超精密切削加工分析共31页

用 的 区 域 ） 是 加 工 单 位 ， 工 单 位 的 大 小 和 材 料 缺 陷 分 布 切 削 刃钝 圆 圆 弧 上 某 一 质 点 Ａ 的受 力 情 况 见 图 。该 点 有 切 就 加 的尺 寸 大 小 不 同 时 ， 加 工 材 料 的 破 坏 方 式 就 不 同 。 被 向分 力 Ｆ 和 法 向 分 力 Ｆ ， 力 为 Ｆ ， 。切 向 分 力 使 质 点 ｚ ｙ合 ｙＺ 向前 移 动 ， 成 切 屑 ； 向 分 力 使 质 点 压 向 被 加 工 表 面 ， 形 法 形 ２ 超精 ： 精 密 切 削加 工 主 要 是 由 高精 度 的 机 床 和 单 晶 金 刚 石 刀 具 进 行 的 ， 一 般 称 为金 刚 石 刀 具 具 切 削 或 Ｓ Ｄ 超 故 Ｐ Ｔ。
对 超 精 密 切 削加 工 技 术 及 其 机 理 进 行 介 绍 和 总 结 ， 望 对 超 精 密加 工 行 业 同事 有 所 指 导 。 希
２１ 年第 ６ ０１ 期
１ ２ 材 料 缺 陷 及 其 对 超 精 密 切 削 的 影 响 ．
２ ２ 金 刚 石 刀 具 超 精 密 车 削 的切 屑 形 成 ． 金 刚 石 刀 具 超 精 密 车 削 是 一 种 原 子 、 子 级 加 工 单 位 分 金刚石 刀具超精密车削所 能切 除金 属层 的厚度 标志其 的去 除 （ 离 ） 工 方 法 ， 从 工 件 上 去 除 材 料 ， 要 相 当 大 加 工 水 平 。 当 前 ， 小 切 削 深 度 可 达 ０ １微 米 以 下 ， 主 要 分 加 要 需 最 ． 其 的能 量 ， 种 能 量 可 用 临 界 加 工 能 量 密 度 ￣ Ｊ ｃ ） 单 位 影 响 因素 是 刀 具 的锋 利 程 度 ， 般 以 刀 具 的 切 削 刃 钝 圆 半 这 （／ ｍ３ 和 一

刀具锋锐性
• 刀具锋锐性主要取决于刃口钝圆半径，刃口钝圆 半径越小刀具越锋锐，有效切削厚度就越小，对 加工表面变质层和毛刺的影响也会减少。精密刀 具刃口钝圆半径可达到20nm以下。而金刚石刀具 刃口圆角半径可达2～4nm，切削厚度可达1nm。 • 如果复映正常，刃口粗糙度将决定表面粗糙度的 极限。研磨金刚石刀具表面达到nm级并不困难， 使切削可达到nm级的表面质量。
材料热特性对动态变形一致性的影 响
• 刀具切削部位的动态弹性变形要一致，否 则会产生基于材料杂质和晶界的表面阶梯。 • 材料较好的热稳定性和进行适当的热处理， 将使之均匀化，阶梯平均化，获得光滑的 加工表面。
加工环境与边缘技术是不可忽视的 间接因素
①环境温度 • 环境温度影响加工精度有两个方面，一是 温度的高低，二是温度场的均匀性。 • 机床自身局部发热的原因是轴承及运动部 分的摩擦与润滑，有一个热平衡过程。 • 人体及其运动，室内空气的对流都会引起 环境发生0.001K的温差变化。照明灯辐射 到花岗石底座，黑白点材料之间亦有0.1K 的差别。
③机床的热变形
• 理论上提高温度的控制精度就能减少热变形量。 控制精度达到1mk，热变形就可控制在1～10nm ／m之间。 • 超精密切削机床结构采用铟钢、某种玻璃、陶瓷 等热膨胀系数较低（10－6～10－7／K）材料，能 有效减少自身的热变形量。床身可采用花岗岩材 料。 • 机床（包括刀具）与工件的热变形之间存在着某 种关系，也会对加工精度的界限产生重要的影响。 • 尽管在整体上要求控制温度到一定的精度，但在 不同部分和不同阶段总会有差别的，因此需要进 行热补偿，通过机床调整和软件控制其影响。
金刚石刀具材料
• 优质的单晶金刚石刀具SPDT技术是实现超 精密切削的关键技术。 • 通常的人造单晶金刚石无法磨出极锋锐的 刃口，ρ很难达到≤1μm，只能用于有色金 属和非金属的精密切削，很难达到超精密 镜面切削的要求。 • 大颗粒人造单晶金刚石已能用于工业生产， 并已开始用于超精密切削，但价格仍很昂 贵。

1〕砂带与工件柔性接触，磨粒载荷小，且均匀，工件受 力、热作用小，加工质量好〔 Ra 值可达 0.02μm〕。
2〕静电植砂，磨粒 有方向性，尖端向 上 〔 图 12〕 ， 摩 擦 生热小，磨屑不易 堵塞砂轮，磨削性 能好。
磨粒 粘接剂 规格涂层 基带 图12 静电植砂砂带结构
3〕强力砂带磨削，磨削比〔切除工件重量与砂轮磨耗重量 之比〕高，有“高效磨削〞之称。
➢由聚氨基甲酸〔乙〕 酯制成，磨料直径 0.1～0.01μm
图13 弹性发射加工原理
➢ 机理：微切削＋被加工材料的微塑性流动作用
一、 精细与超精细加工技术
★ 液体动力抛光 ➢ 工作原理〔图14〕
工具运动方向 抛光工具
➢抛光工具上开有锯齿槽， 抛光液
磨粒
靠楔形挤压和抛光液的反
弹，增加微切削作用。
工件
一、 精细与超精细加工技术
概述
◆精细加工 —— 在一定的开展时期，加工精度和外表质量 到达较高程度的加工工艺。
超精细加工 —— 在一定的开展时期，加工精度和外表质 量到达最高程度的加工工艺。 ◆瓦特改进蒸汽机 —— 镗孔精度 1mm
20 世纪 40 年代 —— 最高精度 1μm 20 世纪 末 ——
工件
砂带
b）砂带定心外圆磨削 （接触轮式）
支承板 主动轮
砂带 工件 c）砂带定心外圆磨削
（接触轮式）
砂带
接触轮
砂带
接触轮 d）砂带内圆磨削
（回转式）
工件
工件
砂带
工作台
e）砂带平面磨削 （支承板式）
支承轮 f）砂带平面磨削
（支承轮式）
图11 几种砂带磨削形式
一、 精细与超精细加工技术

节能技术
研发节能技术和设备，降低切削加工的能耗和排放，提高资源利用效率。
THANK YOU
智能化与自动化
智能切削参数优化
通过智能化技术，实现切削参数的实时优化，提高加工效率和降 低能耗。
自动化监控与补偿
利用传感器和机器视觉技术，实现切削过程的自动化监控和补偿， 提高加工精度和稳定性。
智能切削决策支持系统
开发智能切削决策支持系统，为切削加工提供科学依据和优化建议。
切削过程建模与仿真
切削力模型
清洗作用
03
切削液可以清除切屑和磨粒，防止其粘附在刀具和工件上，影
响加工精度和质量。
切削参数优化
切削深度优化
根据工件材料和加工要求，选择合适的切削深度，以实现高效、 高精度的加工效果。
切削速度优化
根据刀具材料和工件材料，选择合适的切削速度，以提高加工效 率、减小刀具磨损和防止工件热变形。
进给量优化
04
超精密切削加工的挑战与解决 方案
刀具磨损
总结词
刀具磨损是超精密切削加工中常见的问题，它会影响 加工精度和表面质量。
详细描述
在超精密切削加工过程中，刀具与工件的高速摩擦会 导致刀具磨损，进而影响切削刃的锋利度和切削深度 ，最终导致工件表面粗糙度增加或产生加工误差。为 了解决这一问题，可以采用高硬度、高耐磨性的刀具 材料，如金刚石或立方氮化硼等，以提高刀具的耐磨 性和使用寿命。此外，优化切削参数、加强刀具冷却 和润滑也是减轻刀具磨损的有效措施。
韧性决定了材料抵抗切削应力的能力。韧性较好的材料在切 削过程中不易开裂或崩刃，能够获得较好的表面质量。在超 精密切削加工中，应选择具有较好韧性的材料，以减小切削 过程中的振动和热变形。
材料热导率

切削刃的粗糙度。 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Ry Ry0 加工表面的粗糙度 。 普通刀刃的粗糙度 Ry0.3~5 金刚石刀具刀刃的粗糙度Ry Ry0 μm ， 金刚石刀具刀刃的粗糙度 Ry0.1~0.2 μm ， 特殊情况Ry nm。 Ry1 特殊情况Ry1nm。 极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量， 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。 保证长的刀具寿命。 刀刃无缺陷，足够的强度，耐崩刃性能。 4) 刀刃无缺陷，足够的强度，耐崩刃性能。 化学亲和性小、与工件材料的抗粘结性好、 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。 系数低，能得到极好的加工表面完整性。
• 一.超精密切削加工简介 • 二.超精密切削的刀具 • 三.超精密加工机床 • 四.影响切削表面粗糙度的因素及发展 趋势
一.超精密切削加工简介 超精密切削加工简介
• 1.超精密切削的历史 1.超精密切削的历史
• 60年代初，由于宇航用的陀螺，计算机用的磁鼓、 60年代初，由于宇航用的陀螺，计算机用的磁鼓、 年代初 磁盘，光学扫描用的多面棱镜， 磁盘，光学扫描用的多面棱镜，大功率激光核聚 变装置用的大直径非圆曲面镜， 变装置用的大直径非圆曲面镜，以及各种复杂形 状的红外光用的立体镜等等， 状的红外光用的立体镜等等，各种反射镜和多面 棱镜精度要求极高，使用磨削、研磨、 棱镜精度要求极高，使用磨削、研磨、抛光等方 法进行加工，不但加工成本很高，而且很难满足 法进行加工，不但加工成本很高， 精度和表面粗糙度的要求。为此，研究、 精度和表面粗糙度的要求。为此，研究、开发了 使用高精度、 使用高精度、高刚度的机床和金刚石刀具进行切 削加工的方法。 削加工的方法。

2018/11/19
单项与综合误差补偿：综合误差补偿是同时补偿几项误差，
比单项误差补偿要复杂，但效率高、效果好。
单维语多维误差补偿：多维误差补偿是在多坐标上进行误差 补偿，难度和工作量都比较大，是近几年来发展起来的误差 补偿技术。
2018/11/19
4.3 误差补偿的过程
反复检测出现的误差并分析，找出规律，找出影响误差的主
超精密切削加工
姓名：南宫幽夏 学号：*********
机械工程学院
江苏科技大学
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超精密切削简介 超精密切削刀具
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目录
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超精密切削机床
误差补偿技术 精密测量技术
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1.1 超精密切削加工简介
1.2 超精密切削加工发展的三个阶段
20世纪50年代至80 年代为技术开创期；
20世纪50年代末，出于航天、国防等尖端技术发展的需要， 美国率先发展了超精密加工技术，开发了金刚石刀具超精密切 削——单点金刚石切削技术（SPDT），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。从 1966年起，美国Union Carbide公司、荷兰Philips公司和美国 Lawrence Livermore Laboratories陆续推出各自的超精密金刚石
型设备。
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超精密切削简介 超精密切削刀具
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目录
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超精密切削机床
误差补偿技术 精密测量技术
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2.1 超精密切削加工刀具
2018/11/19
2.2 超精密切削加工对刀具的要求
极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量；
刃口能磨得极其锋利，刃口半径值极小，能实现超薄切削厚 度； 刀刃无缺陷，切削时刃形将复制在被加工表面上，从而得到 超光滑的镜面； 与工件材料的抗粘性好、化学亲和性小、摩擦系数低，以得 到极好的加工表面完整性；

vw Dwnw /1000 va Af cos/1000
vm ax (D w nw)2(A f)2/1000
College Of Mechanic1a0l And Vehicle
;.
arctanva arctanAfcos
vw
Dwnw
max
arctan
Af Dwnw
式中 vw——工件回转线速度（m/min）；
;.
2.精整加工的特点 使用高品质微粒磨料制成的固结磨具油石。 切削速度远低于磨削速度。（100m/min） 精整加工具有特殊运动形式。 精整加工所使用的磨具不需修整。
4
;.
❖ 10.1.2 精整加工机理 精整加工是一种选择压力作用点的加工方法 当工具与工件在一定宽度面上接触，施加压力后，自动地选择局部突出的地方加工，故仅
❖ 油石的切削作用越强，生产率越高，但表面粗糙度越高。 因此粗超精加工时θmax可选大一些，一般取30~45 º； 精超精加工时，一般取10~20 º
13
;.
2.油石的振动频率及振幅 ❖ 振动频率f越高，切削作用越强，因而加工效率越高。但f受到超精头和工艺系统刚度的限
制，频率过高可能使工件表面出现振纹，使表面粗糙度升高。一般粗超精加工f取 1500~2000次/min，精超精加工f取500~1500次/min。 ❖ 振幅A越大切削作用越强，但表面粗糙度值越高。粗超精加工选3~5mm；精超精加工选 1~3mm。
切除承受压力处的材料。 这种加工方法使工具与工件分别随行对方引导而同时逐步提高精度，即使工具多少存在误
差，由于加工过程中工具上的误差点也被切除，提高了工具精度，故与一般强制进给的切 削方法不同，可获得较高的加工精度。
5
;.

第2章 超精密切削与金刚石刀具
➢超精密切削是使用精密的单晶天然金刚石刀具加工 有色金属和非金属，可以直接加工出超光滑的加工表 面(粗糙度Ra0.02～0.005µm，加工精度<0.01µm)。 用于加工：陀螺仪、激光反射镜、天文望远镜的反射 镜、红外反射镜和红外透镜、雷达的波导管内腔、计 算机磁盘、激光打印机的多面棱镜、录像机的磁头、 复印机的硒鼓、菲尼尔透镜等。 ➢超精密切削也是金属切削的一种，当然也服从金属 切削的普遍规律。 ➢金刚石刀具的超精密加工技术主要应用于单件大型 超精密零件的切削加工和大量生产中的中小型超精密 零件加工。
2.6 金刚石刀具超精密切削中的若干理论问题
一、超精密切削能达到的最小切削厚度
1、实际切削达到的最小切削厚度
➢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。
➢研究结果表明：使用极锋锐的刀具和 机床条件最佳的情况下，金刚石刀具的 超精密切削，可以实现切削厚度为纳米 （nm）级的连续稳定切削。
2021/4/29
2.3 超精密切削时积屑瘤的生成规律
二、积屑瘤对切削力和加工表面粗糙度的影响 1、对切削力的影响
积屑瘤高时切削力也大，积屑瘤小时切削力也小。与普通切削规律正好相反。 而普通切削钢时，积屑瘤可增加刀具的实际前角，故积屑瘤增大可使切削力 下降。
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2.3 超精密切削时积屑瘤的生成规律
三、切削刃锋锐度对切削变形和切削力的影响
2021/4/29
锋锐车刀切削变形系数明显低于 较钝的车刀。 刀刃锋锐度不同，切削力明显不 同。刃口半径增大，切削力增大， 即切削变形大。背吃刀量很小时， 切削力显著增大。因为背吃刀量很 小时，刃口半径造成的附加切削变 形已占总切削变形的很大比例，刃 口的微小变化将使切削变形产生很 大的变化。所以在背吃刀量很小的 精切时，应采用刃口半径很小的锋 锐金刚石车刀。

55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆3、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
超精密切削加工分析
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思

66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
超精密切削加工分析
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比

超精密切削加工总结
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
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