精密与超精密加工技术精密磨削和超精密磨削

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。

1、通常将加工精度在0.1-1um、加工表面粗糙度R在0.02-0.1um之间的加工方法称为精密加工。

而将加工精度高于0.1um、加工表面粗糙度R小于0.01um的加工方法称为超精密加工。

2、提高加工精度的原因：提高制造精度后可提高产品的性能和质量，提高其稳定性和可靠性；促进产品的小型化；增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配。

3、精密和超精密加工目前包含三个领域：超精密切削；精密和超精密磨削研磨‘精密特种加工。

4、金刚石刀具的超精密切削加工技术，主要应用于两个方面：单件的大型超精密零件的切削加工和大量生产的中小型零件的超精密切削加工技术。

5、金刚石刀具有两个比较重要的问题：晶面的选择；切削刃钝圆半径。

6、超稳定环境条件主要是指恒温、防振、超净和恒湿五个方面的条件。

7、我国应开展超精密加工技术基础的研究，其主要内容包括以下四个方面：1）超精密切削、磨削的基本理论和工艺。

2）超精密设备的关键技术、精度、动特性和热稳定性。

3）超精密加工的精度检测、在线检测和误差补偿。

4）超精密加工的环境条件。

5）超精密加工的材料。

8、超精密切削实际选择的切削速度，经常是根据所使用的超精密机床的动特性和切削系统的动特性选取，即选择振动最小的转速。

9、超精密切削实际能达到的最小切削厚度和金刚石刀具的锋锐度、使用的超精密机床的性能状态、切削时的环境等都直接有关。

10、为实现超精密切削，刀具应具有如下性能：1）极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量，以保证刀具有很长的寿命和很高的尺寸耐用度。

2）切削刃钝圆能磨得极其锋锐，切削刃钝圆半径r值极小，能实现超薄切削厚度。

3）切削刃无缺陷，切削时刃形将复印在加工表面上，能得到超光滑的镜面。

4）和工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦因素低，能得到极好的加工表面完整性。

11、SPDT——金刚石刀具切削和超精密切削。

12、晶体受到定向的机械力作用时，可以沿平行于某个平面平整地劈开的现象称为解理现象。

精密和超精密加工技术现状和发展趋势1.引言国际上在超精密加工技术方面处于领先地位的国家有美国、德国和日本发达国家中，美国、日本、德国等在高技术领域（如国防工业、集成电路、信息技术产业等）之所以一直领先，与这些国家高度重视和发展精密、超精密制造技术有极其重要的关系。

由于加工技术水平的发展，精密和超精密加工划分的界限逐渐向前推移，但在具体数值上没有确切的定义。

被加工零件的尺寸精度在 1.0～0.1μm，表面粗糙度Ra在0.1～0.03μm之间的加工方法称为精密加工。

超精密加工当前是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01μm的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展超精密加工技术主要包括:超精密加工的机理,超精密加工的设备制造技术,超精密加工工具及刃磨技术,超精密测量技术和误差补偿技术,超精密加工工作环境条件。

2.发展现状美国是开展研究最早的国家，也是迄今处于世界领先地位的国家。

早在50年代末，由于航天等尖端技术发展的需要，美国首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，并发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。

20世纪80年代后期,美国通过能源部“激光核聚变项目”和陆、海、空三军“先进制造技术开发计划”,对超精密金刚石切削机床的开发研究,投入了巨额资金和大量人力,实现了大型零件的微英寸超精密加工。

如美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室已经研制出一台大型光学金刚石车床(Large Op tics Diam ond Turn ing Machine, LODTM ), 是一台最大加工直径为1.63m的立式车床,定位精度可达28nm,借助在线误差补偿能力,它已实现了距离超过1m而直线度误差只有±25nm 的加工。

在美国能源部支持下，LLI实验室和Y-12工厂合作，与1983年成功地研制出大型超精密金刚石车床(DTM—3型)。

精密和超精密加⼯复习整理资料1.精密和超精密加⼯⽬前包含的三个领域：超精密切削、精密和超精密磨削研磨和精密特种加⼯2.超精密加⼯中超稳定的加⼯环境条件主要指（恒温）、（恒湿）、（防振）和（超净）四个⽅⾯的条件。

3.电⽕花型腔加⼯的⼯艺⽅法有：（单电极平动法）、（多电极更换法）、（分解电极法）、简单电极数控创成法等。

4.超精密加⼯机床的总体布局形式主要有以下⼏种：（T形布局）、（⼗字形布局）、（R-θ布局）、（⽴式结构布局）等。

5.实现超精密加⼯的技术⽀撑条件主要包括：（超精密加⼯机理与⼯艺⽅法）、（超精密加⼯机床设备）、（超精密加⼯⼯具）、（精密测量和误差补偿）、⾼质量的⼯件材料、超稳定的加⼯环境条件等。

6.激光加⼯设备主要包括电源、（激光器）、（光学系统）、（机械系统）、控制系统、冷却系统等部分。

7.精密和超精密加⼯机床主轴轴承的常⽤形式有（液体静压轴承）和（空⽓静压轴承）。

8.⾦刚⽯晶体的激光定向原理是利⽤⾦刚⽯在不同结晶⽅向上（因晶体结构不同⽽对激光反射形成不同的衍射图像）进⾏的。

9.电⽕花加⼯蚀除⾦属材料的微观物理过程可分为（介质电离击穿）、（介质热分解、电极材料熔化、⽓化）、（蚀除物抛出）和（间隙介质消电离）四个阶段。

10.超精密加⼯机床的关键部件主要有：（精密主轴部件）、（导轨部件）和（进给驱动系统）等。

11.三束加⼯是指电⼦束、离⼦束和激光束。

12.所谓空⽓洁净度是指空⽓中含尘埃量多少的程度。

13.⼯业⽣产中常见的噪声主要有空⽓动⼒噪声、机械噪声和电磁噪声。

14.纳⽶级加⼯精度包含：纳⽶级尺⼨精度、纳⽶级⼏何形状精度、纳⽶级表⾯质量。

15.超精密切削时积屑瘤的⽣成规律：1）在低速切削时，h0值⽐较稳定；在中速时值不稳定。

2）在进给量f很⼩时，h0较⼤3）在背吃⼑量a p<25um时，h0变化不⼤；在a p>25um时，h0将随a p的值增⼤⽽增⼤。

16.超精密切削时积屑瘤对切削过程的影响：积屑瘤⾼时切削⼒⼤，积屑瘤⼩时切削⼒⼩。

1.精密和超精密加工目前包括三个领域：超精密切削，精密和超精密磨削研磨，精密特种加工。

2.金刚石刀具有两个比较重要的问题：一是晶面的选择，再就是金刚石刀具的研磨质量----切削刃钝圆半径r n 。

3.最近出现的隧道扫描显微镜的分辨率为0.01nm，是目前世界上精度最高的测量仪，可用于测量金属和半导体零件表面的原子分布的形貌。

最新的研究证实，在扫描隧道显微镜下可移动原子，实现精密工程的最终目标----原子级精密加工。

4.用金刚石刀具进行超精密切削，用于加工铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料。

5.超精密切削时，切削速度并不受刀具寿命的制约，这点和普通的切削规律不同的。

6.超精密切削实际是根据所使用的超精密机床的动特性和切削系统的动特性选取，即选择振动最小的转速。

7.超精切削时，积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力小，和普通切削切钢时的规律正好相反。

8.超精密切削时，加工表面粗超度是直接和积屑瘤的高度有关，即积屑瘤高度大，表面粗糙度大；积屑瘤小时加工表面粗糙度艺小。

9.使用切削液后，已消除了积屑瘤对加工表面粗糙度的影响，这是切削速度已和加工表面粗糙的无关，这种情况和普通切削时切刚的规律不同。

10.超精密切削加工表面层的残留应力，也是表面质量的重要标志。

它不仅影响材料的疲劳强度和耐磨性，而且影响加工零件的长期尺寸稳定性。

11.超精密切削实际能达到的最小切削厚度和金刚石刀具的锋锐度、使用的超精密机床的性能状态、切削时的环境条件等都直接有关。

12.实验结果是在两把刀都比较锋锐的情况下获得的。

可以看到No1车刀（前后为（100）晶面）和No2车刀（为（110）晶面）的加工表面粗糙度相差不多。

13.用（100）晶面的No1车刀切出的表面层残余应力小于用（110）晶面的No2车刀所切出的，特别是切向残余应力。

14.（简答）从金刚石的物理性能看，它有甚高的硬度、较高的热导率、和有色金属间摩擦因数低、开始氧化的温度较高，这些都是超精密切削刀具所要求的。

1）精密和超精密加工的精度范围分别为多少？超精密加工包括哪些领域？2）答：精密与超精密加工的精度随着科学技术的发展不断提高, 以目前的加工能力而言, 精密加工的精度范围是0.1~1μm, 加工表面精度Ra在0.02~0.1μm之间。

超精密加工的精度高于0.1μm, 加工表面精度Ra小于0.01μm。

3）超精密加工领域:4）超精密切削,5）超精密磨削,6）超精密研磨和抛光。

超精密切削对刀具有什么要求？天然单晶金刚石、人造单晶金刚石、人造聚晶金刚石和立方氮化硼刀具是否适用于超精密切削？答: 超精密切削对刀具的要求:1) 刀具刃口锋锐度ρ刀具刃口能磨得极其锋锐, 刃口圆弧半径ρ极小, 能实现超薄切削厚度, 减小切削表面弹性恢复和表面变质层。

ρ与切削刃的加工方位有关, 普通刀具5~30μm, 金刚石刀具<10nm；从物理学的观点, 刃口半径ρ有一极限。

2) 切削刃的粗糙度。

切削时切削刃的粗糙度将决定加工表面的粗糙度。

普通刀刃的粗糙度Ry0.3~5 μm, 金刚石刀具刀刃的粗糙度Ry0.1~0.2 μm, 特殊情况Ry1nm, 很难。

3) 极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量, 保证长的刀具寿命。

4) 刀刃无缺陷, 足够的强度, 耐崩刃性能。

5) 化学亲和性小、与工件材料的抗粘结性好、摩擦系数低, 能得到极好的加工表面完整性。

单晶金刚石硬度极高。

自然界最硬的材料, 比硬质合金的硬度高5~6倍。

摩擦系数低。

除黑色金属外, 与其它物质的亲和力小。

能磨出极锋锐的刀刃。

最小刃口半径1~5nm。

耐磨性好。

比硬质合金高50~100倍。

导热性能好, 热膨胀系数小, 刀具热变形小。

因此, 天然单晶金刚石被一致公认为理想的、不能代替的超精密切削刀具。

人造单晶金刚石已经开始用于超精密切削, 但是价格仍然很昂贵。

金刚石刀具不适宜切黑色金属, 很脆, 要避免振动而且价格昂贵, 刃磨困难。

人造聚晶金刚石无法磨出极锋锐的切削刃, 切削刃钝圆半径ρ很难达到<1μm, 它只能用于有色金属和非金属的精切, 很难达到超精密镜面切削。

《精密与超精密加工技术》知识点总结1. 加工的定义：改变原材料、毛坯或半成品的形状、尺寸及表面状态，使之符合规定要求的各种工作的统称。

规定要求：加工精度和表面质量。

2. 加工精度：是指零件在加工以后的几何参数（尺寸、形状、位置）与图纸规定的理想零件的几何 参数相符合的程度。

符合程度越高，加工精度则越高。

3. 表面质量：指已加工表面粗糙度、残余应力及加工硬化。

4. 精密加工定义：是指在一定时期，加工精度和表面质量达到较高程度的加工技术（工艺） 。

5. 超精密加工：是指在一定时期，加工精度和表面质量达到最高程度的加工技术（工艺） 。

6. 加工的划分 普通加工（一般加工）、精密加工和超精密加工。

普通加工：加工精度在 2m 以上（粗加工IT13〜IT9、半精加工IT8〜IT7、精加工IT6〜IT5），粗糙度 Ra0.1-0.8m 。

加工方法： 车、 铣、刨、磨等。

适用于:普通机械（汽车、拖拉机、机床）制造等。

精密加工： 加工精度在1〜0.1」m ，粗糙度 RaO.Vm 以下（一般Ra0.1〜0.01」m ）的加工方法。

加工方法：车削、磨削、研磨及特种加工。

适用于：精密机床、精密测量仪器等中的关键零件 的制造。

超精密加工：加工精度在 0.1〜0.01」m ，粗糙度小于 Ra0.01」m （Ra0.01〜Ra0.001m ）的加工方 法。

加工方法：金刚石刀具超精密切削、超精密磨削、超精密特种加工。

造、计量标准元件、集成电路等的制造。

（工艺过程）①压坏廈） 7. 精密加工影响因素8. 切削、磨削加工：精密切削和磨削、超精密切削与磨削。

9. 特种加工：是指一些利用热、声、光、电、磁、原子、化学等能源的物理的，化学的非传统加工 方法。

10. 精密加工和超精密加工的发展趋势：向高精度方向发展、向大型化，微型化方向发展、向加工检 测一体化发展、研究新型超精密加工方法的机理、新材料的研究。

11. 精密加工和超精密加工的特点：形成了系统工程 它是一门多学科的综合高级技术；它与特种加工关系密切 传统加工方法与非传统加工方法相结合；加工检测一体化 在线检测并进行实时控制、 误差补偿；与自动化技术联系密切 依靠自动化技术来保证；与产品需求联系紧密 加工质量要求 高、技术难度大、投资大、必须与具体产品需求相结合。