精密与特种加工技术

第一章概论

第一节精密与特种加工的产生背景

机械制造面临着一系列严峻的任务：

⑴解决各种难切削材料的加工问题。

⑵解决各种特殊复杂型面的加工问题。

⑶解决各种超精密、光整零件的加工问题。

⑷特殊零件的加工问题。

第二节精密与特种加工的特点

及其对机械制造领域的影响

精密与特种加工是一门多学科的综合高级技术；

精密加工包括微细加工、光整加工和精整加工等，与特种加工关系密切。

特种加工是指利用机、光、电、声、热、化学、磁、原子能等能源来进行加工的非传统加工方法（NTM，Non-Traditional Machining），它们与传统切削加工的不同特点主要有：

①主要不是依靠机械能；

②刀具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度；

③在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力作用。

精密与特种加工技术引起了机械制造领域内的许多变革：

⑴提高了材料的可加工性。

⑵改变了零件的典型工艺路线。

⑶大大缩短新产品试制周期。

⑷对产品零件的结构设计产生很大的影响。

⑸对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生重要影响。

第三节精密与特种加工的方法及分类1．加工成形的原理

分为去除加工、结合加工、变形加工三大类。

去除加工又称为分离加工，是从工件上去除多余的材料。

结合加工是利用理化方法将不同材料结合在一起。

又可分为附着、注入、连接三种。

变形加工又称为流动加工，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。2．加工方法机理

按机理精密与特种加工分为传统加工、非传统加工、

复合加工。

第四节精密与特种加工技术的地位和作用

先进制造技术已经是一个国家经济发展的重要手段之一。

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。

从先进制造技术的技术实质而论，主要有精密、超精密加工技术和制造自动化两大领域。

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。

产品的实际制造，必然要依靠精密加工技术。

第二章金刚石刀具精密切削加工

第一节概述

精密与超精密加工和制造自动化是先进制造技术的两大领域。

加工精度在0.1~1μm，表面粗糙度R a在0.02~0.1μm 之间的加工称为精密加工；加工精度高于0.1μm，表面粗糙度R a小于0.01μm的加工称为超精密加工。

一、超精密加工的难点

精度难以控制；

刚度和热变形影响；

去除层薄，切应力大；

犹如对不连续体进行切削。

二、超精密加工的方法

按加工方式分：

切削加工、磨料加工、特种加工和复合加工按加工机理和特点分：

去除加工、结合加工和变形加工

还可分为

传统加工、非传统加工和复合加工

三、超精密加工的实现条件

超精密加工是多学科交叉的综合性高新技术

①超精密加工的机理与工艺方法；

②超精密加工工艺装备；

③超精密加工工具；

④超精密加工中的工件材料；

⑤精密测量及误差补偿技术；

⑥超精密加工工作环境、条件等。

在超精密加工的中，必须综合考虑以上因素。

第二节超精密机床及其关键部件

一、典型超精密机床

超精密加工对机床的基本要求：

⑴高精度

⑵高刚度

⑶高稳定性

⑷高自动化

大型光学金刚石

车床

——LODTM

FG-001超精密机床

OAGM 2500

大型超精密

机床

AHNIO

型高效

专用车

削、磨

削超精

密机床

二、超精密机床的主轴部件

主轴部件是保证超精密机床加工精度的核心。超精密加工对主轴的要求是极高的回转精度，转动平稳，无振动。

液体静压轴承主轴

空气静压轴承主轴

⑴双半球空气轴承主轴

⑵径向—推力空

气静压轴承主轴

⑶球形—径向

空气轴承主轴

⑷立式空气轴承

主轴

主轴的驱动方式

⑴柔性联轴器驱动

⑵内装式同轴电动机驱动

超精密机床主轴和轴承的材料

应考虑以下主要因素：①耐磨损；②不易生锈腐蚀；③热膨胀系数小；④材料的稳定性好。

制造空气主轴和轴承的材料主要有：

①经表面氮化和低温稳定处理的38CrMoAl氮化钢；

②不锈钢；

③多孔石墨和轴承钢。

另外还有铟钢、花岗岩、微晶玻璃和陶瓷等。

三、精密导轨部件

超精密机床的总体

布局

T形布局

十字形布局

R-θ布局

立式结构布局常用的导轨部件⑴液体静压导轨

花岗岩静压导轨

⑵空气静压导轨和气

浮导轨

空气静压导轨

气浮导轨

床身及导轨的材料

常用的床身及导轨材料有优质耐磨铸铁、花岗岩、人造花岗岩等。

微量进给装置

超精密机床的进给系统—般采用精密滚珠丝杠副、液体静压和空气静压丝杠副。

高精度微量进给装置则有电致伸缩式、弹性变形式、机械传动或液压传动式、热变形式、流体膜变形式、磁致伸缩式等。

目前高精度微量进给装置的分辨力可达到0.001~0.01μm。

精密和超精密微位移机构应满足以下设计要求：

①精微进给和粗进给分开。

②运动部分必须是低摩擦和高稳定度的。

③末级传动元件必须有很高的刚度。

④内部连接必须可靠，尽量采用整体结构或刚性连接。

⑤工艺性好，容易制造。

⑥具有好的动特性。

⑦能实现微进给的自动控制。

⑴压电和电致伸缩微进给装置