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1、哈尔滨工业大学金属工艺学课程论文题目：超精亲热削加工技术的现状与进展院系：能源学院专业：能源与动力工程专业班级：1402405学号： 姓名：超精亲热削加工技术的现状与进展任海杰哈尔滨工业大学 能源学院 1402405 班 1140240532摘 要：随着航空、航天、仪表和微电子技术的的进展，对零件的尺寸精度和形位精度及外表粗糙度的要求越来越严格，本世纪六十年月产生了超周密加工技术。超精亲热削加工是在 传统切削加工的根底上，集合了大量的技术所形成的近年来进展较快的一项重要技术，是 超精加工技术的一个重要分支。到目前为止，超精亲热削加工的尺寸精度已到达1 微米以内， 外表粗糙度为Ra0.0010.
2、002。加工平面度低于波长的1/2 以下。具有超高精度、高刚度的机床，超周密级的切削刀具，超稳定的切削加工条件是实现超精亲热削加工的先决条件。在 这里，就结合课上所学学问，对超精亲热削加工技术进展具体介绍。关键词：超精亲热削加工技术；液体静压导轨；金刚石刀具；1 超精亲热削加工概况超精亲热削以 SPDT 技术开头，该技术以空气轴承主轴、气动滑板、高刚性、高精度工具、反响把握和环境温度把握为支撑，可获得纳米级外表粗糙度。所用刀具为大块金刚石单 晶，刀具刃口半径微小，可以加工出光滑度极高的镜面。金刚石刀具的优点在于其与有色金 属亲和力小，硬度、耐磨性以及导热性都格外优越，且能刃磨得格外锐利，其刃口
3、圆弧半径 可小于 0.01 微米，实际应用的一般为0.05 微米，可加工出优于0.01 微米的外表粗糙度。此外，超精亲热削加工还承受了高精度的根底元部件如空气轴承、气浮导轨等、高精度的 定位检测元件如光栅、激光检测系统等以及高区分率的微量进给机构。机床本身实行恒 温、防振以及隔振等措施，还要有防止污染工件的装置。机床必需安装在干净室内。进展超 精亲热削加工的零件材料必需质地均匀，没有缺陷。在这种状况下加工无氧铜，外表粗糙度 可达 0.05 微米。加工直径800mm 的非球面透镜，外形精度可达0.2 微米。最先用于铜的平面和非球面光学元件的加工，随后，加工材料拓展至有机玻璃、塑料制品如照相机的塑
4、料镜片、隐形眼镜镜片等、陶瓷及复合材料等。2 超精亲热削加工技术现状超高精度、高刚度的机床是实现超精亲热削加工的必备设备.近年来，超精亲热削加工机床进展趋势是大型化和超周密化.具有代表性的超精亲热削机床有：2.1 美国伦斯试验室的 DTM-3 机床该机床的主轴部件首次承受了高压液体静压轴承，并承受了液体静压导轨。大幅度地提高了机床的动态精度.利用恒温油浴系统来消退机床工作时产生的变形误差，其加工精度可到达 0. 025m，运动平直度 0. 025m/1000mm.位移误差可以把握在 0. 013m/1000mm 以内。机床加工最大直径 2100mm，工件允重 4500kg，从而导致了重型周密机
5、床的潮流.2.2 英国 Cranfield 大学生产工程争辩所研制的大型超周密车床该机床承受立式空气主轴.用于加工大型 X 射线天体望远境的非球面反射镜，机床回转精度为 0. 05m，重复精度达 0. 1m，加工零件外表粗糙度为0. 05m，是目前世界上较大的超周密机床之一。2.3 日本丰田等公司联合研制的超周密车床该车床主轴，工作台及导轨均承受陶瓷制造，以减轻重量、削减热变形。而床身则承受 铁氧体树脂混凝土制造，以提高抗振性和增加重量。并还将液压油温度把握在士0. 1以内，用以冷却机床的内部构造.试验说明:工作台的运动精度在 130mm 行程上最大误差为 0. 03 m。此外，美国劳伦斯国家
6、试验室的 BODTM 超周密车床。中国北京机床所研制的 JCS-027. 0. 31 车床、铣床。沈阳第一机床厂开发的SI-222,235.255 型机床的加工精度，加工外表粗糙等指标也到达微米或亚微米级超精加工水平。3 影响超精亲热削加工质量因素分析超精亲热削加工的质量取决于机床的刚度和精度、切削用刀具的周密等级、被加工工件的物理机械性能及其外形和精度的要求，切削加工条件等。依据其加工过程可以列出如图1 所示的影响超精亲热加工质量因素把握图.由图 1 可以看出：影响超精亲热削加工质量的因素有很多.它们相互影响，相互制约，其切削加工质量的凹凸则取决于各因素的综合作用效应。图 1：影响超精亲热削
7、加工质量因果把握图4 超精亲热削用金刚石刀具的特性及使用条件超精亲热削加工最关键的间题是切除极微薄的金属层，也就是超微量切除技术。最小切 削量与刀具刀刃钝圆半径有关。其大小主要取决于刀具材料的微观构造。由于金刚石刀具具 有硬度高、耐磨性好、刀刃直线度极微小、导热率高、与工件粘合力低等特点，故单晶体金刚石刀具是目前超精亲热削中最常用的切削刀具。4.1 自然金刚石晶体的激光定向法切削加工实践说明:金刚石刀具前刀面发生破损的概率因其结晶方位不同有 108 数量级的差异。而金刚石晶体定向的常用方法有目测法和 X 射线定向法.所谓目测法亦称为阅历定向法是依据金刚石晶体的外形生长状况确定其结晶方位，定向方
8、法简便，不需借助关心设备，但定向粗糙，完全依靠于操作者阅历，因而很难到达抱负的定位精度。而X 射线定向法则是利用X 射线在晶体中的衍射原理来定向的，这种方法定向精度很高，但由于投入设备费用晶贵，测定程序繁琐，直观感差等缺点，很少应用于生产实际.为提高金刚石刀具的耐 用度及其刃磨工艺性，1985 年中国哈尔滨工业大学袁哲俊教授在世界上首先将激光技术引入金刚石晶体的激光定向理论与方法.其原理是当激光束射在金刚石的不同晶面上时，会产 生不同的两叶、三叶、四叶反衍射图形，从而可确定其面网的空间位置.这种方法简洁、实 用、投资少、对人体无害.尤其适合推广到实际场合使用。1990 年日本大坂市立大学上神谦
9、次郎教授将 Mercator 表示方法引入单晶金刚石刀具结晶方向确实定上(如图 2 所示)。并用该方法所测定的金刚石刀具对铜、黄铜及铝合金等进展了实际切削试验。得出了很多重要结论. 该方法为金刚石刀具的广泛应用开拓了的途径。图 2：金刚石晶体参考球及 Mercator 图4.2 金刚石刀具刀尖钝回半径 r 的测定随着近年来超精亲热削加工技术的快速进展，测量金刚石刀具刀尖钝圆半径r 的方法也相继消灭。日本东芝机床公司用两个关心电子检测器，分别放在射线束的两边，建立了一个用扫描电子显微镜测量刀具刀尖钝圆半径r 的系统。大阪金刚石公司的也用扫描电子显微镜对金刚石刀具刀尖钝圆半径r 进展测定，他们从金
10、刚石阴极发光所显示出的不同颜色、不同发光强度的区域来判定r 的数值，其测量值可在 20nm 以下.但应用此方法必项将刀具从小刀架上卸下来才能测定。为抑制这一弊端，日本横滨国立大学中山一雄教授等提出了用银线复映法来测量金刚右刀具的刀尖钝圆半径r 值的方法。其原理见图3。应用该测定方法可直接测量出刀具的刀尖钝圆半径r 的值。其测定值可以到达 0.07m 左右。它的提出把自动化、高精度切削加工中刀具的测定有用化向前推动了一大步。图 3 银线复映法测量系统5 尚待解决的问题及进展前景经过近三十年的努力，超精亲热削加工技术应用领域已从航天、航空、军事工业渐渐转 向民用工业。被加工材料也从铜和铜的合金、铝
11、和铝的合金渐渐转向黑色金属及难加工材料方向扩展。切削加工精度、切削效率在逐步提高，加工范围在不断扩大。但尚有一些极待解决的难题：5.1 闭环数控超精亲热削机床的开发随着超精加工的领域不断扩大，现有机床的刚度、精度、微进给装置、高速响应性能等均存在着一些极待解决的间题.迫切需要开发出装有 0. O1 微米以下的激光干预仪，具有纳米级区分率的压电式微量进给机构，高速响应性能优越的高区分率伺服电机，以及无间隙传动 机构等装置的超周密自动化加工机床.5.2 超光滑外表形成机理的争辩尽管对被加工工件材料的晶体异向性和金刚石刀具刃口质量等因素对超光滑外表的形 成机理的影响进展了一些有意义的争辩，但由于种种
12、缘由.对超光滑外表机理的生疏尚不够 深凡如何改养披加工工件材料的切削加工性，提高金刚石刀具刃口刃磨质量等尚有待于进一步探讨。5.3 黑色金属及难加工材料的超精亲热削加工金刚石刀具性脆、韧性差，对铁的亲和作用大，在700 C -800时极易碳化.虽然有些学者曾试用甲烷等富碳气体或氮气等气体保护下进展了黑色金属的超低温精亲热削加工，也取得了肯定的效果，但金刚石刀具在黑色金属材料的超精亲热削加工中仍未获得广泛应用. 有待于制造出良好的超精加工稳定条件的切削气氛，争辩用金刚石刀具切削黑色金属及难加工材料的工艺、技术、方法，拓宽金刚石刀具的加工范围和应用领域。5.4 金刚石刀具几何参数和切削用量的优化金
13、刚石刀具硬度高、耐磨损性能稳定，但加工工艺性能差.目前还很难将其做成其它一般切削刀具的外形和几何参数，其切削用量亦受到机床、工艺系统的稳定性、刀具的抗振性能等的限制，切削加工效率还很低.有待于开发出制造、刃磨、检测金则石刀具质量技术和方法，使金刚石刀具在生产实际中得到更加广泛的应用.超精亲热削加工技术是进展较快的一门技术.可以预料，今后的进展目标必定是高效率、高质量、低本钱，渐渐地实现超周密加工技术的民用化、商品化.随着科学技术的不断进步，超精亲热削加毛技术必将获得的更大的进展。参考文献：1TUShiO KASAI 超周密加工技术一最近的话题.机械争辩 1989N112A. T. Collins The Science and Technology of the New Diamord Industrial Diamord Riciew 1989N13 金志浩，高积强，乔冠军.工程陶瓷材料M.西安交通大学出版社，2022.4 袁巨龙.功能陶瓷的超周密加工技术M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2022.5 国家自然科学基金委员会工程与材料科学部学科进展战略争辩报告(2022 年一 2022 年)一一机械与制造科学M.北京：科学出版社，2022.6 土志标，杨辉超周密加工技术在形势下而临的任务J.航空周密制造技术，2022, 40(3):1-5