磨削技術

超精密加工技術

發布時間:2022/10/28
  超精密加工技術起源于美國20世紀60年代初期(于1962年首先研制成功超精密車床),它是為了適應現代高科技發展需要而興起的一種機械加工新工藝。它綜合應用了機械技術發展的新成果及現代電子技術、計算機技術和測量技術等新技術。
目前,超精密加工就其本質來說,是要實現以現有的普通精密加工手段還達不到的高精密加工。就其量來說,是要加工出亞微米級乃至毫微米級的形狀與尺寸精度,并獲得納米級的表面粗糙度,但究竟精度值為多少才算得上超精密加工,一般要視零件大小、復雜程度以及是否容易變形等因素而定。
  超精密加工主要包括超精密切削、超精密磨削、超精密研磨以及超精密特種加工(電子束、離子束以及激光束加工等)。上述各種方法均能加工出普通精密加工磨床所達不到的尺寸精度、形狀精度和表面質量,每種超精密加工方法都是針對不同零件的要求而選擇的。目前,超精密加工的加工精度正在向納米級發展。
  (1)超精密加工的主要加工方法:
 ?、俪芮邢鳎褐饕墙柚h利的金剛石刀具對工件進行車削和銑削,可用于加工要求高表面質量和高形狀精度的有色金屬和非金屬零件。此外超精密切削加工還采用了高精度的基礎元部件、高精度的定位檢測元件(如光柵、激光檢測系統等)以及高分辨率的微量進給機構。機床本身采取恒溫、防振及隔振等措施,還要有防止污染工件的裝置。機床必須安裝在潔凈室內。進行超精密切削加工的零件必須質地均勻,沒有缺陷。
 ?、诔苣ハ鳎涸摷夹g是在一般精密磨削基礎上發展起來的。超緊密磨削不僅要提供鏡面級的表面粗糙度,還要保證獲得精確的幾何形狀和尺寸。為此,除要考慮各種工藝因素外,還必須有高精度、高剛度以及高阻尼特征的基準部件,消除各種動態誤差的影響,并采取高精度檢測手段和補償手段。
 ?、鄢苎心ィ貉心ナ窃诒患庸け砻婧脱心スぞ咧g放上游離的磨料和潤滑液,使被加工表面和研磨工具產生相對運動并加壓,磨料產生切削、擠壓作用,從而去除表面凸處,使被加工表面的精度得以提高,表面粗糙度值得以降低。
 ?、艹⒓毤庸ぃ褐饕糜谖⑿×慵臀⑿〕叽绲募庸?,多以集成電路和微型機械為對象,與微電子技術聯系密切。
 ?、莨庹c精整加工:光整加工強調了表面粗糙度值的降低及去除毛刺;精整加工則是在光整加工的基礎上強調了精度的提高。
  (2)超精密特種加工:超精密特種加工的方法很多,多是分子、原子單位加工方法,可以分為去除(分離)、附著(沉積)和結合以及變形四大類。分離(去除)加工就是從工件上分離原子或分子,如電子束加工和離子束濺射加工等。附著(沉積)是在工件表面上覆蓋一層物質,如電子鍍、離子鍍、分子束處延、離子束外延等。結合是在工件表面上滲入或涂人一些物質,如離子注入、氮化、滲碳等。變形是利用高頻電流、熱射線、電子束、激光、液流、氣流和微粒子束等使工件被加工部分產生變形,改變尺寸和形狀。具體主要有電子束加工工,離子束加工,激光束加工,微細電火花加工,復合加工等。
  (3)超精密加工設備:超精密加工所用的加工設備主要有超精密切削磨削機床、各種研磨機和拋光機等。對于超精密加工所用的加工設備應有高精度、高剛度、高穩定性和高度自動化的要求。圖是一小型超精密研磨拋光機。
  超精密加工機床是超精密加工水平的標志,其結構、精度、穩定性等均對加工質量有直接影響,因此,它應滿足以下一些要求:
  
  圖 超精密研磨拋光機
 ?、俑呔龋喊ǜ叩撵o精度和動精度,主要的性能指標有幾何精度、定位精度和重復定位精度、分辨率等。
 ?、诟邉偠龋喊ǜ叩撵o剛度和動剮度,除本身剛度外,還應注意接觸剛度,同時應考慮由工件、機床、刀具、夾具所組成的工藝系統剛度。
 ?、鄹叻€定性:機床在經運輸、存儲以后,在規定的工作環境下,在使用過程中應能長時間保持精度、抗干擾、穩定工作。因此,機床應有良好的耐磨性、抗振性等。
 ?、芸拐裥院茫涸?a href="http://www.izaskunmontes.com" target="_blank">超精密平面磨床床機構上應盡量采用短傳遞鏈和柔性連接,以減少傳動元件和動力元件的影響。電動機等動力元件和機床的回轉零件應進行嚴格的動平衡,以使本身振動最小。為了隔離動力元件等振源的影響,超精密機床可采用分離結構形式,即將電動機、油泵、真空泵等與機床本體分離,單獨成為一個部件,放在機床旁邊,再用皮帶傳動方式連接起來,獲得了很好的效果。此外,對于大件或基礎件,還應選用抗振性強的材料。
 ?、莞咦詣踊簽榱吮WC加工質量,減少人為因素影響,加工設備多用數控系統實現自動化。
  對于超精密磨削磨床,其在機床環境等方面有以下要求:高精密和超精密砂輪架軸承;低振幅的機床砂輪架;高靈敏度和高重復定位精度的砂輪架;低速運動平穩的工作臺;有良好過濾的切削液,以防止工件表面劃傷;超穩定加工環境條件;防振系統。
  (4)超精密加工技術的發展應用:當前,高科技領域中一些關鍵零部件加工,為了保證其性能,繼續采用高精度加工技術。超精密高精度加工技術與國防工業、信息產業和民用產品有密切關系。
  在國防工業中,陀螺儀的加工涉及多項超精密加工技術,導彈系統的陀螺儀質量直接影響其命中率。在宇航技術中,衛星的姿態軸承和遙測部件對衛星的觀測性能影響很大,該軸承的精度要求很高,必須用超精密加工技術。衛星用的光學望遠鏡、電視攝像系統、紅外傳感器等,其光學系統中的高精度非球面透鏡等都必須用超精密加工技術進行制造。此外,大型天體望遠鏡的透鏡、紅外線探測器反射鏡,激光核聚變用的曲面鏡等都靠超精密加工技術才能制造。
  在信息產業中,計算機上的芯片、磁盤和磁頭,錄像機的磁鼓,復印機的感光鼓、光盤和激光頭,激光打印機的多面體,噴墨打印機的噴墨頭等都要靠超精密加工才能達到產品性能要求。
  在民用產品中,現代小型、超小型的成像設備,如攝像機、照相機等都離不開超精密加工技術。
由此可以看出,超精密加工在各個行業中均有廣闊的市場需求,并且是產品開發成敗的關鍵,不僅如此,它的發展還關系到整個制造業的發展。美國和德國都是世界上制造技術方面的強國,他們的特色也都表現在超精密加工方面,能夠制造出其他國家不能提供的精密產品。而我國在一些涉及高水平制造技術的硬件方面則不能滿足市場要求,如航空工業、航天工業所需要的超精密加工設備、微電子工業所需要的一些集成電路超精密加工設備等都依賴于進口;大多數制造廠的加工水平都不夠高,精密機床等都未能在世界市場上占有一席之地。因此,要發展我國的制造業,必須重視超精密加工技術的發展。
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