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精密机械制造

日期:2020-04-17 14:41 作者:摩纳哥城赌场

  精密机械制造_幼儿读物_幼儿教育_教育专区。第四章 精密机械制造技术 2020/4/9 张士强 2010年4月 精密和超精密加工技术的地位与作用 超精密加工是国家制造工业水平的重要标志之一 超精密加工所能达到的精度、表面粗糙度、 加工尺

  第四章 精密机械制造技术 2020/4/9 张士强 2010年4月 精密和超精密加工技术的地位与作用 超精密加工是国家制造工业水平的重要标志之一 超精密加工所能达到的精度、表面粗糙度、 加工尺寸范围和几何形状是一个国家制造技术水 平的重要标志之一。例如:金刚石刀具切削刃钝 圆半径的大小是金刚石刀具超精密切削的一个关 键技术参数,日本声称已达到2nm,而我国尚处 于亚微米水平,相差一个数量级;又如金刚石微 粉砂轮超精密磨削在日本已用于生产,使制造水 平有了大幅度提高,突出地解决了超精密磨削磨 料加工效率低的问题。 2020/4/9 精密和超精密加工技术的地位与作用 精密和超精密加工是先进制造技术的基础和关键 作为制 造技术的 主战场, 作为真实 产品的实 际制造, 必然要靠 精密加工 和超精密 加工技术。 2020/4/9 君越 2mm工程-车身制造综合误 差指数(Continuous Improvement In—dicator 密歇根大学的吴贤铭、倪军 教授(密歇根大学先进制造技 术中心主任)克莱斯勒 、通用 集成电路 ?精密和超精密加工的需求 国防工业上的需求 瑞典RBS-70系统 导弹系统的陀螺仪加工涉及多 项超精密加工,陀螺仪质量直接 影响其命中率,1kg的陀螺转子, 其质量中心偏离其对称轴 0.0005μm,则会引起100m的 射程误差和50m的轨道误差。 红外线探测器反射镜,其抛物 面反射镜形状精度为1μm,表面 粗糙度为Ra0.01μm,其加工精 度直接影响导弹的引爆距离和命 中率。 东风11 型近程 导弹 2020/4/9 国防工业上的需求 东芝事件——东芝 机械公司与挪威康 士堡向前苏联出口 可加工核潜艇螺旋 桨的五轴联动数控 铣床而引发的。 勃列日涅夫统治后期 挪威康克斯佩鲁 苏联技术机械进口 “巴黎统筹委员会” 克公司派到苏联 公司的副总裁奥西 的电脑技师—波 波夫 (全“K委帮员”会是克苏格联勃国的家代安称路取)斯”塔工特作的“争 2020/4/9 服役的哈勃望远镜 大型天体望远镜 的透镜、直径达 2.4m,形状精度 为0.01μm,如著 名的哈勃太空望远 镜,能观察140亿 光年的天体(六轴 CNC研磨抛光机 ) 2020/4/9 狮子座螺旋星系 激光核聚变用 的曲面镜,其形 状精度小1μm, 表面粗糙度小于 Ra0.01μm,其 质量直接影响激 光的光源性能。 银河系环形星群 精密和超精密加工的需求 信息产品中的需求 计算机上的芯片、磁板基片、光盘基 片等都需要超精密加工技术来制造。录 像机的磁鼓、复印机的感光鼓、各种磁 头、激光打印机的多面体、喷墨打印机 的喷墨头等都必须进行超精密加工,才 能达到质量要求。 2020/4/9 精密和超精密加工的需求 民用产品中的需求 现代小型、超小型的成像设备,如摄相机、 照相机等上的各种透镜,特别是光学曲面透镜, 激光打印机、激光打标机等上的各种反射镜都 要靠超精密加工技术来完成。至于超精密加工 床、设备和装置当然更需要超精密加工技术才 能制造。 2020/4/9 ?超精密加工现状及发展趋势 国内外现状 (1)美国是开展研究最早的国家。 (2)日本是当今世界上超精密加工技术发展最快 的国家 。 (3)我国的超精密加工技术在70年代末期有了长 足进步,80年代中期出现了具有世界水平的超 精密机床和部件。 2020/4/9 济南二机床集团的 XKV2745×200双 龙门移动机械传动 五轴联动数控镗铣 床 2020/4/9 2006大连机床厂为给德国世 界杯助兴,特别使用 “九轴 五连动车铣复合数控机床” 精心雕刻出一个金属足球 精密机械制造技术 4.1 精密和超精密加工概述 4.2 工艺路线 精密和超精密砂带磨削 4.5 超精密车削加工 4.6 光整加工 2020/4/9 4.1 精密和超精密加工概述 精密和超精密加工的概念 ?精密和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶 段,通常,按加工精度划分,可将机械加工分为一般 加工、精密加工、超精密加工三个阶段。 ?精密加工:加工精度在0.1~1?m,加工表面粗糙 度在Ra0.02~0.1?m之间的加工方法称为精密加工; ?超精密加工:加工精度高于0.1?m,加工表面粗糙 度小于Ra0.01?m之间的加工方法称为超精密加工( 微细加工、超微细加工、光整加工、精整加工等 ) 。 2020/4/9 4.1 精密和超精密加工概述 精密和超精密加工的相对性及精度表示方法 ?精密和超精密加工——一般精密加工 ?微细加工——微小尺寸 ?超微细加工——超微小尺寸 ?一般加工精度表示方法 ?微细加工和超微细加工的精度表示方法 微米工艺——纳米工艺 精密和超精密加工方法 2020/4/9 4.1 精密和超精密加工概述 精密加工对设备及环境的要求 ?设备——主轴部件、机床移动部件、刀 具或工作台。 ?环境——振动、环境 2020/4/9 4.2 工艺路线.加工方法的经济精 度和表面粗糙度—— 被加工表面精度和表 面粗糙度 ? 加工方法的经济精度: 在正常加工条件下 (采用符合质量标准 的设备、工艺装备和 标准技术等级的工人, 不延长加工时间)所 能保证的加工精 度。 2020/4/9 4.2 工艺路线. 加工表面的技术要求(包括由于基准不重合而提高 对某些表面的加工要求,以及由于被作为精基准而 可能对其提出的更高加工要求)。 3. 首先确定被加工零件主要表面的最终加工方法,然 后再选择前面一系列的加工方法和顺序。 4. 各表面加工方法分别初定后,还应综合考虑为保证 各加工表面位置精度要求而采取的工艺措施。 5. 生产类型 6. 零件结构、加工表面的特点和材料性质等因素。箱 体孔: 大孔:镗 小孔:铰 7. 本厂的现有设备等生产条件。 2020/4/9 4.2.2 零件各表面加工顺序的安排 加工阶段的划分 ?粗加工阶段——半精加工阶段——精 加工阶段——精密、超精密或光整加工 阶段 ?划分加工阶段的目的 工序的集中与分散 加工顺序的安排 2020/4/9 4.2.3 典型表面加工路线的选择 外圆表面的加工路线 ?常用材料 ?非铁金属 ?精度要求较高的钢铁材料 ?精度要求很高的钢铁材料 ?大直径外圆 2020/4/9 典型表面加工路线 常用材料 粗车 IT12~13 Ra 10~80 半精车 IT10~11 Ra 2.5~12.5 精车 IT7~8 Ra1.2 5~5 粗磨 IT8~9 Ra 1.25~10 非铁金属 金刚石车 IT5~6 Ra 0.02~1.25 滚压 IT6~7 Ra 0.16~1.25 精磨 IT6~7 Ra 0.16~1.25 粗铣 IT11~13 Ra 5~20 精度要求较高的钢铁材料 半 精铣 IT8~11 Ra 2.5~10 精铣 IT6~8 Ra 0.63~5 大直径外圆 研磨 IT5 Ra 0.008~0.32 精 度 超精加工 IT5 要 Ra 0.01~0.32 求 砂带磨 很 IT5 Ra 0.01~0.16 高 的 精密磨削 IT5 钢 Ra 0.008~0.08 铁 抛光 材 Ra 0.008~1.25 料 2020/4/9 图4-2 外圆表面的典型加工工艺路线 典型表面加工路线的选择 孔的加工路线 ?未淬火材料中小孔(φ50以下)(大批量、 单件及小批量) ?箱体孔系、位置精度高、直径较大孔、非铁 金属孔 ?淬硬零件和高精度孔 ?大批盘套零件圆孔、单键孔、花键孔 2020/4/9 钻 IT10~13 Ra 5~80 粗镗 IT12~13 Ra 5~20 2020/4/9 扩 IT9~13 Ra 1.25~40 半精镗 IT10~11 Ra 2.5~10 粗拉 IT9~10 Ra 1.25~5 未淬火材料中小孔 饺 IT6~9 Ra 0.32~10 手饺 IT5 Ra0.08~1.25 滚压 IT6~8 Ra0.01~1.25 精 镗 较大孔、非铁 金刚镗 IT7~9 IT5~7 Ra 0.63~5 位置精度高箱体孔系 Ra0.16~1.25 粗磨 IT9~11 Ra1.25~10 精磨 IT7~8 Ra0.08~0.63 珩磨 IT5~6 Ra0.04~1.25 精拉 IT7~9 Ra0.16~0.63 推 IT6~8 Ra0.08~1.25 盘套零件圆 孔、单键孔、 花键孔 研磨 IT5~6 Ra0.008~0.63 淬硬零件 高精度孔 图4-3 孔的典型加工工艺路线 典型表面加工路线的选择 平面的加工路线) ?平面有淬火要求 ?窄长平面 ?非铁金属 ?非淬火有沟槽或台阶平面 2020/4/9 粗铣 IT11~13 Ra 5~20 粗刨 IT11~13 Ra 5~20 粗车 IT12~13 Ra 10~80 粗拉 IT10~11 Ra 5~20 2020/4/9 一般精加工 半精铣 IT8~11 Ra 2.5?10 半精刨 IT8~11 Ra 2.5~10 精铣 IT6~8 Ra 0.63~5 粗磨 IT8~10 Ra 1.25?10 精刨 IT6~8 Ra 0.63~5 高速精铣 IT6~7 Ra 0.16?1.25 精磨 IT6~8 Ra 0.16?1.25 宽刀精刨 窄 IT6 Ra 0.16?1.25 长 平 刮研 Ra 0.04?1.25 面 半精车 IT8~11 Ra 2.5~10 精车 IT6~8 Ra 1.25~5 精 拉 非淬火有沟槽 IT6~9 Ra 0.32~2.5 或台阶平面 图4-4 平面典型加工工艺路线?0.63 淬 导轨磨 IT6 火 Ra0.16?1.25 要 砂带磨 IT5~6 求 Ra0.01?0.32 精密磨 IT5~6 Ra 0.04?0.32 金刚石车 IT6 Ra0.02?1.25 非铁金属 4.2.3 典型表面加工路线的选择 型面的加工 ?分类(旋转体型面、直母线) ?车、铣 赶型法、成形刀法、靠模法、专用装置 ?磨削 成形砂轮、非成形砂轮 ?特种加工 电火花、超声波、电解加工 ?数控加工 2020/4/9 4.3 精密和超精密磨削 金刚石刀具主要是对铝、铜及其合金等 材料进行超精密切削,而对于黑色金属、 硬脆材料的精密与超精密加工,则主要是 应用精密和超精密磨料加工。所谓精密和 超精密磨料加工,就是利用细粒度的磨粒 和微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工, 以得到高加工精度和低表面粗糙度值。 2020/4/9 ?精密和超精密加工分类 固结磨 料加工 精密和超精 密磨料加工 游离磨 料加工 固结磨具 涂覆磨具 精密研磨 精密抛光 精密砂 轮磨削 油石研磨 精密珩磨 精密超 精加工 砂带磨削 砂带研磨 2020/4/9 固结磨料加工 精密和超精密砂轮磨削 将磨料或微粉与结合剂粘合 在一起,形成一定的形状并 具有一定强度,再采用烧结、 粘接、涂敷等方法形成 砂轮、砂条、油石、砂 带等磨具。 精密和超精密砂带磨削 精密砂轮磨削:砂轮的粒度60#~80#, 加工精度1μm,Ra0.025μm; 超精密砂轮磨削:砂轮的粒度W40~W5, 得加工精度0.1μm, Ra0.025~0.008μm。 2020/4/9 精密砂带磨削:砂带粒度W63~W28,加 工精度1μm,Ra0.025; 超精密砂带磨削:砂带粒度W28~W3,加 工精度0.1μm,Ra0.025~0.008μm。 游离磨 料加工 磨料或微粉不是固结在一起, 而是成游离状态。 传统方法:研磨和抛光 新方法:磁性研磨、弹性发射 加工、液体动力抛光、液中研 抛、磁流体抛光、挤压研抛、 喷射加工等。 2020/4/9 4.3.1精密和超精密砂轮磨料磨具 磨料及其选择 普通磨料 碳化物系 碳化硼 碳化硅 2020/4/9 刚玉系 超硬磨料 金刚石 天然 人造 立方氮化硼 磨料粒度及其选择 结合剂及其选择 多选用180#~240#普通 磨料、170/200~325/400 超硬磨料的磨粒和各种 粒度的微粉。 硬度及选择 将磨料粘合在一起,形成一定的形状,并有 一定的强度。 树脂结合剂、陶瓷结合剂和金属结合剂 普通磨具硬度低表示磨粒易脱落。 超硬磨具无硬度项指标。 2020/4/9 组织及其选择 普通磨具中磨料的含量用组织表示。 磨粒率,气孔率 磨具的形状和尺寸及其基体材料 根据机床规格和加工情况选择磨具的形状和尺 寸。 基体材料与结合剂有关,金属结合剂磨具多采 用铁或铜合金;树脂结合剂磨具采用铝及合金 或电木;陶瓷结合剂磨具多采用陶瓷。 磨具的强度 高速回转时,抵抗因离心力的作用而自身破 碎的能力。 2020/4/9 ?精密和超精密涂覆磨具 涂覆磨具分类 涂 覆 磨 具 工 基 作 底 形 条 材 状 件 料 耐 水 干 磨 复 合 塑 料 膜 化 纤 布 棉 布 纸 盘 状 带 状 环 状 卷 状 页 状 2020/4/9 ?精密和超精密涂覆磨具 2020/4/9 涂覆磨料及粒度 粘接剂 棕刚玉、白刚玉、铬刚玉、锆 刚玉黑色碳化硅、绿色碳化硅、 氧化铁、人造金刚石等。 涂覆磨料的粒度无论磨粒还是 微粉,都用P字粒度号表示。 2020/4/9 又称胶,作用是将砂粒牢固地粘接在基底上。 动物胶:皮胶、明胶、骨胶等。用于轻切削的干磨 和油磨。 树脂:醇酸树脂、胺基树脂、尿醛树脂、酚醛树脂 等。用于难磨材料或复杂形面的磨削或抛光。 高分子化合物:聚醋酸乙稀酯。用于精密磨削。 涂覆方法 重力落砂法 涂覆法 2020/4/9 静电植砂法 4.3.2 精密磨削 一、精密磨削机理 (1)微刃的微切削作用 (2)微刃的滑挤、摩擦、抛光作用 (3)微刃的等高切削作用 2020/4/9 二、精密磨削砂轮选择 精密磨削使所用砂轮的 选择以易产生和保持微刃及 其等高性为原则。 磨削钢件及铸铁件时,采 用刚玉磨料较好,单晶刚玉 最好,白刚玉、铬刚玉应用 最普遍。 砂轮的粒度可选择粗粒度 和细粒度两类。 结合剂选择树脂较好,加 入石墨填料加强摩擦抛光作 用。 2020/4/9 三、精密磨削时砂轮的修整 砂轮修整是精密磨 削的关键,有单粒金刚 石修整、金刚石粉末烧 结型修整器修整和金刚 石超声波修整等。 砂轮的修整用量有 修整导程、修整深度、 修整次数和光修次数。 修整导程(纵向进给量 )为10~15mm/min, 修整深度为2.5μm/单 行程,精修次数2~3次 ,光修次数1次单行程。 2020/4/9 四、精密磨削条件与要求 精密磨削要在精密磨床上进行。精密磨床应满足的要求: 1、高几何精度:主要有砂轮主轴回转精度和导轨平直度, 以保证工件的几何形状精度要求,主轴轴承一般采用动压和 动静压组合轴承。 2、低速进给运动的稳定性:要求无爬行和冲击现象,能平 稳工作。特殊设计液压系统,采取排除空气、低流量节流阀、 工作台导轨压力润滑。 3、减少振动 1)电动机的转子应进行动平衡,电动机与砂轮架之间进行 隔振; 2)砂轮要进行动平衡; 3)精密磨床最好安装在防振地基上。 2020/4/9 五、磨削用量 砂轮速度 一般在15~30m/s 工作速度 一般在6~12m/min 工件纵向进给量 一般为50~100mm/min或0.06~ 0.5mm/r 横向进给量(吃刀量) 一般取0.6~2.5μm/单行程 横向进给(走 刀)次数 光磨(无火花磨削) 一般约2~3次(单行程) 粗粒度砂轮精细修整后,光磨次数采用5~8次 细粒度砂轮精细修整后,光磨次数采用10~25次。 2020/4/9 六、超硬磨料砂轮磨削特点 1)可用来加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料, 如硬质合金、陶瓷、玻璃、半导体、石材等。立方氮化硼砂 轮磨削时,热稳定性好,化学惰性强,不易与铁素元素产生 亲和作用和化学反应,加工黑色金属时,有较高的耐磨性。 2)磨削能力强,耐磨性好,耐用度高,易于控制加工尺寸 及实现加工自动化。 3)磨削力小,磨削温度低,加工表面质量好,无烧伤、裂 纹和组织变化。 4)磨削效率高。 5)综合成本低。 2020/4/9 超硬磨料砂轮修整 整形 对砂轮进行微量切削,使砂 轮达到所要求的几何形状精 度,并使磨料尖端细微破碎, 形成锋利的磨削刃。 修锐 去除磨粒间的结合剂,使磨 粒间有一定的容屑空间,并 使磨刃突出于结合剂之外, 形成切削刃。 2020/4/9 车削法 磨削法 用单点、聚晶金刚石笔,修整片等车 削金刚石砂轮达到修整目的。 用普通磨料砂轮或砂块与超硬磨料砂轮对磨进行修整,普 通磨料磨粒被破碎,切削超硬磨料砂轮上的树脂、陶瓷、 金属结合剂,致使超硬磨粒就会脱落。目前最为广泛采用 的修整法。 2020/4/9 软钢磨削整形法 2020/4/9 单滚轮法 双滚轮法 滚压挤轧法 用碳化硅、刚玉、硬质合金或钢铁等制成修整轮, 与超硬磨料砂轮在一定压力下进行自由对滚,使 结合剂破裂形成容屑空间,并使超硬磨粒表面崩 碎形成微刃。加入碳化硅、刚玉等游离磨料,依 靠游离磨料挤轧作用进行修锐。 2020/4/9 喷射法 2020/4/9 碳化硅和刚玉 电解修整法 利用电化学个腐 蚀作用蚀除金属结合 剂,多用于金属结合 剂砂轮的修锐,非金 属结合剂砂轮无效。 2020/4/9 电火花修整法 电火花放电加工,适 用于各种金属结合剂 砂轮。若在结合剂中 加入石墨粉,可用于 树脂、陶瓷结合剂砂 轮。既可整形,又可 修锐。 2020/4/9 超声波振动修整法 用受激振动的 簧片或超声波 振动头驱动的 幅板作为修整 器,并在砂轮 和修整器间放 入游离磨料撞 击砂轮的结合 剂,使超硬磨 粒突出结合剂。 2020/4/9 超精密磨削对磨床的要求: 1)要求磨床的精度较高,砂轮主轴回转精度其径向 跳动应0.01mm,端面圆跳动0.005mm。 2)比普通磨床刚度提高50%左右。 3)进给系统精度高、进给速度均匀准确,纵向进给 速度最小可达0.3m/min,横向进给最小可达 0.001~0.002mm/单行程。 4)各运动件和主轴回转部分、进给运动导轨部分有 可靠的密封。 5)有比较完善的磨削液处理系统。 6)采取相应的防振、隔振措施。 2020/4/9 超硬磨料砂轮磨削工艺 磨削用量 磨削速度 人造金刚石砂轮的磨削速度为12~30m/s,立 方氮化硼砂轮的磨削速度为45~60m/s. 磨削深度 磨削深度为0.002~0.01mm 工件速度 一般为10~20m/min 纵向进给 速度 一般在0.45~1.5m/min 2020/4/9 磨削液 磨削液的作用 磨削液的种类 和组成 2020/4/9 降低磨削温度,减少磨削力,改善磨削 表面质量,提高磨削效率和砂轮寿命。 润滑、冷却、清洗性能,尚有渗透性、 防锈性、防腐性、防火性、切削性和极 压性等 油性液:成分是矿物油,如机油、轻质 柴油、煤油,加入脂肪油和添加剂。 水溶性液:成分是水,如乳化液、无机 盐水溶液和化学合成液等。 金刚石砂轮磨削时常用油性液和水溶性 液,立方氮化硼砂轮磨削时用油性液。 超硬磨料砂轮的平衡 静平衡 力矩平衡,用于窄砂轮的平衡, 是在一个平面上的平衡。 (1)机外静平衡架上平衡 (2)机上动态平衡 (3)机外动态平衡 动平衡 力偶平衡,用于宽砂轮和多砂轮轴的平衡,是在一个有一 定长度的体上进行力偶平衡。 一般在动平衡机上进行。 2020/4/9 4.3.3 超精密磨削 一、超精密磨削和镜面磨削 超精密磨削的加工精度达到或 高于0.1μm,表面粗糙度低于 0.025μm,是一种亚微米级的 加工方法;对于钢、铁材料和 陶瓷、玻璃等硬脆材料是一种 重要的加工方法。镜面磨削加 工表面粗糙度达到0.02~ 0.01μm,属于精密和超精密 磨削范畴。 超精密磨削的特点: 1)超精密磨削是一种超微量切除加工 2)超精密磨床是超精密磨削的关键 3)超精密磨削是一个高精度、高稳定 性的系统工程 2020/4/9 二、超精密磨削机理 磨削加工过程 单颗粒磨削 1)磨粒是一颗具有弹性支承(结合 剂)的和大负前角切削刃的弹性体。 2)磨粒切削刃的切入深度是从零开 始逐渐增加,到达最大值再逐渐减 少,最后到零。 3)磨粒磨削时在工件的接触过程中, 开始是弹性区,继而塑性区、切削区、 塑性区,最后是弹性区。 4)超精密磨削时有微切削作用、塑性 流动和弹性破坏作用,同时还有滑擦 作用。 2020/4/9 磨削加工过程 磨削加工是无数磨粒的连续磨削。加工的实质是工件被磨削的 表层,在无数磨粒瞬间的挤压,摩擦作用下产生变形,而后转为磨 屑,并形成光洁表面的过程。磨削过程可分为:三个阶段,砂轮表 面的磨粒与工件材料接触,发生弹性变形,磨粒继续切入工件(切 削深度增加),工件材料进入塑性阶段,材料晶粒发生滑移。塑性 变形不断增大,当力达到工件的强度极限时,被磨削层材料产生挤 裂,即进入切削阶段,最后被切离。当磨削切入量达到最大值后, 逐渐减少,最后到零,同时经历塑性区和弹性区。 2020/4/9 三、超精密磨床 超精密磨床的特点 (1)高精度 尺寸精度:正负0.25~正负0.5 圆度:0.25~0.1μm 圆柱度:25000:0.25~5000:1μm 表面粗糙度:0.006~0.01μm (2)高刚度 刚度值一般应在200N/μm以上 (3)高稳定性 (4)微进给装置 使砂轮获得行程为2~50μm,位移精度为0.02~0.2μm,分辨率达 0.01~0.1μm。 (5)计算机数控 2020/4/9 超精密磨床的结构 超精密磨床在结构上的发展趋势: (1)主轴轴承由动压向动静压和 静压发展,由液体 静压向空气静 压发展。 (2)多采用空气静压导轨,也有 采用精密研磨配制 的镶钢滑动导轨。 (3)床身、工作台等逐渐采用稳 定性好的天然或人 造花岗岩。 (4)整个机床采用对称结构、密 封结构、淋浴结构 等热稳定性措施。 2020/4/9 超精密磨削工艺 砂轮线m/min 工件线m/min 工作台纵向进给速度;50~100mm/min 磨削深度:0.5~1μm 磨削横进给次数:2~4次 无火花磨削次数:3~5次 磨削用量:2~5μm 2020/4/9 4.4精密和超精密砂带磨削 一、砂带磨削方式、特点和应用 砂带磨削方式 闭式砂带磨削 采用无接头或有接头的环形砂带,通过张 紧轮撑紧,由电动机通过接触轮带动砂带 高速回转,工件回转,砂带头架或工作台 纵向及横向进给运动,从而对工件进行磨 削。 开式砂带磨削 2020/4/9 采用成卷砂带,由电动机经减速机构通过 卷带轮带动砂带作极缓慢的移动,砂带绕 过接触轮并以一定的工作压力与工件被加 工表面接触,工件回转,砂带头架或工作 台纵向及横向进给,从而对工件进行磨削。 砂带在磨削过程中的连续缓慢移动,切削 区不断出现新砂粒,磨削质量高且稳定, 磨削效果好 闭式砂 带磨削 砂带磨削分类: 按砂带与工件接触形式 分为接触轮式、支承板 (轮)式、自由浮动接 触式和自由接触式。 按加工表面类型分为外 圆、内圆、平面、成形 表面等。 2020/4/9 开式砂 带磨削 2020/4/9 锯 片 基 体 2020/4/9 锯片抛光机CAD图 2020/4/9 锯 片 抛 光 机 2020/4/9 2020/4/9 精密和超精密砂带磨削 一、砂带磨削方式、特点和应用 砂带磨削特点 1)砂带与工件是柔性接触,磨粒载荷小而均匀,砂带磨削 工件表面质量高,表面粗糙度可达0.05~0.01μm, 又称“弹性”磨削。 2)静电植砂法是磨粒具有方向性,力、热作用小,有较好 的切削性,有效地减小了工件变形和表面烧伤。工件的 尺寸精度可达5~0.5μm,平面度可达1μm。又有“冷态” 磨削之称。 3)砂带磨削效率高,无需修整。 4)砂带制作简单方便,无烧结、动平衡等问题,价格也便 宜,砂带磨削设备结构简单。 5)砂带磨削有广阔的工艺性和应用范围、很强的适应性。 2020/4/9 精密和超精密砂带磨削 砂带研抛加工:开式砂带磨削方式,用细粒度砂粒聚酯 薄膜基底砂带。 1)接触轮外缘材料为橡胶、塑料时,加工时的抛光作用强; 2)接触轮外缘材料为钢铁、铜、胶木时,加工时的研磨作 用强; 3)接触轮外缘材料为半软半硬时,加工时研磨、抛光兼有。 缺点:砂带磨削不能加工窄退刀槽的阶梯轴、阶梯孔、盲孔、小孔、齿 轮等,对形状和位置精度要求高的也不如精密砂轮磨削。 2020/4/9 二、砂带磨削机理 砂带磨削时,弹性变形区 的面积较大,使磨粒承受的 载荷大大减小,载荷值也较 均匀,且有减振作用。砂带 磨削时材料的塑性变形和摩 擦力均较砂轮磨削时减小, 力和热的作用降低,工件 温度降低。砂带粒度均匀、 等高性好,磨粒尖刃向上, 有方向性,且切削刃间隔长 ,切屑不易堵塞,有较好的 切削性。砂带磨削兼有磨削、 研磨和抛光的综合作用,是 一种复合加工。 2020/4/9 精密和超精密砂带磨削 三、精密砂带磨床和砂带头架 砂带磨削头架 闭式磨 削头架 组成: 接触轮(或 支撑板)、 主动轮、 张紧轮、 张紧机构、 调偏机构、 电动机、 基座等。 2020/4/9 开式磨 削头架 组成: 卷带轮、 接触轮、 砂带轮、 电动机、 基座等。 精密和超精密砂带磨削 2020/4/9 磨头及张紧 2020/4/9 精密和超精密砂带磨削 砂带振动磨削 开式砂带磨削和振动叠加的复合加工。 1)在开式砂带磨削时,振动可弥补工件不能高速运动 时效率下降,使加工效率大大提高。 2)振动地叠加可以形成复杂而又不重复地磨削轨迹, 形成网状纹,有利于降低表面粗糙度,得到很低的 粗糙度值加工表面。 3)可采用干式磨削,加工表面不易出现划痕。 4)对宽砂带,沿接触轮轴向振动可使砂带不跑偏和 磨损均匀。 2020/4/9 精密和超精密砂带磨削 三、精密砂带磨床和砂带头架 接触轮 2020/4/9 接触轮 2020/4/9 接 触 轮 2020/4/9 精密和超精密砂带磨削 三、精密砂带磨床和砂带头架 接触轮的选用原则 (1)接触轮的硬度越大,加工表面粗糙度越大; (2)除软质接触轮因超速而发生硬化外,速度高,所 获得的表面粗糙度就低; (3)锯齿形接触轮与表面平滑的接触轮相比,砂带的 使用寿命要长; (4)在加工工件的硬度一定时,硬质接触轮比软质接 触轮的切削量大。 其他元件:主动轮、张紧轮及张紧机构、调偏机构、 振荡机构。 2020/4/9 精密和超精密砂带磨削 四、精密砂带磨削工艺 砂带磨削用量选择 砂带速度 对闭式磨削,粗磨时为12~20m/s,精磨为 25~30m/s. 工件速度 粗磨选20~30m/min,精磨选20m/min以下 纵向进给量 及磨削深度 接触压力 粗磨时,纵向进给量为0.17~3.00mm/r,磨削 深度为0.05~0.10mm,精磨时,纵向进给量 为0.4~2.00mm/r,磨削深度为0.01~ 0.05mm。 一般选取50~ 300N 2020/4/9 精密和超精密砂带磨削 四、精密砂带磨削工艺 砂带选择及其修整 滚压法 使砂带通过一对有相应间隙的淬火钢制平滑滚 轮,砂带受压将凸出磨粒压平而获得等高性。 对磨法 预磨法 用一细粒度砂带与欲用的新砂带对磨,将其凸 出磨粒修整掉。 将新砂带使用一段时间后,待砂带处于正常磨 损的最佳阶段时备用。 2020/4/9 精密和超精密砂带磨削 四、精密砂带磨削工艺 磨削液与干 磨剂的选择 2020/4/9 精密和超精密砂带磨削 四、精密砂带磨削工艺 砂带磨削 的除尘 无论是湿磨还是干磨,无论是在砂带磨床还是 在普通磨床上利用砂带磨削头架磨削,都应设 有吸尘和集尘装置。 2020/4/9 4.5超精密车削加工 ? 非铁金属 0.1~1?m Ra0.02~0.005?m 4.5.1金刚石刀具和超精密车削加工机理 金刚石刀具:1.晶面选择 2.研磨质量(刃口半径) 3.切削力特点 2020/4/9 4.5.2 影响金刚石超精密切削的因素 1、金刚石刀具的结构和的几何参数 刀头形式 金刚石刀具的主切削刃和副切削刃之间采用 过渡刃对加工表面起修光作用。 国内:多采用直线修光刃,修光刃长度一般 取0.1~0.2mm 国外:多采用圆弧修光刃,圆弧半径 R=0.5~3mm。 金刚石刀具的主偏角,平时采用30~90度, 用得20较20/多4/9的是45度。 2. 机床的精度、刚度和微位移 主轴回转精度 回转精度——在主轴空载手动或机动低速旋转情况下, 在主轴前端安装工件或刀具的基面上所测得的径向跳动、 端面跳动和轴向窜动的大小。 影响回转精度的因素 (1)轴承精度和间隙的影响。 (2)主轴、支承座等零件中精度的影响。 关键在于精密轴承。 2020/4/9 ?滑动轴承的分类 ? 按滑动轴承工作时轴瓦和轴颈表面间呈现的摩擦 状态,滑动轴承可分为: 液体摩擦轴承 液体动压润滑轴承 液体静压润滑轴承 非液体摩擦轴承 ? 按滑动轴承承受载荷的方向可分为: 径向滑动轴承(向心) 推力滑动轴承(止推) 2020/4/9 根据润滑膜的形成原理不同分为: 动压润滑轴承 静压润滑轴承 利用相对运动副表面的相对运动 和几何形状,借助流体粘性,把润滑 剂带进摩擦面之间,依靠自然建立的 流体压力膜,将运动副表面分开的润 滑方法为流体动压润滑。 2020/4/9 在滑动轴承与轴颈表面之间输入 高压润滑剂以承受外载荷,使运动副 表面分离的润滑方法成为流体静压润 滑。 止推轴承(推力轴承) 轴承座 Fa 径向轴瓦 止推轴瓦 径向轴承(向心轴承) Fr 止推轴承受力Fa与 轴的中心线 径向轴承的受力Fr 与轴的中心线垂直 ?液体静压轴承工作原理 静压轴承组成:供油系统、节流器、轴承 2020/4/9 (1)轴承内圆柱面上,等间隙地开有几个 油腔(通常为4个)。 (2)各油腔之间开有回油槽。 (3)用过的油一部分从这些回油槽流回油 箱(径向回油),另一部分则由两端流回油 箱(轴向回油)。 (4)油腔四周形成适当宽度的轴向封油面和 周向封油面,它们和轴颈之间的间隙一般 为 0.02~0.04mm。 (5)油泵供油压力为ps ,油液经节流器T进入各油腔,将 轴颈推向中央,油液最后经封油面流回油箱,压力降低为零。 (6)当主轴不受载荷且忽略自重时,则各油腔的油压相同, 保持平衡,轴在轴承正中心,这时轴颈表面与各腔封油面之 间的间隙相等,均为h0。 (7)当主轴受径向载荷(包括自重)F作用后,轴颈向下 移动产生偏心量e。 2020/4/9 (8)油腔3处的间隙减小为h0-e ,由于油液流过间隙小的 地方阻力大,流量减小,因而流过节流器T3的流量减少,压 力损失随之减小 (9)供油压力ps 一定,油腔3内的油压p3升高 (10)油腔1处的间隙增大为h0+e,由于油液流过间隙大 的地方阻力小,流量增加,因而流过节流器T1的流量增加, 压力损失亦随着增加,所以油腔1内的油压p就降低,这样油 腔3与油腔1之间形成了压力Δp = p3 -p1,产生与载荷方向 相反的托起力,以平衡外载荷F。 (11)如油腔的有效承载面积为A,则轴承的承载能力为: F= A(p3 - p1) (12)各油腔由同一个液压泵供油,则每个油腔必须串联一 个节流器。 (13)没有节流器,各油腔油压相同,互相抵消,就不能平 衡外载荷了,这时主轴产生位移,甚至使轴颈与轴承表面接触 (14)油腔压力是液压泵供给的,与轴的转速无关。因此, 静压轴承可以在很低的转速下工作。 2020/4/9 ?液体静压轴承的缺点 1)液体静压轴承的温升很高,难以控制,造成热变形,影响主 轴精度。 2)静压油回油时将空气带入油源,形成微小气泡悬浮在油中, 不易排出,降低轴承的刚度和动特性。 解决措施: 1)提高静压油的压力到6~8MPa,使油中微小气泡的影响减小, 提高静压轴承的刚度和动特性。 2)静压轴承用油经温度控制,基本达到恒温,减少轴承的温升。 3)轴承用恒温水冷却,减小轴承的温升。 2020/4/9 ?空气静压轴承主轴 圆柱径向轴承和端面 止推空气静压轴承 径向轴承的轴套制成外 面鼓形,能自动调整定 心。轴套的外表面做凸 形球面,与轴承盖及轴 承座上的凹形球面相配 合。当轴变形时,轴套 可以自动调整位置,从 而保证轴颈与轴鼓为面 接触。用多孔石墨的轴 衬代替小节流孔。 2020/4/9 双半球空气轴承主轴 前后轴承均采 用半球状,既 是径向轴承又 是轴向轴承。 由于轴承的气 浮面是球面, 有自动调心作 用,可提高前 后轴承的同心 度,提高主轴 的回转精度。 2020/4/9 前部用球形后部用圆柱 径向空气轴承的主轴 2020/4/9 立式空气轴承 2020/4/9 ?超精密机床主轴和轴承的材料 1)不易磨损。用多孔石墨作空气轴承套。 2)不易生锈腐蚀。 3)热膨胀系数小,且主轴和轴套的热膨胀系数要接近。 4)材料的稳定性好。38CrMoAl氮化钢,经表面氮化和低 温稳定处理,不锈钢和多孔石墨和轴承钢。 此外:花岗岩、微晶玻璃和陶瓷。 2020/4/9 滚柱导轨 承载能力和刚度:都比滚珠导轨大 应用:载荷较大的机床,应用最广泛 对导轨不平行度(扭曲)要求较高,否则要造成滚柱的偏 移和侧向滑动,使导轨磨损加剧和降低精度。因此,滚柱 最好做成腰鼓形,中间直径比两端大0.02mm左右。 2020/4/9 2020/4/9 再循环滚柱滚动组件 2020/4/9 再循环滚珠滚动组件 2020/4/9 再循环滚珠滚动组件在锯片抛光机 中的应用 2020/4/9 再循环滚珠滚动组件在锯片抛光机 中的应用 2020/4/9 实际外形图 2020/4/9 滚动导轨的预紧 在滚动体与导轨面之间预加一定载荷,可增加滚 动体与导轨面的接触,以减小导轨面平面度、滚 子直线度及滚动体直径不一致误差的影响,使大 多数滚动体均能参加工作。 由于有预加接触变形,接触刚度增加。因而滚动 导轨的预紧提高了导轨的精度和刚度。阻尼性能 也有所增加,提高了导轨的抗振性。 2020/4/9 ?液体静压导轨 2020/4/9 ?气浮导轨和空气静压导轨 气浮导轨 常用平导轨,运动导轨的底平面和两侧导轨有压 缩空气,使滑板或工作台浮起,工作台的浮起是 气浮作用,但侧面是气体静压作用。美国 Pneumo公司的MSG-325使用气浮导轨。 2020/4/9 空气静压导轨 运动件的导轨面,上下、左右均在静压空气的约 束下,比气浮导轨的刚度和运动精度高。静压空 气的节流方式:多孔石墨节流、小孔节流、毛细 管节流、狭缝节流、表面节流。静压空气压力4~ 6大气压。 2020/4/9 进给驱动系统 ?精密数控系统 对超精密机床,刀具和工件的z向和x向运动 以及加工非球曲面的精密回转工作台都是由 精密数控系统进行控制的。 精密数控系统通过直流伺服电机或交流伺服 电机,双频激光测量系统检测z向和x向的位 移反馈给精密数控系统,形成闭环控制系统, 达到要求的位移精度。 2020/4/9 ?滚珠丝杠副驱动 进给的驱动元件,滚珠在丝杠和螺纹槽内滚动,摩擦力小, 且滚珠在螺母内有再循环通道。滚珠丝杠副要求正转和反转 没有回程间隙,要求滚珠丝杠和螺母间有一定的预载过盈。 精密级和高精密级滚珠丝杠的螺母常做成两段组合。为减小 滚珠丝杠的径向圆跳动和轴向跳动对导轨直线运动的影响, 采用螺母和工作台柔性连接,即螺母装在柔性的过渡连接块 2上020再/4/9和工作台固定。 微量进给装置 ?对微量进给装置的要求 微量进给装置具有微量移动或微量转动及微量进给等功用。 微量进给机构应满足的要求: 1)精微进给和粗进给应分开; 2)运动部分必须是低摩擦和高稳定度的; 3)末级传动元件必须具有很高的刚度; 4)微量进给机构内部联接必须是可靠联接; 5)工艺性好,容易制造; 6)微量进给机构具有好的动特性; 7)微量进给机构应能实现微量进给的自动控制。 2020/4/9 ?对微量进给装置的应用 1)实现微量进给; 2)实现超薄切削; 3)在线)用于切削加工非轴对称特殊型面。 2020/4/9 机床的稳定性和减振隔振 一、机床的稳定性 1、各部件的尺寸稳定性好 1)采用尺寸稳定性好的材料制造机床部件; 2)各部件经过消除应力; 2、结构刚度高,变形小 1)结构刚度高、变形量极小,基本不影响加工精度; 2)各接触面和联接面的接触良好,接触刚度高,变形 极小。 2020/4/9 二、隔振的目的与任务 隔振的目的是采用一定的隔振措施,使环境振动不致影响精 密设备的正常工作。 根据隔振措施的不同,可分为积极隔振和消极隔振两种。隔 振措施是针对振源采取的,称为积极隔振;隔振措施是对精密 设备采取的,其目的是减小环境振动对精密设备的影响,称为 消极隔振。 隔振设计的任务是在理论计算及实践的基础上,根据精密设 备允许的振动量、水平度要求以及环境振动的大小,选择有效 的和经济合理的隔振方案,其中包括确定隔振系统的质量、刚 度、尺寸、结构型式及隔振器的材料、型式、刚度、尺寸、数 量和布局等。 2020/4/9 三、提高机床结构的抗振性和消除减少机床内的振动 1、各运动部件都经过精密动平衡,消灭或减少机床内 部的振源。 2、提高机床结构的抗振性。 3、在机床结构的易振动部分,人为的加入阻尼,减小 振动。 4、使用振动衰减能力强的材料制造机床的结构件。 2020/4/9 四、隔离振源,使用隔振沟、隔振墙和 空气隔振垫以减少外界振动的影响 1、超精密机床应尽量远离振源; LODTM大型超精密车床为避免恒温水的水泵的振动的影 响,水泵将恒温水打到水箱中,恒温水靠自重从水箱流到超 精密机床的各个部件。 2、超精密机床采用单独地基,隔振沟、隔振墙等; LODTM车床除用带隔振沟的地基外,还将机床放置在带 隔振墙的房间。 3、使用空气隔振垫 Moore公司的M-18AG车床、Pneumo公司的MSG325车床、DTM-3机床和LODTM车床用空气隔振垫支承, 高位支承将使机床的抗振性提高,增加机床的稳定性。 2020/4/9 减少热变形和恒温控制 一、减小机床热变形的措施 1)尽量减少机床中的热源; 2)采用热膨胀系数小的材料制造机床部件; 3)结构合理化使在同样的温度变化条件下,机床的热变形最小; 4)使机床长期处在热平衡状态,使热变形量成为恒定; 5)使用大量恒温液体浇淋,形成机床附近局部地区小环境的精 密恒温。 2020/4/9 二、LODTM 的恒温控制 机床放置在用铝制框架和绝热塑料炉墙板做成 的恒温室里; 恒温室内通恒温空气; 使用两级水冷热交换器,用测热传感器测进入 的空气温度; 重要部件直接用恒温水流控制。 2020/4/9 4.6 光整加工 4.6.1 研磨 ?机理和特点 ?研磨方法 ?研磨剂 ?研磨用量 ?被加工件要求 ?应用范围 2020/4/9 ?精密平面的研磨机 2020/4/9 4.6.2超精研 ?机理 ?油石的选择 ?工艺参数的选择 4.5.2珩磨 ?机理 ?油石及珩磨液的选择 ?工艺参数的选择 ?珩磨前工序的要求 2020/4/9 2020/4/9

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