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第一节精密超精密加工技术
精密及超精密加工对尖端技术的发展起着十分重要的作用。当今各主要工业化国家都投入了巨大的人力物力,来发展精密及超精密加工技术,它已经成为现代制造技术的重要发展方向之一。
本节将对精密、超精密加工和细微加工的概念、基本方法、特点和应用作一般性介绍。
一、精密加工和超精密加工的界定
精密和超精密加工主要是根据加工精度和表面质量两项指标来划分的。这种划分是相对的,随着生产技术的不断发展,其划分界限也将逐渐向前推移。
一般加工是指加工精度在10µm左右(IT5~IT7)、µm~µm的加工方法,如车、铣、刨、磨、电解加工等。适用于汽车制造、拖拉机制造、模具制造和机床制造等。
精密加工是指精度在10µm~µm(IT5或IT5以上)、µm的加工方法,如金刚石车削、高精密磨削、研磨、珩磨、冷压加工等。用于精密机床、精密测量仪器等制造业中的关键零件,如精密丝杠、精密齿轮、精密导轨、微型精密轴承、宝石等的加工。
µm~µm数量级、µm数量级的加工方法。如金刚石精密切削、超精密磨料加工、电子束加工、离子束加工等,用于精密组件、大规模和超大规模集成电路及计量标准组件制造等方面。
二、实现精密和超精密加工的条件
精密和超精密加工技术是一项内容极为广泛的制造技术系统工程,它涉及到超微量切除技术、高稳定性和高净化的工作环境、设备系统、工具条件、工件状况、计量技术、工况检测及质量控制等。其中的任一因素对精密和超精密加工的加工精度和表面质量,都将产生直接或间接的不同程度的影响
。
精密加工和超精密加工必须具有超稳定的加工环境。因为加工环境的极微小变化都可能影响加工精度。超稳定加工环境主要是指在恒温、防振、超净三个方面的要求。
⑴恒温温度增加l℃时,100mm长的钢件就可能会产生1µm的伸长,精密加工和超精密加工的加工精度一般都是微米级、亚微米级或更高。因此,为了保证加工区极高的热稳定性,精密加工和超精密加工必须在严密的多层恒温条件下进行,即不仅放置机床的房间应保持恒温,还要对机床采取特殊的恒温措施。例如美国LLL实验室的一台双轴超精密车床安装在恒温车间内,机床外部罩有透明塑料罩,罩内设有油管,对整个机床喷射恒温油流,加工区温度可保持在20±℃的范围内。
⑵防振机床振动对精密加工和超精密加工有很大的危害,为了提高加工系统的动态稳定性,除了在机床设计和制造上采取各种措施,还必须用隔振系统来保证机床不受或少受外界振动的影