超度是直接和积屑瘤的高度有关，即积屑瘤高度大，表面粗糙度大；积屑瘤小时加工表面粗糙度艺小。
9.使用切削液后，已消除了积屑瘤对加工表面粗糙度的影响，这是切削速度已和加工表面粗糙的无关，这种情况和普通切削时切刚的规律不同。
10.超精密切削加工表面层的残留应力，也是表面质量的重要标志。
它不仅影响材料的疲劳强度和耐磨性，而且影响加工零件的长期尺寸稳定性。
11.超精密切削实际能达到的最小切削厚度和金刚石刀具的锋锐度、使用的超精密机床的性能状态、切削时的环境条件等都直接有关。
12.实验结果是在两把刀都比较锋锐的情况下获得的。
可以看到No1车刀（前后为（100）晶面）和No2车刀（为（110）晶面）的加工表面粗糙度相差不多。
13.用（100）晶面的No1车刀切出的表面层残余应力小于用（110）晶面的No2车刀所切出的，特别是切向残余应力。
14.（简答）从金刚石的物理性能看，它有甚高的硬度、较高的热导率、和有色金属间摩擦因数低、开始氧化的温度较高，这些都是超精密切削刀具所要求的。
超精密加工技术
超精密加工技术----发展及对策超精密加工技术，是现代机械制造业最主要的发展方向之一。
在提高机电产品的性能、质量和发展高新技术中起着至关重要的作用，并且已成为在国际竞争中取得成功的关键技术。
超精密加工是指亚微米级(尺寸误差为0.3～0.03μm，表面粗糙度为Ra0.03～0.005μm)和纳米级(精度误差为0.03μm，表面粗糙度小于Ra0.005μm)精度的加工。
实现这些加工所采取的工艺方法和技术措施，则称为超精加工技术。
加之测量技术、环境保障和材料等问题，人们把这种技术总称为超精工程。
超精密加工主要包括三个领域：1、超精密切削加工如金刚石刀具的超精密切削，可加工各种镜面。
它已成功地解决了用于激光核聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜的加工。
2、超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盘的涂层表面加工和大规模集成电路基片的加工。
3、超精密特种加工如大规模集成电路芯片上的图形是用电子束、离子束刻蚀的方法加工，线宽可达0.1μm。
如用扫描隧道电子显微镜(STM)加工，线宽可达2～5nm。
国外概况美国是最早研制开发超精密加工技术的国家。
早在1962年，美国就开发出以单点金刚石车刀镜面切削铝合金和无氧铜的超精密半球车床，其主轴回转精度为0.125μm，加工直径为φ100mm的半球，尺寸精度为±0.6μm，粗糙度为Ra0.025μm。
1984年又研制成功大型光学金刚石车床，可加工重1350kg，φ1625mm的大型零件，工件的圆度和平面度达0.025μm，表面粗糙度为Ra0.042μm。
在该机床上采用多项新技术，如多光路激光测量反馈控制，用静电电容测微仪测量工件变形，32位机的CNC系统，用摩擦式驱动进给和热交换器控制温度等。
美国利用自己已有的成熟单元技术，只用两周的时间便组装成了一台小型的超精密加工车床(BODTM型)，用刀尖半径为5～10nm的单晶金刚石刀具，实现切削厚度为1nm (纳米)的加工。
尽管如此，最近美国政府还是继续把微米级和纳米级的加工技术作为国家的关键技术之一，这足以说明美国对这一技术的重视。
精密与超精密加工技术PPT课件
金刚石的热传导率是矿物中最大的，切削加工中发热量非常小。
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精密与超精密加工技术
天然金刚石的加工多采用研磨加工方法，通常采用空气轴承 研磨机，由于振动小，可达到很低的粗糙度和极小的刃口半径。
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ห้องสมุดไป่ตู้
精密与超精密加工技术
1）刀尖的磨损 在切削距离到达100km以前，后刀面磨损急剧上升，以后磨损逐渐减
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精密与超精密加工技术
（1）超精密磨削表面的形成机制
超精密磨削获得的极低的表面粗糙度，主要靠砂轮精细修整得到的大量的、 等高性很好的微刃来实现微量切削作用。
(1) 对产品高质量的追求 (2) 对产品小型化的追求 (3) 对产品高可靠性的追求 (4) 对产品高性能的追求
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精密与超精密加工技术
国际知名超精密加工研究单位与企业主要有： 美国LLNL实验室和Moore公司 英国Granfield大学和Tayler公司 德国Zeiss（蔡司）公司和Kugler公司 日本东芝机械、丰田工机和不二越公司等
3
精密与超精密加工技术
世界发达国家均予以高度重视。最近启动的研究 计划包括 ：
美国的NNI(National nanotechnologyinitiative)纳米计划 英国的多学科纳米研究合作计划IRC(Interdisciplinary research collaboration in nanote-chnology)， 日本的纳米技术支撑计划
精密与超精密加工技术
1
内容
1、超精密加工技术概述 2、超精密加工技术的发展历程 3、超精密加工的范畴 4、超精密加工的主要研究领域 5、超精密加工的主要方法 6、超精密加工的发展趋势
精密与超精密加工技术综述
就先进制造技术的技术实质性而论，主要有精密和超精密加工技术和制造自动化两大领域1。
前者包括了精密加工、超精密加工、微细加工，以及广为流传的纳米加工，它追求加工上的精度和表面质量的极限，可统称为精密工程；后者包括了设计、制造和管理的自动化，它不仅是快速响应市场需求、提高生产率、改善劳动条件的重要手段，而且是提高产品质量的有效方式。
两者有密切联系，许多精密和超精密加工要靠自动化技术才能达到预期目标，而不少制造自动化则有赖于精密加工才能达到设计要求。
精密工程和制造自动化具有全局性的、决策性的作用，是先进制造技术的支柱。
精密和超精密加工与国防工业有密切关系。
导弹是现代战争的重要武器，其命中精度由惯性仪表的精度所决定，因而需要高超的精密和超精密加工设备来制造这种仪表。
例如，美国“民兵”型洲际导弹系统的陀螺仪其漂移率为0.03～0.05°/h，加速度计敏感元件不允许有0.05μm的尘粒，它的命中精度的圆概率误差为500m；MX战略导弹(可装载10个核弹头)，由于其制导系统陀螺仪精度比“民兵—Ⅲ”型导弹要高出一个数量级，因而其命中精度的圆概率误差仅为50～150m。
对射程4000km的潜射弹道导弹，当潜艇的位置误差对射程偏差的影响为400m、潜艇速度误差对射程偏差的影响为800m、惯性平台的垂直对准精度对射程偏差的影响为400m时，要求惯性导航的陀螺仪的漂移精度为0.001°/h、航向精度在1′以上、10小时运行的定位精度为0.4～0.7海里，因此，陀螺元件的加工精度必须达到亚微米级，表面粗糙度达到Ra0.012～0.008μm。
由此可知，惯性仪表的制造精度十分关键。
如1kg重的陀螺转子，其质量中心偏离其对称轴为0.5nm时，就会造成100m的射程误差和50m的轨道误差；激光陀螺的平面反射镜的平面度为0.03～0.06μm，表面粗糙度要求为Ra0.012μm以上；红外制导的导弹，其红外探测器中接受红外线的反射镜，其表面粗糙度要求达到Ra0.015～0.01μm［2］。
超精密加工技术概述
超精密加工技术概述摘要：随着社会的发展，工业产品精细化程度逐步提高，传统的机械加工技术已经远远不能满足人们的需求，机械加工向着更高精度的方向发展。
本文主要介绍超精密加工技术的产生背景、概念、国内外的发展状况、几种超精密加工技术和对未来超精密加工技术发展的展望。
关键词：超精密加工技术背景概念发展状况发展趋势一.产生的背景制造技术的发展已经有几千年的历史，石器时代、铜器时代、铁器时代都有着制造技术发展的足迹。
直至近代，随着第一次工业革命的完成，传统的机械制造技术出现了，传统的机械加工技术主要包括车削、铣削、钻削和磨削。
随着人类社会的进一步发展，现代科学技术的迅猛发展，机械工业、电子工业、航空航天工业、化学工业等，尤其是国防工业部门，要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、大功率、小型化方向发展，以及在高温、高压、重载荷或腐蚀环境下长期可靠地工作。
为了适应这些要求，各种新结构、新材料和复杂形状的精密零件大量出现，其结构和形状越来越复杂，材料的性能越来越强韧，对精度要求越来越高，对加工表面粗糙度和完整性要求越来越严格，使机械制造面临着一系列严峻的任务：（1）解决各种难切削材料的加工问题。
如硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、金刚石、石英以及锗、硅等各种高硬度，高强度、高韧性、高脆性的金属及非加工。
（2）解决各种特殊复杂型面的加工问题。
如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、发动机机匣、锻压模等的立体成型表面，各种冲模、冷拔模等特殊断面的型孔，炮管内膛线、喷油嘴，喷丝头上的小孔、窄缝等的加工。
（3）解决各种超精密、光整零件的加工问题。
如对表面质量和精度要求很高的航天航空陀螺仪、精密光学透镜、激光核聚变用的曲面镜、高灵敏度的红外传感器等零件的精细表面加工，形状和尺寸精度要求在0．1皮米以上，表面粗糙度尺寸要求在0．01微米以上。
（4）特殊零件的加工问题。
如大规模集成电路、光盘基片、复印机和打印机的感光鼓、微型机械和机器人零件、细长轴、薄壁零件、弹性元件等低刚度零件的加工。
精密加工 第二讲 精密超精密加工
精密与特种加工
主切削力FZ——它垂直于水
平面，通常与切削速度的方 向一致，在一般切削情况下，
该分力最大。 径向切削力 FY——它在基面
内，并与进给方向相垂直。 FY 是沿切削深度方向上的分 力，它不做功，但能使工件
HIGH EDUCATION PRESS
精密与特种加工
精密切削研究最早从金刚石车削开始——金刚 石铣削——金刚石镗削，来加工型面和内孔。刀具 材料从金刚石刀具材料——立方氮化硼、复合陶瓷 等。
HIGH EDUCATION PRESS
精密与特种加工
HIGH EDUCATION PRESS
精密与特种加工
HIGH EDUCATION PRESS
精密与特种加工
切入角
过渡切削过程
HIGH EDUCATION PRESS
精密与特种加工
过渡切削：切削时，刀具的切削刃与工件表面存 在的关系。 弹性滑动——塑性滑动——切削——塑性滑动—— 弹性滑动 零件的最终工序的最小切入深度应小于或等于零件 的加工精度。因此最小切入深度反应加工精度。 在精密切削中，采用的是微量切削方法，切入深度 较小，切削功能主要由刀具切削刃的刃口圆弧承担，能 否从被加工材料上切下切屑，主要取决于刀具刃口圆弧 处被加工材料质点受力情况。
HIGH EDUCATION PRESS
精密与特种加工
性
质
用
途
自然界中存在的最硬物质,熔 经仔细琢磨后，成为装饰 品——钻石。 点高。 无色透明、正八面体形状的 固体，加工后有夺目光泽。 划玻璃、切割大理石、加工 坚硬的金属，装在钻探机的钻头 钻凿坚硬的岩层。
HIGH EDUCATION PRESS
超精密加工的关键技术及发展趋势
2008年第3期57汽车工艺与材料 AT&M1 超精密加工的技术范畴由于加工技术水平的发展，超精密加工划分的界限逐渐向前推移，但在具体数值上没有固定的界定。
根据目前技术水平及国内外专家的看法，对中小型零件的加工形状误差△和表面粗糙度R a 的数量级可分为以下档次。
精密加工：Δ=1.0~0.1 μm ，R a =0.1~0.03 μm ；超精密加工：Δ=0.1~0.01 μm ，R a =0.03~0.005 μm ；纳微米加工：Δ<0.01 μm ，R a <0.005 μm 。
随着科学技术的飞速发展，超精密加工技术日趋成熟，已形成系列，它包括超精密切削、超精密磨削、超精密微细加工、超精密计量等，并向更高层次发展。
超精密加工的影响因素很多，只有广泛研究和综合采用各种新技术，并在各方面精益求精，才能突破目前常规加工技术不能达到的精度界限。
实现超精密切削加工的条件主要包括超精密加工机床、超精密切削刀具、超精密加工环境、超精密加工的工件材质、超精密加工用夹具和超精密测控技术等多项技术。
超精密加工技术实际上就是这些技术的综合应用。
2 超精密加工的关键技术2.1 主轴机床的主轴在加工过程中直接带动工件或刀具运动，故主轴的回转精度直接影响到工件的加工精度。
现在超精密加工机床中精度最高的主轴采用的是空气静压轴承，其实用精度可达0.05 μm ，但还不能满足纳米级加工的要求。
近年来磁悬浮轴承的发展非常迅速，有望在未来有所突破，但目前还达不到空气静压轴承的精度。
而提高空气轴承主轴回转精度的途径之一是提高轴及轴套的圆度，因为理论上这两者是成正比的。
另外，还要想办法提高气孔供气的平稳性。
通过多孔粉末冶金材料的小孔供气是理想的供气形式，有待进一步研究。
此外，还可以利用控制技术以补偿的形式来减小或消除回转误差。
2.2 直线导轨总的来说，从精度角度看，空气导轨是现在最好的导轨。
虽然它没有液体静压导轨的刚性大，但气浮导轨优点也很明显，如无需进行油温控制，对环境没有污染。
超精密加工技术在制造业中的应用
超精密加工技术在制造业中的应用近年来，随着科技的快速发展和人类对高品质生活的追求，精度日益提高的机器零件和各种需要精度要求的工件，对加工的精度和质量要求也变得越来越高。
传统加工工艺难以满足大家对产品质量和精度的要求，超精密加工技术得以应用，以此来满足这些需求。
超精密加工技术在制造业中的应用，可以说是一种壮大产业的趋势，特别是在高科技领域的涉及更为明显。
超精密加工技术是一种高精度、高效率、高稳定性的加工方法，可以在新材料、微电子、生物医学、光学、自动化等领域得到广泛的应用。
有人说，超精密加工技术是制造精度的突破口，这种技术已经在半导体、精密机械、航空航天、光学、船舶等领域取得了广泛应用。
首先，在半导体行业中，超精密加工的应用已经成为一个必不可少的部分。
由于半导体行业对精度的要求极高，超精密加工在这一行业的重要性得到了充分的认可。
超精密加工可以制造不同形式和尺寸的半导体配件，包括振荡器、锁相环、摆幅度控制器等。
这些配件对机械精度和质量要求极高，超精密加工不仅可以提高加工质量，还可以以更短的时间完成大规模生产，从而大大提高产量。
其次，在精密机械行业中，超精密加工也有着广泛的应用。
超精密加工可以用于生产高精度轴承、喷嘴、薄膜、玻璃等工件，以及复杂机械零件。
这种技术可以在很短的时间内生产大量相同精度的机械零件，同时保证生产的高效率与高质量。
此外，在航空航天行业中，超精密加工技术也有着非常广泛的应用。
航天器需要在恶劣的环境中正常运行，必须具有可靠性和耐久性。
超精密加工技术可以制造高精度推进器、喷气发动机叶片、航空仪器和航空仪表等高精度零部件，保证空中机器设备的稳定性、可靠性和安全性。
同时，在生物医学行业中，超精密加工技术可以用于生产各种高精度医疗器械，包括骨科植入物、切割工具和手术电器等，为手术和手术中的医学技术提供技术支持，从而达到安全治疗、减少手术时间和减少出血的目的。
最后，在光学行业中，超精密加工技术也有着广泛的应用。
精密与超精密加工技术
刀具种类：金刚石刀具； 超精密磨削砂轮
金刚石刀具
1、金刚石刀头的特性： 颜色：有红色和绿色等多种颜色，其硬
度随颜色而不同； 硬度：显微硬度值比其他物质高许多； 热传导率：在矿物中最大。
金刚石刀具
2、金刚石刀头的制造： 成形：采用研磨加工方法； 研磨方法：用空气轴承的研磨机； 特殊刀头的形状
第三章 先进制造工艺技术
第一节 精密与超精密加工技术
一、 精密与超精密加工技术概述
1、精密加工与超精密加工定义
精密加工是指加工精度在0.1～lμm之间， 表面粗糙度Ra在0.lμm以下（称微米加工）
超精密加工的加工精度在0.lμm以下，表面 粗糙度在0.02μm以下（称为亚微米加工）
2、精密加工与超精密加工的特点
光纤测微仪 更小测量范围的测量仪器：扫描隧道显微
镜 、扫描电子显微镜、原子力显微镜
激光干涉仪
SPA-400 多功能扫描探针显微镜
回顾
一、 精密与超精密加工技术概述 二、 超精密加工方法 三、 超精密加工刀具 四、 超精密加工设备 五、 精密加工环境 六、 超精密加工精度的在线检测及计量测试
五、精密加工环境
超精密加工必须在超稳定的环境下进 行。
超稳定环境：恒温、超净和防振。
六、超精密加工精度的在线检测及计量测试
对加工误差进行在线检测，实时建模与 动态分析预报，再根据预报数据对误差 源进行补偿，从而消除或减少加工误差。
六、超精密加工精度的在线检测及计量测试
大距离的测量仪器：双频激光干涉仪 小距离的测量仪器：电容式、电感式测微仪、
超精密磨削砂轮
超精密磨削质量控制方面的首要因素： 砂轮磨料：应与工件材料选配适当； 磨料粒度：具备形成微刃的粒度； 砂轮硬度：硬度中软。
高端轴承制造的关键技术
高端轴承制造的关键技术摘要：高端轴承属于高性能的轴承。
我们所提到的高性能，主要是需要有高转速和高载荷能力，以及拥有较长的寿命与可靠性，还有低振动噪声和低摩擦力矩，同时能够耐受一些极端施工情况条件（如高低温、腐蚀）等。
高性能轴承其自身使用的领域主要有航空和航天，以及高速铁路与精密机床还有高档汽车等。
高性能轴承其一般都涉及到了“高技术”以及“高质量”关键词；高端；轴承；关键；技术经过60多年的改革开放，中国轴承行业不断壮大。
在轴承产品的种类，品种和规格上，当前都并不存在比较显著不足，基本上拥有了相对完整的产品线.但是，产品结构并不是十分的平衡.中低端普通产品的生产能力产生了过剩的情况，而高端产品的市场仍然大部分被国外名牌产品所占据.到目前为止，没有取得非常重大的突破.对于中国轴承产品技术质量水平的现状，我们可以使用质量不如人并且高端轴承其技不如人的情况进行概括。
普通轴承因为自身的技术相对成熟，并且基本上不存在进入门槛的制约，不管是大企业亦或是小企业都能够进行生产，因此其存在的竞争主要是以价格主,所以国产轴承不管是在国内的市场上亦或是在对外出口的外销上都构成了市场的主体。
可是,即便是一些技术含量并不是很高的普通轴承，国产轴承和国外名牌产品比较起来，其在自身的精度一致性和性能稳定性以及寿命可靠性等质量水平上仍然出现了较大的差距，我们国家轴承行业在当前阶段进行的转型和升级任务里,最急需要进行的就是对产品结构进行调整.其中，重点是在高端轴承领域去对其完成战略布局，使其能够在短期中获得有效的突破,在技术最高点占到了主要地位。
这不仅是轴承行业自当前保持持续发展的基本需求，同时也涉及到了我们国家国民经济以及国防事业安全上的客观要求。
高端轴承制造其自身的关键技术轴承是一种精密的机械产品，因此工艺自然就是轴承制造过程中的重点.1。
实施工艺的前提是装备例如，轴承圈制造中最关键的最终加工步骤磨削。
所使用的设备主要是特种磨床和超精加工机床。
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三、高精度轴承的精密超精密加工技术
1 磨削加工技术
加工工艺：
磨削是指用磨料，磨具切除工件上多余材料 的加工方法。磨削加工是应用较为广泛的切削加 工方法之一。
根据工艺目的和要求不同，磨削加工工艺方法有多种形式，为了适应发展需要， 磨削技术朝着精密，低粗糙度，高效，高速和自动磨削方向发展。磨削加工方法的形
2 3 6
深沟球轴承
5
圆锥滚子轴承
推力球轴承
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二、高精度轴承各部件加工工序概述
2 轴承的结构（深沟球轴承）
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二、高精度轴承各部件加工工序概述
3 轴承加工工艺流程
洛阳汇普轴承加工流程图
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二、高精度轴承各部件加工工序概述
保持架
体用 并以 将隔 其离 保滚 持动 在体 轴︐ 承通 内常 ︒还 引 导 滚 动 原材料——剪料——裁环——光整——成形——整形——冲铆钉孔
实际切削路程比普通磨削路程要长;
实际的切削宽度增加，增大金属去除率，提高生产效率; 单颗磨粒的运动轨迹为正弦曲线，一个砂轮上拥有多颗磨粒，相邻的磨粒运动 轨迹便会重叠，使被加工工件表面成网状结构，有利于提高工件的表面质量。
磨削力比普通磨削要小，这样便可以提高加工的稳定性，减小磨削热的产生，
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三、高精度轴承的精密超精密加工技术
4 油石超精研加工技术
目前轴承超精密加工中广泛采用的是油石超精研 加工，简称超精加工，一般是指用低压弹性地将细粒 度磨料的油石压在工件加工表面上，工件做旋转运动， 油石在垂直于工件旋转方向上按一定规律做快速往复 摆动，并提供良好的润滑与冷却条件，降低加工表面 粗糙度，提高几何精度。
图6 双电解加工示意图
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四、高精度轴承精密超精密加工技术的发展趋势
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二、高精度轴承各部件加工工序概述
滚动体
有由滚 滚于动 动它体 摩的是 擦存滚 ︒在动 ︐轴 相承 对中 运的 动核 表心 面元 间件 才︐
原材料—冷镦—光磨—热处理—表面强化处理—硬磨 —初研—精研1—精研2
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二、高精度轴承各部件加工工序概述
套 圈
起者并通 支零与常 撑件轴内 作的一圈 用轴起装 ︒承旋在 孔转轴 内︔颈 ︐外上 一圈︐ 般装配 固在合 定机较 不架紧 动或︐ ︐ 原材料—锻造—退火—车削—淬火—回火—磨削（油石超精）—装配
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三、高精度轴承的精密超精密加工技术
可达到的表面粗
糙度
精密磨削： Ra 25-1000nm 超精密磨削： Ra 8-25nm 1.内圆端面磨削
磨床
2.内圆磨削砂轮 3.内圈外滚道磨 削砂轮
4.外圆磨削磨床 精密·制造
三、高精度轴承的精密超精密加工技术
2 超精密车削加工技术
主要技术参数： 表面光洁度：Ra0.1-0.4um 几何精度：0.2-2um 尺寸精度：＜2um 适用于轴承端面和外圈的精密加工。
图4-1 加工精度发展
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四、高精度轴承精密超精密加工技术的发展趋势
2 在线检测，实现加工测量一体化
目前轴承套圈超精密加工技术有很多，但都不够完善，特别是在
线检测技术。考虑到实际生产时，有很多道工序，进行每一道工序之
前都需要相应的检测，在这个离线检测的过程中会浪费很多时间，且 还会影响装夹精度，进而影响加工精度。所以从生产的角度来讲，实 现在线检测技术对于提高产品质量和加工效率都很重要。
沟槽圆弧保持良好的吻合性能，从而获得满意
的球形精度。
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三、高精度轴承的精密超精密加工技术
6 超声振动辅助磨削加工技术
它的原理是将超声振动施加于普通磨削 加工中的工件或砂轮上。轴向超声振动辅助磨 削就是在轴向方向（即Z向）给磨粒施加规律 的、可控的高频振动。
磨粒运动的轨迹改变;
图6 轴向超声振动辅助磨削单颗磨粒运动轨迹示意图
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四、高精度轴承精密超精密加工技术的发展趋势
3 复合加工，形成新的组合工艺
电化学机械光整加工技术
电化学机械 光整加工结 合了电解加 工和磨削加 工两种技术。 可加工表面 粗 糙 度 40nm 的 外 圆表面
1-电解液喷头；2-工件；3-工具电极；4-磨头夹具；5-磨头
图7 电化学机械光整加工示意图
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三、高精度轴承的精密超精密加工技术
7 ELID磨削加工技术
● ELID磨削加工的原理
在ELID 磨削加工过程中：砂轮作为阳极发生 溶解效应，表面的金属结合剂不断地溶解，露出 内部锋利的磨粒，实现对砂轮的在线修锐。溶解 的金属变成阳离子与磨削液中的阴离子结合在砂 轮表面形成一层氧化膜，覆盖在砂轮加工表面， 阻碍内部金属结合剂过度电解，氧化膜还可以对 加工表面起到研磨的作用。随着磨削的进行，磨 粒被磨掉，氧化膜便开始被磨削去除，原本被氧 化膜包裹的铸铁基体继续被电解，砂轮就会重新 被修锐。以上过程循环进行，砂轮就会保持锋利 的磨削性能。加工表面粗糙度可达10nm。
端面、内圆、外圆表面的超精密加工中，并且能够很好地解决内圆磨削中
由于磨削条件差而导致的砂轮极易阻塞等问题。
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三、高精度轴承的精密超精密加工技术
7 ELID磨削加工技术
● ELID磨削加工的原理
ELID 磨削系统由脉冲电源、电解液、铸 铁基砂轮、修整电极等组成。 砂轮采用具有导电性的铸铁结合剂金刚 石（CBN）砂轮， 砂轮与 ELID 专用直流脉冲电解电源的正 极相连，作为阳极； 与砂轮形状相匹配的电极与电源负极相 连，作为阴极。 在电极和砂轮之间留 0.1-0.3mm 的间隙， 往间隙中喷 ELID 专用电解磨削液，形成 一个闭合回路。
式很多，生产中主要是指用砂轮进行磨削，为了便于使用和管理，通常根据磨床产品
的磨削加工形式及其加工对象，将磨削加工方法划为四种方式： 按磨削精度分 粗磨,半精磨,精磨,镜面磨削,超精加工. 按进给形式分 切入磨削,纵向磨削,缓进给磨削,无进给磨削,定压研磨,定量研磨. 按磨削形式分 砂带磨削,无心磨削,端面磨削,周边磨削,宽砂轮磨削,成形磨削,仿形磨 削,振荡磨削,高速磨削,强力磨削,恒压力磨削,手动磨削,干磨削,湿磨削,研磨,珩磨等. 按加工表面分 外圆磨削,内圆磨削,平面磨削和刃磨齿轮磨削和螺纹磨削.
点蚀
裂纹
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目录 CONTENTS
一 二 三
引言 高精度轴承各部件加工工序概述 高精度轴承的精密超精密加工技术
四 高精度轴承精密超精密加工技术的发展趋势
精密·制造
二、高精度轴承各部件加工工序概述
1 常用滚动轴承的类型
调心球轴承
1
圆柱滚子轴承
Nu/Nj
调心滚子轴承
2
7
角接触球轴承
主要型号
推力调心滚子轴承
效加 率工 不精 断度 提︑ 高加 工
加在 工线 测检 量测 一︑ 体实 化现
新复 的合 组加 合工 工︑ 艺行 成
实智 现能 定化 制︑ 加自 工动 化 ︑
1
2
3
4
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四、高精度轴承精密超精密加工技术的发展趋势
1 加工精度、加工效率不断提高
随着先进技术的发展，加
工精度不断提高，目前有很多
超精密加工技术可以加工出亚 微米级甚至是纳米级的轴承关 键部件，虽然可达到很高的表 面质量但大多是以牺牲加工效 率达到的，所以今后要探索能 兼顾效率和精度的超精密加工 技术。
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目录 CONTENTS
一 二 三
引言 高精度轴承各部件加工工序概述 高精度轴承的精密超精密加工技术
四 高精度轴承精密超精密加工技术的发展趋势
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四、高精度轴承精密超精密加工技术的发展趋势
目前，轴承关键部件超精密加工技术已取得一定的成绩，不过仍在继续发 展中，主要呈现出以下几个发展趋势：
卧式超精车床
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三、高精度轴承的精密超精密加工技术
3 镜面超精加工技术
加工形状精度高，对复杂曲面加工更具优势
来自乌克兰的镜面超精加工技术的原 理是利用轴承钢具有冷塑性的特点，通过计 算机仿形制图和自动轨迹控制等技术，利用 高硬度、高刚性的触头对轴承滚道表面进行 仿形研磨、强化和微小的形变加工。
精研加工是在钢球研磨机上进行的，钢球 置于两块铸铁研磨盘之间。这两个研磨盘，一 个是转动研磨盘，一个是固定研磨盘，转动研 磨盘上车有同心的沟槽，沟槽截面成V型。固定 研磨盘没有沟槽，是平的。在钢球精研时，需
要加入研磨剂，研磨剂一般由磨料和研磨液组
成。钢球精研一般会有两道精研工序，这样划 分是使钢球在精研一工序获得比较好的质量， 以便在精研二工序加工时，各批钢球与研磨盘
图4-2 加工测量一体化机床（数控复合磨床MFK2110）
图4-3 粗糙度/轮廓测量机
四、高精度轴承精密超精密加工技术的发展趋势
3 复合加工，形成新的组合工艺
随着科学技术的发展，多种加工技术可以相互复合，弥补 各自的不足，形成复合加工技术，产生新的组合工艺。
电化学机械光整加工技术
双电解磨削加工技术
轴承失效形式 内圈失效 外圈失效 滚子失效 显微疲劳 氧化 其它 百分比（%） 13 58 3 4 5 17
表1-1 失效轴承数据统计
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一、ห้องสมุดไป่ตู้言
影响轴承疲劳寿命的因素： 轴承材料本身； 轴承表面质量等。
所以轴承表面加工质量对于轴承成品的影响很大。因而，对其进行精密
超精密加工从而改善其表面加工质量进而提高轴承的工作性能和使用寿命 具有重要意义。
精密·制造
四、高精度轴承精密超精密加工技术的发展趋势
3 复合加工，形成新的组合工艺