2022年超高速加工与超精密加工技术.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 超高速加工与超精密加工技术一、技术概述超高速加工技术是指采纳超硬材料的刃具,通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术；超高速加工的切削速度范畴因不同的工件材料、不同的切削方式而异；目前,一般认为,超高速切削各种材料的切速范畴为：铝合金已超过 1600m/min ,铸铁为 1500m/min ,超耐热镍合金达 300m/min ,钛合金达 1501000m/min,纤维增强塑料为 20009000m/min；各 种 切 削 工 艺 的 切 速 范 围 为 ： 车 削 7007000m/min, 铣 削 3006000m/min, 钻 削2001100m/min,磨削 250m/s 以上等等；超高速加工技术主要包括：超高速切削与磨削机理讨论,超高速主轴单元制造技术,超高速进给单元制造技术,超高速加工用刀具与磨具制造技术,超高速加工在线自动检测与控制技术等；超精密加工当前是指被加工零件的尺寸精度高于0.1 m,表面粗糙度Ra 小于 0.025 m,以及所用机床定位精度的辨论率和重复性高于 加工技术,且正在向纳米级加工技术进展；0.01 m的加工技术, 亦称之为亚微米级超精密加工技术主要包括：超精密加工的机理讨论,超精密加工的设备制造技术讨论,超精密加工工具及刃磨技术讨论,超精密测量技术和误差补偿技术讨论,超精密加工工作环境条件讨论；二、现状及国内外进展趋势1超高速加工工业发达国家对超高速加工的讨论起步早,家主要有德国、日本、美国、意大利等；水平高； 在此项技术中, 处于领先位置的国在超高速加工技术中,超硬材料工具是实现超高速加工的前提和先决条件,超高速切削磨削技术是现代超高速加工的工艺方法,而高速数控机床和加工中心就是实现超高速加工的关键设备；目前,刀具材料已从碳素钢和合金工具钢,经高速钢、硬质合金钢、陶瓷材料,进展到人造金刚石及聚晶金刚石（PCD ）、立方氮化硼及聚晶立方氮化硼（CBN ）；切削速度亦随着刀具材料创新而从以前的 12m/min 提高到 1200m/min 以上； 砂轮材料过去主要是采纳刚玉系、 碳化硅系等, 美国 GE 公司 50 岁月第一在金刚石人工合成方面取得胜利,名师归纳总结 60 岁月又第一研制胜利CBN ；90 岁月陶瓷或树脂结合剂CBN 砂轮、金刚石砂轮线速度可第 1 页,共 5 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 达 125m/s ,有的可达150m/s ,而单层电镀CBN 砂轮可达250m/s ；因此有人认为,随着新刀具 （磨具） 材料的不断进展,每隔十年切削速度要提高一倍,显现不会太遥远了；亚音速乃至超声速加工的在超高速切削技术方面,1976 年美国的 Vought 公司研制了一台超高速 铣床 ,最高转速达到了 20000rpm ；特殊引人注目的是,联邦德国 Darmstadt 工业高校生产工程与机床研究所（ PTW ）从 1978 年开头系统地进行超高速切削机理讨论,对各种金属和非金属材料进行高速切削试验,联邦德国组织了几十家企业并供应了 2000 多万马克支持该项讨论工作,自八十岁月中后期以来,商品化的超高速切削机床不断显现,超高速机床从单一的超高速铣床进展成为超高速车铣床、钻铣床乃至各种高速加工中心等；瑞士、英国、日本也相继推出自 己 的 超 高 速 机 床 ； 日 本 日 立 精 机 的 HG400III 型 加 工 中 心 主 轴 最 高 转 速 达3600040000r/min,工作台快速移动速度为 3640m/min ；采纳直线电机的美国 Ingersoll公司的 HVM800 型高速加工中心进给移动速度为 60m/min ；在高速和超高速磨削技术方面,人们开发了高速、超高速磨削、深切缓进给磨削、深切快进给磨削（即 HEDG ）、多片砂轮和多砂轮架磨削等很多高速高效率磨削,这些高速高效率磨削技术在近 20 年来得到长足的进展及应用；德国 Guehring Automation 公司 1983年制造出了当时世界第一台最具威力的 60kw 强力 CBN 砂轮磨床, Vs 达到 140160m/s；德国阿享工业高校、Bremen 高校在高效深磨的讨论方面取得了世界公认的高水平成果,并积极在铝合金、钛合金、因康镍合金等难加工材料方面进行高效深磨的讨论；德国 Bosch公司应用 CBN 砂轮高速磨削加工 齿轮 齿形,采纳电镀 CBN 砂轮超高速磨削代替原须经滚齿 及 剃齿 加工 的工 艺,加 工 16MnCr5 材 料的 齿 轮 齿形 , Vs 155m/s , 其 Q' 达 到811mm3/mm.s,德国 Kapp 公司应用高速深磨加工泵类零件深槽,工件材料为 100Cr6 轴承钢,采纳电镀 CBN 砂轮, Vs 达到 300m/s ,其 Q 140mm3/mm.s ,磨削加工中,可将淬火后的叶片泵转子 10 个一次装夹,一次磨出转子槽,磨削时工件进给速度为 1.2m/min ,平均每个转子加工工时只需 10 秒钟, 槽宽精度可保证在 2 m,一个砂轮可加工 1300 个工件；目前日本工业有用磨削速度已达 200m/s ,美国 Conneticut 高校磨削讨论中心,1996年其无心外圆高速磨床上,最高砂轮磨削速度达 250m/s ；近年来, 我国在高速超高速加工的各关键领域如大功率高速主轴单元、高加减速直线进给电机、 陶瓷滚动轴承等方面也进行了较多的讨论,但总体水平同国外尚有较大差距,必需急起直追；2超精密加工名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 超精密加工技术在国际上处于领先位置的国家有美国、英国和日本； 这些国家的超精密加工技术不仅总体成套水平高,而且商品化的程度也特别高；美国是开展超精密加工技术讨论最早的国家,也是迄今处于世界领先位置的国家；早在50 岁月末,由于航天等尖端技术进展的需要,美国第一进展了金刚石刀具的超精亲密削技术,称为 “ SPDT技术 ”（Single Point Diamond Turning）或“微英寸技术 ”（1 微英寸 0.025 m）,并进展了相应的空气轴承主轴的超精密机床；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等；如美国LLL 试验室和 Y12 工厂在美国能源部支持下,于1983 年 7 月研制胜利大型超精密金刚石车床DTM 3 型,该机床可加工最大零件.2100mm 、重量 4500kg的激光核聚变用的各种金属反射镜、红外装置用零件、大型天体望远镜 （包括 X 光天体望远镜） 等；该机床的加工精度可达到外形误差为 28nm （半径） ,圆度和平面度为 12.5nm ,加工表面粗糙度为 Ra4.2nm ；该机床与该试验室 1984 年研制的LODTM 大型超精密车床一起仍是现在世界上公认的技术水平最高、超精密车床；精度最高的大型金刚石在超精密加工技术领域,英国克兰菲尔德技术学院所属的克兰菲尔德精密工程讨论所（简称 CUPE ）享有较高声誉, 它是当今世界上精密工程的讨论中心之一,是英国超精密加工技术水平的特殊代表；如CUPE 生产的 Nanocentre （纳米 加工中心 ）既可进行超精密车削,又带有磨头,也可进行超精密磨削,加工工件的外形精度可达 0.1 m ,表面粗糙度Ra<10nm ；日本对超精密加工技术的讨论相对于美、英来说起步较晚, 但是当今世界上超精密加工技术进展最快的国家；日本的讨论重点不同于美国,前者是以民品应用为主要对象,后者就是以进展国防尖端技术为主要目标；所以日本在用于声、光、图象、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件的超精密加工技术方面,是更加先进和具有优势的,甚至超过了美国；我国的超精密加工技术在 70 岁月末期有了长足进步,80 岁月中期显现了具有世界水平的超精密机床和部件；北京机床讨论所是国内进行超精密加工技术讨论的主要单位之一,研制出了多种不同类型的超精密机床、部件和相关的高精度测试仪器等,如精度达 0.025 m的精密轴承、 JCS 027 超精密车床、 JCS 031 超精密 铣床 、JCS 035 超精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机床、红外大功率激光反射镜、超精密振动位移测微仪等,达到了国内领先、国际先进水平；航空航天工业部三零三所在超精密主轴、花岗岩坐标测量机等方面进行了深化讨论及产品生产；哈尔滨工业高校在金刚石超精亲密削、金刚石刀具晶体定向和刃磨、金刚石微粉砂轮电解在线修整技术等方面进行了卓有成效的讨论；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 清华高校在集成电路超精密加工设备、磁盘加工及检测设备、微位移工作台、 超精密砂带磨削和研抛、 金刚石微粉砂轮超精密磨削、非圆截面超精亲密削等方面进行了深化讨论,并有相应产品问世； 此外中科院长春光学精密机械讨论所、华中理工高校、沈阳第一机床厂、成都工具讨论所、 国防科技高校等都进行了这一领域的讨论,成果显著；但总的来说,我国在超精密加工的效率、精度牢靠性,特殊是规格（大尺寸）和技术配套性方面与国外比,与生产实际要求比,仍有相当大的差距；超精密加工技术进展趋势是：向更高精度、更高效率方向进展；向大型化、微型化方向进展； 向加工检测一体化方向进展；机床向多功能模块化方向进展；不断探讨适合于超精密加工的新原理、新方法、新材料；技术的关键十年；三、 “ 十五 ” 目标及主要讨论内容 1目标21 世纪初十年将是超精密加工技术达到和完成纳米加工超高速加工到2005 年基本实现工业应用,主轴最高转速达15000r/min ,进给速度达4060m/min ,砂轮磨削速度达100150m/s ；超精密加工基本实现亚微米级加工,加强纳米级加工技术应用讨论,达到国际九十岁月初期水平；2主要讨论内容（1）超高速切削、磨削机理讨论；对超高速切削和磨削加工过程、各种切削磨削现象、各种被加工材料和各种刀具磨具材料的超高速切削磨削性能以及超高速切削磨削的工艺参 数优化等进行系统讨论；（2）超高速主轴单元制造技术讨论；主轴材料、结构、轴承的讨论与开发；主轴系统动态特性及热态性讨论；柔性主轴及其轴承的弹性支承技术讨论；主轴系统的润滑与冷却技术讨论；主轴的多目标优化设计技术、虚拟设计技术讨论；主轴换刀技术讨论；（3）超高速进给单元制造技术讨论；高速位置芯片环的研制；精密沟通伺服系统及电 机的讨论； 系统惯量与伺服电机参数匹配关系的讨论；机械传动链静、动刚度讨论；加减速 掌握技术讨论；精密滚珠丝杠副及大导程丝杠副的研制等；（4）超高速加工用刀具磨具及材料讨论；讨论开发各种超高速加工（包括难加工材料）用刀具磨具材料及制备技术,使刀具的切削速度达到国外工业发达国家 90 岁月末的水平,磨具的磨削速度达到 150m/s 以上；（5）超高速加工测试技术讨论；对超高速加工机床主轴单元、进给单元系统和机床支名师归纳总结 承及帮助单元系统等功能部位和驱动掌握系统的监控技术,对超高速加工用刀具磨具的磨损第 4 页,共 5 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 和破旧、 磨具的修整等状态以及超高速加工过程中工件加工精度、技术进行讨论；加工表面质量等在线监控（6）超精密加工的加工机理讨论；“进化加工 ”及“超越性加工 ”机理讨论；微观表面完整 性讨论；在超精密范畴内的对各种材料（包括被加工材料和刀具磨具材料）的加工过程、现 象、性能以及工艺参数进行提示性讨论；（7）超精密加工设备制造技术讨论；纳米级超精密车床工程化讨论；超精密磨床讨论；关键基础件,如轴系、导轨副、数控伺服系统、微位移装置等讨论；超精密机床总成制造技 术讨论；（8）超精密加工刀具、磨具及刃磨技术讨论；金刚石刀具及刃磨技术、金刚石微粉砂 轮及其修整技术讨论；（9）精密测量技术及误差补偿技术讨论；纳米级基准与传递系统建立；纳米级测量仪 器讨论；空间误差补偿技术讨论；测量集成技术讨论；（10）超精密加工工作环境条件讨论；超精密测量、控温系统、消振技术讨论；超精密 净化设备,新型特种排屑装置及相关技术的讨论；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 5 页