(完整版)超精密切削加工分析
超精密切削加工技术探析
用 的 区 域 ） 是 加 工 单 位 ， 工 单 位 的 大 小 和 材 料 缺 陷 分 布 切 削 刃钝 圆 圆 弧 上 某 一 质 点 Ａ 的受 力 情 况 见 图 。该 点 有 切 就 加 的尺 寸 大 小 不 同 时 ， 加 工 材 料 的 破 坏 方 式 就 不 同 。 被 向分 力 Ｆ 和 法 向 分 力 Ｆ ， 力 为 Ｆ ， 。切 向 分 力 使 质 点 ｚ ｙ合 ｙＺ 向前 移 动 ， 成 切 屑 ； 向 分 力 使 质 点 压 向 被 加 工 表 面 ， 形 法 形 ２ 超精 ： 精 密 切 削加 工 主 要 是 由 高精 度 的 机 床 和 单 晶 金 刚 石 刀 具 进 行 的 ， 一 般 称 为金 刚 石 刀 具 具 切 削 或 Ｓ Ｄ 超 故 Ｐ Ｔ。
对 超 精 密 切 削加 工 技 术 及 其 机 理 进 行 介 绍 和 总 结 ， 望 对 超 精 密加 工 行 业 同事 有 所 指 导 。 希
２１ 年第 ６ ０１ 期
１ ２ 材 料 缺 陷 及 其 对 超 精 密 切 削 的 影 响 ．
２ ２ 金 刚 石 刀 具 超 精 密 车 削 的切 屑 形 成 ． 金 刚 石 刀 具 超 精 密 车 削 是 一 种 原 子 、 子 级 加 工 单 位 分 金刚石 刀具超精密车削所 能切 除金 属层 的厚度 标志其 的去 除 （ 离 ） 工 方 法 ， 从 工 件 上 去 除 材 料 ， 要 相 当 大 加 工 水 平 。 当 前 ， 小 切 削 深 度 可 达 ０ １微 米 以 下 ， 主 要 分 加 要 需 最 ． 其 的能 量 ， 种 能 量 可 用 临 界 加 工 能 量 密 度 ￣ Ｊ ｃ ） 单 位 影 响 因素 是 刀 具 的锋 利 程 度 ， 般 以 刀 具 的 切 削 刃 钝 圆 半 这 （／ ｍ３ 和 一
精密和超精密加工
1、精密和超精密加工的三大领域：超精密切削、精密和超精密磨削研磨、精密特种加工。
2、金刚石刀具进行超精密切削时，适合加工铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料。
3、最硬的刀具是天然单晶金刚石刀具。
金刚石刀具的的寿命用切削路程的长度计算。
4、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直接相关。
5、影响超精密切削极限最小切削厚度最大的参数是切削刃钝圆半径r n。
6、金刚石晶体有3个主要晶面，即（100）、（110）、（111），（100）晶面的摩擦因数曲线有4个波峰和波谷，（110）晶面有2个波峰和波谷，（111）晶面有3个波峰和波谷。
以摩擦因数低的波谷比较，（100）晶面的摩擦因数最低，（111）晶面次之，（110）晶面最高。
比较同一晶面的摩擦因数值变化，（100）晶面的摩擦因数差别最大，（110）次之，（111）晶面最小。
7、实际金刚石晶体的（111）晶面的硬度和耐磨性最高。
推荐金刚石刀具的前面应选（100）晶面。
8、（110）晶面的磨削率最高，最容易磨；（100）晶面的磨削率次之，（111）晶面磨削率最低，最不容易磨。
9、金刚石的3个主要晶面磨削（研磨）方向不同时，磨削率相差很大。
现在习惯上把高磨削率方向称为“好磨方向”，把低磨削率方向称为“难磨方向”。
10、金刚石磨损本质是微观解离的积累；破损主要产生于（111）晶面的解离。
11、金刚石晶体定向方法：人工目测定向、X射线晶体定向、激光晶体定向。
其中激光晶体定向最常用。
12、金刚石的固定方法有：机械夹固、用粉末冶金法固定、使用粘结或钎焊固定。
13、精密磨削机理包括：微刃的微切削作用，微刃的等高切削作用，微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。
14、超硬磨料砂轮修整的方法有：车削法、磨削法、滚压挤轧法、喷射法、电加工法、超声波振动修整法。
电解在线修锐法（ELID—electrolytic in—process dressing），原理是利用电化学腐蚀作用蚀出金属结合剂。
超精密切削加工技术介绍
超精密切削加工技术介绍
超精密加工技术是适应现代高科技的需要而发展起来的先进制造技术, 是高科技尖端产品开发中不可或缺的关键技术, 是一个国家制造业水平重要标志, 是先进制造技术基础和关键, 也是装备现代化不可缺少的关键技术之一, 在军用和民用工业中有着十分广阔的应用前景。
金刚石超精密切削技术, 是超精密加工技术发展最早的、应用最为广泛的技术之一。
超精密切削加工技术
1、超精密切削的历史
60年代初，由于宇航用的陀螺，计算机用的磁鼓、磁盘，光学扫描用的多面棱镜，大功率激光核聚变装置用的大直径非圆曲面镜，以及各种复杂形状的红外光用的立体镜等等，各种反射镜和多面棱镜精度要求极高，使用磨削、研磨、抛光等方法进行加工，不但加工成本很高，而且很难满足精度和表面粗糙度的要求。
为此，研究、开发了使用高精度、高刚度的机床和金刚石刀具进行切削加工的方法加工。
2、超精密切削加工的应用
（1）平面镜的切削
平面度
金刚石刀具
1、金刚石刀具特点
金刚石刀具拥有很高的高温强度和硬度，而且材质细密，经过精细研磨，切削刃可磨得极为锋利，表面粗糙度值很小，因此可进行镜面切削。
金刚石刀具超精密切削主要用于加工铜、铝等有色金属，如高密度硬磁盘的铝合金基片、激光器的反射镜、复印机的硒鼓、光学平面镜，凹凸镜、抛物面镜等。
超精切削刀具材料有天然金刚石，人造单晶金刚石。
金刚石刀具磨损的常见形式为机械磨损和破损。
机械磨损——机械摩擦、非常微小；破损。
LECTURE2-超精密车削
超精密加工技术广东工业大学机电工程学院魏昕一、概述¾超精密加工技术的内涵¾超精密加工技术的地位与作用¾超精密加工技术所涉及的技术领域¾超精密加工技术的现状与发展趋势一、概述1. 超精密加工技术的内涵精密加工技术：加工精度1—0.1μm，表面粗糙度Ra <0.1 μm的加工技术；超精密加工技术：加工精度<0.1μm，表面粗糙度Ra <0.02μm的加工技术；纳米加工技术：加工精度达0.001μm(1nm)，表面粗糙度Ra <0.005 μm的加工技术。
随着加工技术的不断发展，超精密加工的技术一、概述2、超精密加工技术的地位与作用（1）超精密加工技术是实现现代制造业发展目标（提高机电产品的性能、质量和发展高新技术）的重要手段。
例如，集成电路的集成度。
（2）超精密加工技术已成为国际竞争中取得成功的关键技术。
所能达到的精度水平代表了一个国家的制造业能力和水平。
（3）精密工程、微细工程和纳米技术是现代制造技术的前沿。
/序超精密机械精度要求1导弹、飞机的惯性导航系统中的气浮陀及其马达轴承尺寸精度、圆度、圆柱度要求达到亚微米级2人造卫星仪表轴承表面粗糙度达到1纳米，圆度、圆柱度达纳米级3激光陀螺反光镜表面粗糙度达纳米，平面度达0.05微米4精确制导仪表零件精度达纳米级，若其陀螺转子轴线偏离0.5纳米,就会引起100米左右射程误差5计算机硬盘驱动器、光盘、复印机的精密零件精度达100纳米6微电子芯片刻线机刻线宽度在50纳米以下7基因操作机械移动距离在纳米级，移动精度在0.1纳米(原子尺度)现代超精密机械对精度的要求超精密加工是尖端技术产品发展不可缺少的关键加工手段关系到现代飞机、潜艇、导弹性能和命中率的惯性陀螺框架；激光核聚变用的反射镜；大规模集成电路的各种基片；计算机磁盘基底及复印机磁鼓；各种高精度的光学元器件；各种硬盘及记忆体的衬底等。
×一、概述3、超精密加工技术所涉及的技术领域（1）加工技术即加工方法与加工机理。
超精密车削切削力的试验研究
超精密车削切削力的试验研究超精密车削切削力的试验研究1 引言经过近二十年的不断发展，超精密机床的加工性能已达到相当高的水平。
由于超精密切削加工选用的背吃刀量极小(几微米甚至小于1微米)，因此切削力对加工精度的影响不容忽视。
在超精密切削中，由于金刚石刀具的切削刃具有钝圆半径，因此前刀面被分为平面和圆柱面两部分(圆柱面部分均为负前角)。
当选用不同的背吃刀量时，刀具前刀面的两个部分在切削过程中所起作用和所占比重也各不相同。
以前刀面圆弧部分为主要工作部分时，其单位切削面积所受切削力比以平面部分为主要工作部分时大得多，切削层越薄，单位面积所受切削力越大。
切削力对被加工工件的尺寸和形状精度、加工表面粗糙度、加工变质层和刀具耐用度等均具有直接或间接影响。
在以往的研究中，对于切削用量、刀具几何参数、工件材质等因素对表面粗糙度的影响较为重视，而往往忽视了切削力对表面粗糙度的二次影响。
因此，减小切削力对表面粗糙度的影响已成为超精密切削领域一个亟待解决的重要课题。
本文通过超精密车削试验，研究了各切削参数对切削力的影响规律。
2 超精密车削试验条件1) 超精密机床切削试验所用机床为哈尔滨工业大学自行研制的HCM-I型亚微米级超精密车床。
机床工作台由直流伺服电机驱动，进给分辨率0.01µm;采用空气静压主轴(回转精度±0.1µm);导轨部件采用可抗温度干扰的花岗岩材料，空气导轨直线度误差0.13µm/100mm;采用空气弹簧作为减振、隔振系统;机床固有频率：水平方向≤1.12Hz，垂直方向≤2Hz。
2) 工件材料切削试件材料为铝合金LY12，其化学成分及物理性能指标分别见表1和表2。
表1 LY12的化学组分(%)3) 金刚石刀具天然单晶金刚石具有极高的硬度、耐磨性和弹性模量，制成的刀具工作寿命长，尺寸耐用度高，切削刃极为锋利，可实现超薄切削，切削刃形可复映在已加工表面上，加工出超光滑表面;金刚石刀具与工件材料间抗粘结性好、摩擦系数低、加工表面完整性好。
超精密加工综述
45２００６年第８期工艺与设备Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ电气制造超精密加工综述马彦日方（中国石油天然气管道通信电力工程总公司 河北廊坊 ４１０１２８）１ 引言超精密加工就是在超精密机床设备上，利用零件与刀具之间产生的具有严格约束的相对运动 ，对材料进行微量切削，以获得极高形状精度和表面光洁度的加工过程。
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，尤其是电气自动化领域，如超大规模集成电路、高密度磁盘、精密雷达、导弹火控系统、精密机床、精密仪器、录像机磁头、复印机磁鼓、煤气灶转阀等都要采用超精密加工技术。
它与当代一些主要科学技术的发展有密切的关系，是当代科学发展的一个重要环节；而且，超精密加工技术的发展也促进了机械、液压、电子、半导体、光学、传感器和测量技术以及材料科学的发展。
回顾过去的２０世纪，人类取得的每一项重大科技成果，无不与制造技术，尤其与超精密加工技术密切相关。
在某种意义上，超精密加工担负着支持最新科学发现和发明的重要使命 。
有人对海湾战争中美国及盟国武器系统与超精密加工技术的关系做了研究，发现其中在间谍卫星、超视距空对空攻击能力、精确制导的对地攻击能力、夜战能力和电子对抗技术方面，与超精密加工技术有密切的关系。
可以说，没有高水平的超精密加工技术，就不会有真正强大的国防。
另外，在航天、航空工业中，人造卫星、航天飞机、民用客机等，在制造中都有大量的精密和超精密加工的需求。
被送入太空的哈勃望远镜（ＨＳＴ），可摄取亿万千米远的星球的图像，为了加工该望远镜中直径为２．４ｍ、重达９００ｋｇ的大型反光镜，专门研制了一台形状精度为０．０１μｍ的加工光学玻璃的六轴ＣＮＣ研磨抛光机。
当前，微型卫星、微型飞机、超大规模集成电路的发展十分迅猛，涉及微细加工技术、纳米加工技术和微型机电系统（ＭＥＭＳ）等，已形成微型机械制造。
这些技术都在精密和超精密加工范畴内，与计算机工业、国防工业的发展直接相关。
现代制造技术第3章 精密加工和超精密加工
3.6 研磨
3.6.1 研磨 研磨是一种简便可靠的精密加工方法，研 磨后的表面的尺寸误差和几何形状误差， 在研具精度足够高的情况下可以小到0.1～ 0.3，表面粗糙度可达Ra0.04～0.01。在现 代工业中往往采用研磨作为加工最精密和 最光洁的零件的终加工方法。 3.6.2 超精密研磨 超精密研磨是一种加工精度达0.1以下，表 面粗糙度Ra在0.02以下的研磨方法。
3.4.3珩磨的用途 珩磨主要用于加工孔径为5～500毫米或更 大的各种圆柱孔，如缸筒、阀孔、连杆孔 和箱体孔等，孔深与孔径之比可达10，甚 至更大。在一定条件下，珩磨也能加工外 圆、平面、球面和齿面等。圆柱珩磨的表 面粗糙度一般可达Ra0.32～0.08微米，精 珩时可达Ra0.04微米以下,并能少量提高几 何精度,加工精度可达IT7～4。平面珩磨的 表面质量略差。
(2)哈脖望远镜重量达900Kg的大型反射镜的 加工 (3)精密雷达、精确制导、电子对抗、TMD、 NMD、间谍卫星等 (4)人造卫星仪表轴承 (5)红外导弹中红外线反射镜 (6)超小型计算机等
(7)海湾战争、克索沃战争、伊拉克战争中美 国及其盟国武器系统中大部分与超精密加 工技术有关。如：精密雷达、精确制导、 电子对抗、隐形飞机、夜战能力、间谍卫 星、红外制导等。 (8)美国及其盟国的胜利在某种意义上看，可 以说是高技术战争、是高科技的胜利。没 有超精密加工技术，就没有真正的国防工 业。
3．超精密加工 超精密加工是指被加工零件的尺寸公差为 0.001数量级，表面粗糙度Rz为0.001数量 级的加工方法，加工中所使用的设备，其 分辨率和重复精度应为0.01数量级。目前， 超精密加工的精度正从微米工艺向纳米工 艺提高。微米工艺是指精度为1～10－2的 微米、亚微米级工艺，而纳米工艺是指精 度为10-2～10-3的纳米级工艺（1＝ 103nm,nm称纳米）。
超精密切削加工
研发节能技术和设备，降低切削加工的能耗和排放，提高资源利用效率。
THANK YOU
智能化与自动化
智能切削参数优化
通过智能化技术，实现切削参数的实时优化，提高加工效率和降 低能耗。
自动化监控与补偿
利用传感器和机器视觉技术，实现切削过程的自动化监控和补偿， 提高加工精度和稳定性。
智能切削决策支持系统
开发智能切削决策支持系统，为切削加工提供科学依据和优化建议。
切削过程建模与仿真
切削力模型
清洗作用
03
切削液可以清除切屑和磨粒，防止其粘附在刀具和工件上，影
响加工精度和质量。
切削参数优化
切削深度优化
根据工件材料和加工要求，选择合适的切削深度，以实现高效、 高精度的加工效果。
切削速度优化
根据刀具材料和工件材料，选择合适的切削速度，以提高加工效 率、减小刀具磨损和防止工件热变形。
进给量优化
04
超精密切削加工的挑战与解决 方案
刀具磨损
总结词
刀具磨损是超精密切削加工中常见的问题，它会影响 加工精度和表面质量。
详细描述
在超精密切削加工过程中，刀具与工件的高速摩擦会 导致刀具磨损，进而影响切削刃的锋利度和切削深度 ，最终导致工件表面粗糙度增加或产生加工误差。为 了解决这一问题，可以采用高硬度、高耐磨性的刀具 材料，如金刚石或立方氮化硼等，以提高刀具的耐磨 性和使用寿命。此外，优化切削参数、加强刀具冷却 和润滑也是减轻刀具磨损的有效措施。
韧性决定了材料抵抗切削应力的能力。韧性较好的材料在切 削过程中不易开裂或崩刃，能够获得较好的表面质量。在超 精密切削加工中，应选择具有较好韧性的材料，以减小切削 过程中的振动和热变形。
材料热导率
超精密切削加工 PPT
切削刃的粗糙度。 2) 切削刃的粗糙度。切削时切削刃的粗糙度将决定 加工表面的粗糙度。普通刀刃的粗糙度Ry Ry0 加工表面的粗糙度 。 普通刀刃的粗糙度 Ry0.3~5 金刚石刀具刀刃的粗糙度Ry Ry0 μm ， 金刚石刀具刀刃的粗糙度 Ry0.1~0.2 μm ， 特殊情况Ry nm。 Ry1 特殊情况Ry1nm。 极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量， 3) 极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量， 保证长的刀具寿命。 保证长的刀具寿命。 刀刃无缺陷，足够的强度，耐崩刃性能。 4) 刀刃无缺陷，足够的强度，耐崩刃性能。 化学亲和性小、与工件材料的抗粘结性好、 5) 化学亲和性小、与工件材料的抗粘结性好、摩擦 系数低，能得到极好的加工表面完整性。 系数低，能得到极好的加工表面完整性。
• 一.超精密切削加工简介 • 二.超精密切削的刀具 • 三.超精密加工机床 • 四.影响切削表面粗糙度的因素及发展 趋势
一.超精密切削加工简介 超精密切削加工简介
• 1.超精密切削的历史 1.超精密切削的历史
• 60年代初，由于宇航用的陀螺，计算机用的磁鼓、 60年代初，由于宇航用的陀螺，计算机用的磁鼓、 年代初 磁盘，光学扫描用的多面棱镜， 磁盘，光学扫描用的多面棱镜，大功率激光核聚 变装置用的大直径非圆曲面镜， 变装置用的大直径非圆曲面镜，以及各种复杂形 状的红外光用的立体镜等等， 状的红外光用的立体镜等等，各种反射镜和多面 棱镜精度要求极高，使用磨削、研磨、 棱镜精度要求极高，使用磨削、研磨、抛光等方 法进行加工，不但加工成本很高，而且很难满足 法进行加工，不但加工成本很高， 精度和表面粗糙度的要求。为此，研究、 精度和表面粗糙度的要求。为此，研究、开发了 使用高精度、 使用高精度、高刚度的机床和金刚石刀具进行切 削加工的方法。 削加工的方法。
《精密超精密加工》课件
04
精密超精密加工材料
金属材料
01
02
03
钢铁
常用的金属材料，具有高 强度、耐磨性和耐腐蚀性 ，适用于各种精密超精密 加工应用。
铜合金
具有良好的导热性和导电 性，广泛用于电子和通信 行业。
钛合金
具有高强度、轻质和耐腐 蚀性，常用于航空和医疗 领域。
非金属材料
陶瓷
具有高硬度、耐高温和化学稳定性，适用于高精度和 高硬度的加工需求。
详细描述
防止加工过程中的损伤需要从多个方面入手，包括优化刀具设计、选择合适的切削参数 、加强刀具管理和维护等。此外，采用新型的涂层技术和刀具材料也是防止损伤的有效
手段。
06
பைடு நூலகம்
精密超精密加工的应用案例
航空航天领域的应用案例
总结词
精密超精密加工技术在航空航天领域的应用广泛，涉 及发动机叶片、涡轮盘、航空仪表等关键部件的制造 。
这些技术包括离子束加工、电子束加工、激光束加工等。这些技术通常具有更高的加工精度和更广泛 的适用范围，可以应用于各种不同的材料和领域。
03
精密超精密加工设备与工具
超精密切削加工设备
01
超精密切削加工设备主要用于高 精度零件的切削加工，其特点是 切削精度高、加工表面质量好、 加工效率高。
02
常见的超精密切削加工设备包括 数控机床、激光切割机、水切割 机等。
汽车工业领域的应用案例
总结词
精密超精密加工技术在汽车工业领域的应用主要涉及 汽车发动机、变速器、制动系统等关键零部件的制造 。
详细描述
在汽车工业领域，精密超精密加工技术主要用于制造汽 车发动机、变速器、制动系统等关键零部件。这些零部 件的性能对汽车的性能和安全性有重要影响。精密超精 密加工技术能够提高零部件的精度和耐磨性，降低摩擦 和阻力，提高燃油经济性和排放性能。同时，还能缩短 产品研发周期，提高生产效率，降低制造成本。
精密和超精密加工技术
《精密和超精密加工技术》学习总结11机械1班 2011411011070. 引言精密和超精密加工技术不仅直接影响尖端技术和国防工业的发展，还影响着国家的机械制造业的国际竞争力，因此，全球各国对此十分重视！本文就从超精密切削、精密和超精密磨削、精密研磨与抛光、精密加工的机床设备和外部支撑环境、微纳加工技术等相关的超精密加工技术进行研究与总结。
1. 超精密切削超精密切削是国防和尖端技术中的重要部分，受到了各国的重视和发展。
一、超精密切削的切削速度选择超精密切削所使用的刀具是天然单晶金刚石刀具，它是目前自然界硬度最高的物质，具有耐磨性好、热传导系数高和有色金属间摩擦系数小。
因此，在加工有色金属时，切削温度低，刀具寿命很高，亦可使用1000-2000m/min的高速切削。
而这一点（切削速度并不受刀具寿命的制约）是和普通切削规律不同的。
超精密切削的速度选择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所决定的，即选择振动最小的转速。
换而言之，要高效地切削出高质量的加工表面，就应该选择动特性好，振动小条件下最高转速的超精密机床。
例如沈阳第一机厂圣工场的SI-255液体静压主轴的超精密车床在700-800r/min时振动最大，故要避开该转速范围，选择低于或者高于该速度范围进行切削，则可得到较好的加工表面。
二、超精密切削时刀具的磨损和寿命天然单晶金刚石刀具超精密切削应用于加工铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料，比如激光反射镜、雷达的波导管内腔、计算机磁盘等。
判断金刚石刀具是否破损或磨损而不能继续使用的标准是根据工件加工的表面粗糙度有无超过规定值。
而金刚石刀具的切削路程的长度则是其寿命长短的标志。
倘若切削条件正常，刀具的耐用度可达数百千米。
但是在实际使用中，金刚石刀具常是达不到这个耐用度，因为加工过程中切削刃会产生微小崩刃而不能继续使用，而这主要是由于切削时的振动或切削刃的碰撞引起的。
因此，金刚石刀具只能使用在机床主轴转动非常平稳的高精度机床上，而刀具的维护对机床的要求亦是如此。
超精密切削加工分解
2018/11/19
单项与综合误差补偿：综合误差补偿是同时补偿几项误差，
比单项误差补偿要复杂，但效率高、效果好。
单维语多维误差补偿：多维误差补偿是在多坐标上进行误差 补偿，难度和工作量都比较大，是近几年来发展起来的误差 补偿技术。
2018/11/19
4.3 误差补偿的过程
反复检测出现的误差并分析，找出规律，找出影响误差的主
超精密切削加工
姓名：南宫幽夏 学号：*********
机械工程学院
江苏科技大学
1
超精密切削简介 超精密切削刀具
2
目录
3
超精密切削机床
误差补偿技术 精密测量技术
4
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1.1 超精密切削加工简介
1.2 超精密切削加工发展的三个阶段
20世纪50年代至80 年代为技术开创期；
20世纪50年代末，出于航天、国防等尖端技术发展的需要， 美国率先发展了超精密加工技术，开发了金刚石刀具超精密切 削——单点金刚石切削技术（SPDT），用于加工激光核聚变反 射镜、战术导弹及载人飞船用球面、非球面大型零件等。从 1966年起，美国Union Carbide公司、荷兰Philips公司和美国 Lawrence Livermore Laboratories陆续推出各自的超精密金刚石
型设备。
1
超精密切削简介 超精密切削刀具
2
目录
3
超精密切削机床
误差补偿技术 精密测量技术
4
5
2.1 超精密切削加工刀具
2018/11/19
2.2 超精密切削加工对刀具的要求
极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量；
刃口能磨得极其锋利，刃口半径值极小，能实现超薄切削厚 度； 刀刃无缺陷，切削时刃形将复制在被加工表面上，从而得到 超光滑的镜面； 与工件材料的抗粘性好、化学亲和性小、摩擦系数低，以得 到极好的加工表面完整性；
精整加工——超精密加工ppt课件
vm ax (D w nw)2(A f)2/1000
College Of Mechanic1a0l And Vehicle
;.
arctanva arctanAfcos
vw
Dwnw
max
arctan
Af Dwnw
式中 vw——工件回转线速度（m/min）；
;.
2.精整加工的特点 使用高品质微粒磨料制成的固结磨具油石。 切削速度远低于磨削速度。（100m/min） 精整加工具有特殊运动形式。 精整加工所使用的磨具不需修整。
4
;.
❖ 10.1.2 精整加工机理 精整加工是一种选择压力作用点的加工方法 当工具与工件在一定宽度面上接触，施加压力后，自动地选择局部突出的地方加工，故仅
❖ 油石的切削作用越强，生产率越高，但表面粗糙度越高。 因此粗超精加工时θmax可选大一些，一般取30~45 º； 精超精加工时，一般取10~20 º
13
;.
2.油石的振动频率及振幅 ❖ 振动频率f越高，切削作用越强，因而加工效率越高。但f受到超精头和工艺系统刚度的限
制，频率过高可能使工件表面出现振纹，使表面粗糙度升高。一般粗超精加工f取 1500~2000次/min，精超精加工f取500~1500次/min。 ❖ 振幅A越大切削作用越强，但表面粗糙度值越高。粗超精加工选3~5mm；精超精加工选 1~3mm。
切除承受压力处的材料。 这种加工方法使工具与工件分别随行对方引导而同时逐步提高精度，即使工具多少存在误
差，由于加工过程中工具上的误差点也被切除，提高了工具精度，故与一般强制进给的切 削方法不同，可获得较高的加工精度。
5
;.
2014 - 07 - 精密切削
10-3 10-4 10-5 1900 1920 1940 1960 1980 2000
超晶格物质合成加工 年份
X射线测微分析仪
超精密加工技术
一般加工：精度10μm左右，Ra0.3～0.8μm； 精密加工：精度10—0.1μm左右，Ra0.3—0.03μm； 超精密加工：精度0.1—0.01μm左右，Ra0.03—0.05μm； 纳米加工：精度高于0.001μm，Ra小于0.005μm 。 超精密加工是以精密元件为加工对象。超精密加工必须具有稳定的加工环 境，即必须在恒温、超净、防振等条件下进行。另外，精密测量是超精密 加工的必要手段，否则无法判断加工精度。
超精密加工技术的发展趋势
向超精结构、多功能模块化、光机电一体化、 加工检测一体化方向发展，并采用测量、控制技
术实时补偿误差。
不断出现新工艺和复合加工技术，被加工的材 料范围扩大。 在作业环境建造方面的诸如高性能的基础隔振 技术、净化技术与环境温控技术将有更大发展。
超精密切削内容
精密车削
直接驱动：直线电动机
间接驱动：电机、联轴器、丝杠螺母 3超精密机床数控技术
高分辨率1nm和快速插补0.1ms
4 超精密运动检测技术
PC + DSP
高定位和跟踪精度，全闭环结构，光栅尺、双频激光干涉仪
5 精密机床布局与整体技术
模块化、构件化，T形布局，整体刚度高
超精密加工技术的国内外发展现状
国际上处于领先地位的国家有美国、英国和日本。 美国主要研究以发展国防尖端技术为主要目标。 日本的研究以民品应用为主要对象。 我国70年代末期有了长足进步，80年代中期出现了具有世
超精密加工技术
2.精密和镜面磨削 磨削时尺寸精度和几何精度主要靠精密磨床保证，可达亚微米级精度（指 精度为1~10-2μm）。 在精密磨床上使用细粒度磨粒砂轮可磨削出Ra=0.1～0.05μm的表面。 使用金属结合剂砂轮的在线电解修整砂轮的镜面磨削技术可得到Ra0.01～ 0.002μm的镜面。
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20世纪90年代至今为民间工业应用成熟期； 从1990年起，由于汽车、能源、医疗器材、信息、光电和通
信等产业的蓬勃发展，超精密加工的需求急剧增加，在工业界 的应用包括非球面光学镜片、超精密模具、磁盘驱动器磁头、 半导体晶片切割等。在这一时期，超精密加工设备的相关技术 如控制器、激光干涉仪等也逐渐成熟，许多公司纷纷推出量产 型设备。
目录
1
超精密切削简介
2
超精密切削刀具
3 超精密切削机床
4
误差补偿技术
5
精密测量技术
2.1 超精密切削加工刀具
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2.2 超精密切削加工对刀具的要求
极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量； 刃口能磨得极其锋利，刃口半径值极小，能实现超薄切削厚
度； 刀刃无缺陷，切削时刃形将复制在被加工表面上，从而得到
软件与硬件误差补偿：通过计算机对所建立的数学模型进行 运算后，发出运动指令，由数控随动系统完成误差补偿动作。 软件与硬件补偿的区分是看补偿信息是由软件还是硬件产生。
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单项与综合误差补偿：综合误差补偿是同时补偿几项误差， 比单项误差补偿要复杂，但效率高、效果好。
单维语多维误差补偿：多维误差补偿是在多坐标上进行误差 补偿，难度和工作量都比较大，是近几年来发展起来的误差 补偿技术。
超精密切削加工
姓名：南宫幽夏 学号：*********
机械工程学院
江苏科技大学
目录
1
超精密切削简介
2
超精密切削刀具
3 超精密切削机床
4
误差补偿技术
5
精密测量技术
1.1 超精密切削加工简介
1.2 超精密切削加工发展的三个阶段
20世纪50年代至80 年代为技术开创期； 20世纪50年代末，出于航天、国防等尖端技术发展的需要，
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4.3 误差补偿的过程
反复检测出现的误差并分析，找出规律，找出影响误差的主 要因素，确定误差项目；
进行误差信号的处理，去除干扰信号，分离不需要的误差信 号，找出工件加工误差与在补偿点的补偿量之间的关系，建 立相应的数学模型；
选择或设计合适的误差补偿控制系统和执行机构，以便在补 偿点实现补偿运动；
20世纪80年代至90年代为民间工业应用初期； 20世纪80年代，美国政府推动数家民间公司如Moore Special
Tool和Pneumo Precision公司开始超精密加工设备的商品化，而 日本数家公司也陆续推出产品，但这些设备开始面向一般民间 工业光学组件。20世纪80年代末，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尺寸超精密加工。美国LLDL国家实验室研 制出的大型光学金刚石车床LODTM成为超精密加工史上的经典 之作。
4.1 误差补偿介绍
误差补偿：在机械加工中出现的误差采用修正、抵消、均化、 “钝化”等措施使误差减小。 侠义的角度：误差补偿是对一尺寸、形状、位置差值的补足。
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4.2 误差补偿的类型
实时与非实时误差补偿：加工过程中，实时进行误差检测， 并紧接着进行误差补偿，不仅可以补偿系统误差，且可以补 偿随机误差；非实时误差补偿只能补偿系统误差。
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美国LLNL实验室研制的LODTM车床
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非球面复合加工系统
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3.2 国内超精密切削加工机床
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目录
1切削刀具
3 超精密切削机床
4
误差补偿技术
5
精密测量技术
超光滑的镜面； 与工件材料的抗粘性好、化学亲和性小、摩擦系数低，以得
到极好的加工表面完整性； 不可替代的超精密切削刀具材料：单晶金刚石。
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目录
1
超精密切削简介
2
超精密切削刀具
3 超精密切削机床
4
误差补偿技术
5
精密测量技术
3.1 国外超精密切削加工机床
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验证误差补偿的效果，进行必要的调试，保证达到预期要求。
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4.4 误差补偿的组成
误差信号的检测； 误差信号的处理； 误差信号的建模； 补偿控制； 补偿执行机构。
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目录
1
超精密切削简介
2
超精密切削刀具
3 超精密切削机床
4
误差补偿技术
5
精密测量技术
5.1 精密测量的支撑环境
空气环境——洁净度、气流速度、压力、有害气体等； 热环境——温度、湿度、表面热辐射等； 振动环境——频率、加速度、位移、微振动等； 声环境——噪声、频率、声压等； 光环境——照度、眩光、色彩等； 静电环境——微电量、电磁波、放射线等。
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5.2 精密测量的仪器
千分表
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激光全息光栅尺
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激光扫描千分尺
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视像测量系统
美国率先发展了超精密加工技术，开发了金刚石刀具超精密切 削——单点金刚石切削技术（SPDT），用于加工激光核聚变反 射镜、战术导弹及载人飞船用球面、非球面大型零件等。从 1966年起，美国Union Carbide公司、荷兰Philips公司和美国 Lawrence Livermore Laboratories陆续推出各自的超精密金刚石 车床，但其应用限于少数大公司与研究单位的试验研究，并以 国防用途或科学研究用途的产品加工为主。