精密机械加工的发展趋势

精密机械加工的发展趋势

精密机械加工发展趋势

摘要：本文主要从精密机械加工技术的角度讨论了精密机械加工的现状和发展趋势，阐述了精密机械加工的概念以及未来的发展。

关键词：精密加工加工精度发展趋势

1 引言

机械制造技术从提高精度与生产率两个方面同

时迅速发展起来。在提高生产率方面，提高自动化程度是各国致力发展的方向，近年来，从C N C到C I M S发展迅速，并且在一定范围内得到了应用。从提高精度方面，从精密加工发展到超精密加工，这也是世界各主要发达国家致力发展的方向。其精度从微米到亚微米，乃至纳米，其应用范围日趋广泛，在高技术领域和军用工业以及民用工业中都有广

泛应用。如激光核聚变系统、超大规模集成电路、高密度磁盘、精密雷达、导弹火控系统、惯导级陀螺、精密机床、精密仪器、录象机磁头、复印机磁鼓、煤气灶转阀等都要采用精密加工技术。

随着精密机械和电子技术的发展，现代产品越来越精密。例如：超大规模集成电路中要求在1mm2平面上集成几十万个以上的元件，线条宽度只有1μm，形状和位置误差小于0.05μm。于是对相应的机床精度提出更高的要求，加工工艺等也必须相应采取有效措施来保证加工要求。

根据相关资料的技术研究，精密加工目前所能达到的水平为：尺寸公差不大干0.5～1μm，形状公差不大于0.01μm，表面粗糙度Ra不大于0.01μm。所用的机床有：精密铣床、精密研磨机、光学透镜精密研磨机、精密宝石研磨加工机、超精密磨加工机等。机床的零部件是动、静压轴承和导轨、弹性导轨、滚珠或滚柱预压含油轴承和导轨，使用的刀具与材料是磨科与金刚石等，控制系统一般为直流伺服电机(DC)——半闭式，带编码器最佳控制、逻辑控制或精密直流伺服电机——闭环，用微机实现自适应控制。

目前,先进制造技术已经是一个国家经济发展的重要手段之一,许多发达国家都十分重视先进制造技术的水平和发展,利用它进行产品革新、扩大生产和提高国际经济竞争能力。发展先进制造技术是当前世界各国发展国民经济的主攻方向和战略决策,同时又是一个国家独立自主、繁荣富强、经济持续稳定发展、科技保持先进领先的长远大计。目前,精密与特种加工技术水平是一个国家制造工业水平的重要标志之一。精密加工所能达到的精度、表面粗糙度、加工尺寸范围和几何形状是一个国家制造技术水平的重要标志之-。精密与特种加工技

术已经成为国际竞争中取得成功的关键技术。发展尖端技术,发展国防工业,发展微电子工业等,都需要精密与特种加工技术来制造相关的仪器、设备。

2 精密机械加工方法

根据加工方法的机理和特点，精密加工可分为刀具切削加工、磨料加工、特种加工和复合加工四大类。

随着加工技术的发展，出现了许多新的加工机理，因此在精密加工，特别是在微细加工中．根据零件成形机理和特点。分为去除加工、结合加工和变形加工三大类。去除加工又称为分离加工，是利用力、热、电、光等加工方法从工件去除一部分材料，如切削、磨削、电加工等。结合加工是利用理化方法在工件表面上附着(沉积)、注入(渗入)、焊接一层不同材料，如电镀、气相沉积、氧化、渗碳、粘接、焊接等。变形加工是利用力、热、分子运动等手段使工件产生变形，改变其尺寸、形状和性能，如铸造、锻压等。可见加工的概念已突破传统的去除加工手段，具有堆积、生长、变形等特色，同时强调了表面处理，形成了表面加工技术。

3 精密机械(切削)加工的技术和工艺优势

精密机械(切削)加工与无屑工艺相比，切削加工的优点首先在于，既有很高的材料切除率，又有良好的经济性。例如与激光等离子加工工艺相比即如此；这是因为这种工艺目前只有供应很大的能量才能达到较高的材料切除率；另一方面，加工出的工件能否达到尺寸和形状精度要求尚存问题。无屑压力加工主要用于大批量生产，往往需要后序切削加工，以获得最终合格的工件形状。因此机械(切削)加工的主要优点是能使工件达到较高的精度。

精密机械加工应用广泛，特别是伴随小批量生产发腱趋势，对工件的形状和尺寸精度要求越来越高，为机械加工开辟了新的更加广泛的领域。使用车床自然要进行各种车削加工，但还应注意到，钻削、铣削、磨削以及切齿等加工过程都可集中在一台车床上完成(工序集成)的趋势，这就是现在发展起来的车铣加工中心的复合机床的加工方法。

4 精密机械加工的内容

精密机械加工的技术难度大，影响因素多，涉及面广，投资强度大，产品个性强，其主要内容有以下五个方面：

(1)加工机理除传统加工方法的精密化外，非传统加工(特种加工)方法发展迅速。当前，传统加

工方法主要有金刚石刀具精密切刚、盘刚石微粉砂轮精密磨削、精密高速切削和精密砂带磨削等；非传统加工方法主要有电子束、离子束、激光束等高能束加工、电火花、电化学加工、光刻(刻蚀)等。并出现了具有复合加工机理的电解研磨、磁性研磨、磁流体抛光、超声珩磨等复合加工方法。加工机理的研究是精密和超精密加工的理论基础和新技术的生长点。

(2)被加工材料精密机械加工的被加工材料在化学成分、物理力学性能、化学性能、加工性能上均有严格要求，应该质地均匀、性能稳定、外部内部均无宏观和微观缺陷。符合性能要求的被加工材料才能得到精密机械加工的预期效果。

(3)加工设备和工艺装备精密机械加工应有高精度、高刚度、高稳定性和自动化的机床，相应的金刚石刀具、立方氮化硼刀具、金刚石砂轮、立方氮化硼砂轮．及相应的高精度、高刚度夹具等工艺装备，才能保证加工质量。

精密机械加工应首先考虑要有相应精度的精密加工机床，不少精密机械加工往往是从设计制作其超精密机床开始的。并要配置所需刀具。目前，通用的系列的精密机械加工机床较少．批量也不会

大。精密机械国工机床造价很高，需专门订货，如果在已有的精密机械加工机床上加工尚不能满足

要求时。可通过工艺措施或误差补偿等来提高加工精度。

(4)检测精密机械加工必须具备相应的检测技术，形成加工和检测一体化。对于精密机械加工的检测有三种方式：离线检测、在位检测和在线检测。离线检测是指在加工完成后，将工件送到检验室去检测；在位检测是指工件在机床上加工完成后不卸下，就地进行检测，若发现有什么问题．便于再进行加工；在线检测则是在加工过程中进行检测，以便能够主动控制和实施动态误差朴偿。

误差补偿是提高加工精度的重要措施，是在机床制造精度已达到一定水平的基础上。分离出其影响误差，利用误差补偿装置对误差值进行补偿。其中静态误差补偿是根据事先侧出的误差值，在加工时通过硬件或软件进行补偿，如机床传动丝杠的螺距误差可通过修正尺来进行补偿；动态误差补偿是在线检测的基础上，在加工时进行实时补偿。

精密机械加工的在线检测补偿技术是精密机械

加工实现质量保证的关键技术。将检测技术融于精密机械加工的内容之中，采用在线测量的方式，能