超精密切削加工
NANOTECH 350FG 介绍
成形：采用研磨加工方法；
研磨方法：用空气轴承的研磨机； 特殊刀头的形状
四、 五轴机超精密加工 的方法
普通切削加工 SSS FTS
4.1 普通切削加工（轴对称零件）
主轴只做回转运动，不带C轴模式 只通过X和Z轴的插补走出面型 可加工PMMA,铜，铝，锗，氟化钙等材料 不同材料需要使用不同的刀具和工艺
详细指标链接
Ultra-Precision three, four, or five axis CNC machining system for on-axis turning of aspheric and toroidal surfaces; slow-slideservo machining (rotary ruling) of freeform surfaces; and raster flycutting of freeforms, linear diffractives, and prismatic optical structures
Electronic Gage Head with Magnetic Stand
NanoMETER
NanoBalance™
Work Spindle Trim Balancer
Workpiece Measurement & Error Compensation System (WECS)
三、超精密加工刀具
面型测量仪器：ZYGO激光干涉仪，轮廓仪 粗糙度测量仪器：VEECO白光干涉仪
ZYGO激光干涉仪
GPI™ XP/D激光干涉仪--运用移相干涉原理，提供高精度的
平面面形，球面面形，曲率半径，样品表面质量，传输波
精密加工简答题
Part1 精密加工1.制造技术的发展的两个主要方向是什么？答：精密和超精密加工技术：追求加工上的精度和表面质量的极限；自动化智能制造技术：追求自动化技术的极限：包括了产品设计、制造和管理的自动化。
2.精密和超精密加工技术有何特点？答：(1) 精密加工和超精密加工技术的内涵具有相对性，具体数值随时间的推移而变化，界限是相对的；(2) 超精密加工具有不普及性、保密性；(3) 超精密加工属于尖端技术，是国际竞争取得成功的关键；(4) 超精密加工与测量技术密切相关。
3.为什么研磨、抛光等工艺属于“进化加工”？答：此类工艺均采用游离磨料对零件进行加工，加工所用工装设备要求相对较低，加工后表面质量与机床精度没有直接关系，因此可以用此类加工工艺获得很高的加工质量。
4.精密和超精密加工现在包括哪些领域？答：精密和超精密加工目前包含三个领域：1)超精密切削和磨削加工：2)精密和超精特种加工：3)复合超精密加工技术：传统加工和特种加工的复合，如机械化学抛光、精密电解磨削、精密超声珩磨等5.金刚石刀具又哪些优异性能？答：1)硬度最高，（莫氏硬度10，显微硬度为6000~10000HV）；2)非常耐磨，其相对耐磨性约为钢的9000倍；3)有较大的热容量和良好的导热性，线膨胀系数很小，熔点高于3550℃；4)和有色金属间的摩擦系数低；5)不溶于酸和碱，但能溶于硝酸钠、硝酸钾等盐溶液；在800℃以上的高温下，能与铁或者铁合金反应和溶解；6)可以研磨出极锋利的刃口，没有其他材料可以磨到如此锋利且能长期切削而磨损很小。
6.金刚石刀具磨损或破损的标志？金刚石刀具破损的主要原因是？答：加工质量是否下降超差，粗糙度是否超过规定值。
微小振动引起的微观解理，造成微小崩刃7.什么是刀具锋锐度？表示锋锐度指标是什么？答：刃口锋锐度是指：刀具刃口的锋利程度指标：切削刃钝圆半径ρ的大小。
8.解释金刚石刀具设计时，通常选择100晶面做刀面，而不选择110和111晶面的理由？答：1)100：（100）耐磨性优于（110）；（100）晶面的微观破损强度高于（110）晶面，（100）晶面受载荷时的破损机率比（110）晶面低很多；也更容易磨出高质量的刃口（精磨时不容易微观崩刃，反而容易减小研磨时间--尽管粗磨时费时，效率低些）；（100）晶面和有色金属之间的摩擦系数要低于（110）晶面的摩擦系数。
精密和超精密加工的机床设备
高精度、高效率、高表面质量、 低误差、低能耗等。
应用领域
01
02
03
04
航空航天
制造飞机发动机叶片、涡轮盘 等关键部件。
汽车制造
加工发动机缸体、曲轴等精密 零部件。
能源领域
制造核聚变反应堆中的超导线 圈、太阳能电池板等。
医疗器械
制造人工关节、牙科种植体等 医疗器件。
发展历程与趋势
发展历程
从20世纪50年代开始，精密和超精密加工技术经历了从简单磨削 到复杂切削，再到超精密切削的发展过程。
航空航天领域的应用案例
案例一
某航空发动机制造企业使用超精密加 工机床，对涡轮叶片进行高精度磨削 和抛光，提高了发动机性能和可靠性 。
案例二
某飞机制造企业采用精密加工机床， 对机身结构件进行高精度切割和加工 ，确保飞机整体装配精度和质量。
汽车工业领域的应用案例
案例一
某汽车零部件制造企业使用精密加工 机床，对发动机缸体进行高精度加工， 提高缸体质量和性能，降低发动机故 障率。
柔性化
为了满足多品种、小批量生产的需求，未来精密和超精密加工机床将采用模块化设计、可 重构制造系统等技术，提高机床的加工范围和适应能力。
新材料、新工艺的应用
新材料
随着新材料技术的发展，未来精密和超精密加工机床将采用新型高强度、高硬 度、轻质材料，提高加工效率和加工质量。
ห้องสมุดไป่ตู้新工艺
为了满足复杂形状和特殊材料的加工需求，未来精密和超精密加工机床将采用 新的切削工艺、光整加工工艺和复合加工工艺等，提高加工精度和表面质量。
伺服驱动技术
采用先进的伺服驱动技术， 实现高精度的位置控制和 速度控制。
插补算法
精密与超精密加工技术课件
珩磨效果受到多种因素的影响 ，如磨石的粒度、粘结剂的类 型、珩磨头的转速和压力等。
电解加工工艺
电解加工工艺概述
电解加工是一种利用电化学反应去除 工件材料的加工方法，具有加工精度 高、表面质量好等特点。
电解加工工艺流程
电解加工工艺通常包括工件表面处理 、电解液的选择和调整、电解加工设 备的设置以及加工参数的控制等步骤 。
、汽车和航空领域。
陶瓷材料
陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性和 耐高温等特点，常用于制造刀具、 磨具和高温部件。
复合材料
复合材料由两种或多种材料组成， 具有优异的综合性能，如碳纤维复 合材料具有高强度和轻质的特点。
复合材料
玻璃纤维复合材料
玻璃纤维复合材料具有高 强度、高刚性和耐腐蚀等 特点，广泛应用于建筑、 船舶和汽车领域。
抛光效果受到抛光轮的材料、转速、抛光膏或抛光液的成分以及抛光 压力等因素的影响。
珩磨工艺
珩磨工艺概述
珩磨是一种利用珩磨头上的磨 石与工件表面进行摩擦，以去 除表面微小凸起和划痕的加工
方法。
珩磨材料
珩磨头上的磨石由硬质颗粒和 粘结剂组成，具有较高的硬度 和耐磨性。
珩磨工艺流程
珩磨工艺通常包括工件表面处 理、涂敷润滑剂、珩磨头的旋 转运动以及工件的往复运动等 步骤。
碳纤维复合材料
碳纤维复合材料具有高强 度、轻质和耐高温等特点 ，常用于制造航空器和体 育用品。
金属基复合材料
金属基复合材料以金属为 基体，加入增强纤维或颗 粒，以提高材料的强度、 刚度和耐磨性。
04
精密与超精密加工工艺
研磨工艺
研磨工艺概述
研磨材料
研磨是一种通过研磨剂去除工件表面微小 凸起和划痕的加工方法，以达到平滑表面 的效果。
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。
精密制造作业最小切削厚度
超精密加工的最小切削厚度在超精密加工中,切削深度非常小,和切削刃钝圆在同一数量级,当其低于某一特定值,也就是所谓的“最小切削厚度”时,无切屑产生。
最小切削厚度是刀具切削刃和工件接触时能形成切屑的临界厚度, 它是微切削中切削参数选择时需考虑的前提,是影响表面加工质量的主要因素。
其值通常介于切削刃钝圆的5%一38%之间,切削中切屑形成有三个阶段: (1) 切削深度小于最小切削厚时,材料仅发生弹性变形,无切屑生成。
(2) 切削深度接近最小切削厚度时,尽管工件轻微变形, 刀具剪切材料形成切屑。
材料的弹性恢复导致实际切削厚度小于理论切厚。
(3) 切削深度大于最小切削厚度时,材料几乎不发生弹性恢复,实际切厚等于理论切厚。
最小切削厚度现象导致材料表面的滑移力和耕犁力的变大,结果使切削力增加,毛刺增多,表面粗糙度变大。
为了合理选择切削参数,正确估计最小切削厚度的值十分关键。
超精密切削加工的技术难点精密加工和超精密加工是一个相对的概念，是随着加工技术的进步不断变化的。
目前，一般认为精密加工是指加工精度为1〜0.1 m,表面粗糙度为Ra小于0.1〜0.01卩m的加工技术；超精密加工是指加工精度高于0. 1卩m,表面粗糙度Ra小于0. 025卩m的加工技术。
当前，超精密加工的水平已达到了纳米级，形成了纳米加工技术。
实现纳米级超精密切削加工主要存在以下技术难点:八、、■(1) 材料微量加工性的影响材料的去除过程不仅取决于切削刀具, 同时也严格受制于被加工材料本身。
超微细切削加工材料的选择以纳米级的表面质量为前提, 称为材料的“微量加工性”。
影响材料微量加工性的因素包括被切削材料对金刚石刀具的内部亲合性(化学反应) 、材料本身的晶体结构、缺陷、分布和热处理状态等。
(2) 单位切削力大微细切削是一种极薄切削,切削厚度可能小于晶粒的大小,故切削力的特征是切削力微小,但单位切削力非常大。
实现纳米级超微细加工的物理实质是切断材料分子、原子间的结合,实现原子或分子的去除,因此切削力必须超过晶体内部的分子、原子结合力。
《精密和超精密加工技术(第3版)》第2章超精密切削与金刚石刀具
三、使用切削液减小积屑瘤,减小加工表面粗糙 度值
图2-11 超精密切削时切削速度对加工表面粗糙 度的影响 f=0.0075mm/r ap=0.02mm
加工硬铝时,如将航空汽油作为切削液,可明显减小 加工表面粗糙度值,并且在低速时表面粗糙度值也很 小。这说明使用切削液后,已消除了积屑瘤对加工表 面粗糙度的影响，从污染环境看,应在保证加工表面 质量的条件下,尽量少用切削液。加工黄铜时,切削 液无明显效果,低速时加工表面粗糙度值不大,故加 工黄铜时可不使用切削液。
加的原因如下:
1)鼻形积屑瘤前端的圆弧半径R为2~3μm,较原来金刚 石车刀的切削刃钝圆半径rn(0.2~0.3μm)大得多。
2)积屑瘤存在时,它代替金刚石切削刃进行切削,积屑 瘤和切屑间的摩擦及积屑瘤和已加工表面之间的摩擦 都很严重,摩擦力很大,大大超过金刚石和这些材料之 间的摩擦力,这导致切削力的增加。
超精密切削刀具磨损和寿命
图2-2 磨损的金刚石切削刃
正常刀具磨损情况,一般磨 损主要在后刀面上。
图2-3 剧烈磨损的金刚石切削刃
剧烈磨损情况,从图中可看 到磨损区呈层状,即刀具磨 损为层状微小剥落,这大概 是由金刚石沿(111)晶面有 解理现象产生而造成这样的 磨损形式。
超精密切削刀具磨损和寿命
一、超精密切削时切削参数对积屑瘤生成的影响
图2-8 背吃刀量㊀ap对积屑瘤高度的影响
硬铝v=314m/min f=0.0075mm/r
在实验的切削参数范围内都有积屑瘤产生。
背吃刀量ap<25μm时,积屑瘤的高度h0变化 不大,但ap大于25μm后,积屑瘤高度h0将随 ap值的增加而增加,这种变化的原因大概是
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）。
超精加工的原理和特点
超精加工的原理和特点超精加工实际上是摩擦抛光过程，是降低表面粗糙度的一种有效的光整加工方法。
它具有设备简单、操作方便、效果显著、经济性好等优点。
1)超精加工的工作原理超精加工使用细粒度磨条（油石）以较低的压力和切削速度对工件表面进行精密加工的方法，如图 6.6所示。
图 6.6 超精加工运动加工中有三种运动，即工件的回转运动1；磨头轴向进给运动2；磨条高速往复振动3。
这三种运动使磨粒在工件表面形成的轨迹是正弦曲线。
超精加工的切削过程与磨削、研磨不同，只能切去工件表面的凸峰，当工件表面磨平后，切削作用能自动停止。
超精加工大致可分为四个阶段：强力切削阶段油石磨粒细，压力小，工件与磨条之间的油膜易形成，单位面积上的压力大，故切削作用强烈。
正常切削阶段当少数凸峰磨平后，接触面积上的压力降低，切削磨条自锐性作用减弱，进入正常切削阶段。
微弱切削阶段随着切削面积的增大，单位面积上的压力更低，切削作用微弱，且细小的切屑形成氧化物而嵌入油石空隙中，使油石产生光滑表面，具有摩擦抛光作用而降低工件表面的粗糙度。
自动停止阶段工件磨平，单位面积上压力极低，工件与磨条之间又形成了油膜，不再窃笑，切削作用自动停止。
2) 超精加工的特点①超精加工磨粒运动轨迹复杂，能由切削过程过渡到抛光过程，表面粗糙度Ra值达0.01-0.04μm。
②超精加工磨条的粒度极细，只能切削工件凸峰，所以加工余量很小，一般为0.005-0.00025mm。
③磨条高速往复振动，磨条的微刃两面切削，磨屑易于清楚。
不会在工件表面形成划痕。
④切削速度低，磨条压力小，工件表面不易发热，不会烧伤表面，也不易使工件表面变形。
⑤超精加工的表面耐磨性好。
《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。