精密加工与光整加工

精密与超精密加工技术综述0 前言就先进制造技术的技术实质性而论，主要有精密和超精密加工技术和制造自动化两大领域1。

前者包括了精密加工、超精密加工、微细加工，以及广为流传的纳米加工，它追求加工上的精度和表面质量的极限，可统称为精密工程；后者包括了设计、制造和管理的自动化，它不仅是快速响应市场需求、提高生产率、改善劳动条件的重要手段，而且是提高产品质量的有效方式。

两者有密切联系，许多精密和超精密加工要靠自动化技术才能达到预期目标，而不少制造自动化则有赖于精密加工才能达到设计要求。

精密工程和制造自动化具有全局性的、决策性的作用，是先进制造技术的支柱。

精密和超精密加工与国防工业有密切关系。

导弹是现代战争的重要武器，其命中精度由惯性仪表的精度所决定，因而需要高超的精密和超精密加工设备来制造这种仪表。

例如，美国“民兵”型洲际导弹系统的陀螺仪其漂移率为0.03～0.05°/h，加速度计敏感元件不允许有0.05μm的尘粒，它的命中精度的圆概率误差为500m；MX战略导弹(可装载10个核弹头)，由于其制导系统陀螺仪精度比“民兵—Ⅲ”型导弹要高出一个数量级，因而其命中精度的圆概率误差仅为50～150m。

对射程4000km的潜射弹道导弹，当潜艇的位置误差对射程偏差的影响为400m、潜艇速度误差对射程偏差的影响为800m、惯性平台的垂直对准精度对射程偏差的影响为400m时，要求惯性导航的陀螺仪的漂移精度为0.001°/h、航向精度在1′以上、10小时运行的定位精度为0.4～0.7海里，因此，陀螺元件的加工精度必须达到亚微米级，表面粗糙度达到Ra0.012～0.008μm。

由此可知，惯性仪表的制造精度十分关键。

如1kg重的陀螺转子，其质量中心偏离其对称轴为0.5nm时，就会造成100m的射程误差和50m的轨道误差；激光陀螺的平面反射镜的平面度为0.03～0.06μm，表面粗糙度要求为Ra0.012μm以上；红外制导的导弹，其红外探测器中接受红外线的反射镜，其表面粗糙度要求达到Ra0.015～0.01μm［2］。

在安排加工顺序时一般应遵循以下原则：1) 先基准面后其它应首先安排被选作精基准的表面的加工，再以加工出的精基准为定位基准，安排其它表面的加工。

该原则还有另外一层意思，是指精加工前应先修一下精基准。

例如，精度要求高的轴类零件，第一道加工工序就是以外圆面为粗基准加工两端面及顶尖孔，再以顶尖孔定位完成各表面的粗加工；精加工开始前首先要修整顶尖孔，以提高轴在精加工时的定位精度，然后再安排各外圆面的精加工。

2) 先粗后精这是指先安排各表面粗加工，后安排精加工。

3) 先主后次主要表面一般指零件上的设计基准面和重要工作面。

这些表面是决定零件质量的主要因素，对其进行加工是工艺过程的主要内容，因而在确定加工顺序时，要首先考虑加工主要表面的工序安排，以保证主要表面的加工精度。

在安排好主要表面加工顺序后，常常从加工的方便与经济角度出发，安排次要表面的加工。

例如，图所示的车床主轴箱体工艺路线，在加工作为定位基准的工艺孔时，可以同时方便地加工出箱体顶面上所有紧固孔，故将这些紧固孔安排在加工工艺孔的工序中进行加工。

此外，次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工。

4) 先面后孔这主要是指箱体和支架类零件的加工而言。

一般这类零件上既有平面，又有孔或孔系，这时应先将平面（通常是装配基准）加工出来，再以平面为基准加工孔或孔系。

此外，在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀。

此时也应先加工面，再加工孔，以避免上述情况的发生。

制定加工工艺路线应遵循的一般原则制定工艺路线时，必须充分考虑采用确保产品质量，并以最经济的办法达到所要求的生产纲领的必要措施，即应该作到：技术上先进、经济上合理，并有良好、安全的劳动条件。

工艺阶段的划分零件加工时，一般不是依次加工完各个表面，而是将各表面的粗、精加工分开进行，为此，通常将整个工艺过程划分为以下四个加工阶段：1、粗加工阶段本阶段的主要作用是切去大部分加工余量，为半精加工提供定位基准和均匀而适当的余量。

一．名词解释1.机械加工工艺过程：在机床设备上利用切削刀具或其他工具，利用机械力将毛坯或工件加工成零件的过程。

2.工序：一个或一组人，在一个工作地上，对同一个或同时对几个工件多连接完成的那一部分工艺过程。

3.加工经济精度：某种加工方法在正常生产条件下所能保证的公差等级。

4.生产纲领：一夜在计划期内应生产的产品的常量和进度计划。

5.定位：确定工件在机床上或机床夹具中占有正确位置的过程。

06.定位误差：由于定位的不准确原因使工件工序基准偏离理想位置，引起工序尺寸变化的加工误差。

7.基准不重合误差：由于定位基准与工序基准不重合引起的加工误差。

8.基准位移误差：由于工件定位基面和定位元件制造不准确，使定位基准在工序尺寸方向上产生位置变化而引起的加工误差。

9.镗削：以镗刀的旋转运动作为主运动，对工件预制扩大的切削加工方法。

10.细削：使用经过仔细刃磨，几何角度合适的精钢石或硬质金镗刀，并以高切削速度和细小进给量进行镗孔的加工方法。

11.快速点磨法：在磨削外圆时，砂轮与工件是以点接触进行磨削的，砂轮多工件的磨削加工类似于一个微小的刀尖对工件进行车削加工。

12.精整及光整加工：精加工之后，从工件表面上不切除或切除极薄金属层，用以提高加工表面的尺寸和形状精度，减小表面粗糙度或用以强化表面的加工方法。

13.垳磨：用磨粒很细的油石在一定压力下，以低速对工件表面进行的精整，光整加工方法。

14.超精加工：用细粒度得磨条或砂带进行微量磨削的一种精整、光整的加工方法。

15.加工精度：零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的接近程度。

16.表面质量：机械加工后零件表面的状况。

（一）表面微观几何形状特征。

1）表面粗糙度。

2）波度。

3）纹理方向。

4）缺陷。

（二）表面层的物理力学性能和化学性能。

1）塑性变形引起的变化。

2）表面层中的残余应力。

3）表面因切削热引起的金相组织变化。

17.纹理方向：切削刀痕的方向。

18.刀具的尺寸磨损：沿加工表面法向切削刃的磨损量。

发展精密和超精密加工技术的重要性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 -1um，讲表面粗糙度在Ra 0.02-0.1um之间的加工方法称为精密加工超精密加工；加工精度高于0.1um，加工表面粗糙度小于Ra 0.01um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)二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，提高产品稳定性和可靠性；促进产品小型化；增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配。

三发展超精密加工的重要性1 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。

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(国际上公认0.1nm~100nm为纳米尺度空间，100nm~1000nm为亚微米体系，小于1个纳米为原子团簇)；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。

2 精密和超精密加工是先进制造技术的基础和关键计算机工业的发展不仅要在软件上，还要在硬件上，即在集成电路芯片上有很强的能力，我国集成电路的制造水平约束了计算机工业的发展。

美国制造工程研究者提出的汽车制造业的“两毫米工程”（车身尺寸变动量控制在２ｍｍ以内）使汽车质量赶上欧、日水平，其中的举措都是实实在在的制造技术。

3 国防工业上的需求陀螺仪的加工涉及多项超精密加工，导弹系统的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。

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）（图）。

先进制造技术名词解释：1、先进制造技术：制造业不断吸收机械、电子、信息、能源及现代系统管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的系统。

主要内容：现代设计技术，现代制造工艺技术，制造自动化技术，现代管理技术，现代生产制造系统。

2、现代设计技术：现代设计技术是根据产品功能要求和市场竞争的需要，应用现代技术和科学知识，经过设计人员创造性思维，规划和决策，制定可以用于制造的方案并使方案付诸实施的技术。

3、可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间区间内，完成规定功能的能力。

4、并行工程：并行工程是一种对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行的和集成设计的系统化工作模式。

5、高压水射流切割：利用水或水中加添加剂的液体，经水泵至增压器，再经贮液蓄能器使高压液体流动平稳，最后由人造蓝宝石喷嘴形成300-900m/s的高速液体流速，喷射到工件表面，从而达到去除材料的加工目的。

6、超高速加工技术：是指采用超硬材料刀具磨具和能可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、高柔性的制造设备。

以极大地提高切削速度来达到提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代制造加工技术。

7、超高速切削理论（萨洛蒙曲线）：在常规切削速度范围内（A）切削温度随切削速度增加而提高，但是，当切削速度增大至某一数值Ve后，切削速度再增加切削温度反而降低, Ve值与工件材料有关，对每种工件材料，存在一个速度范围，在这个范围内，切削温度太高，任何刀具无法承受，称为“死谷”。

如果能够超过这个“死谷”而在超高速区进行工作，则有可能用现有的刀具进行超高速切削，从而大幅度地减少切削工时，成功地提高机床的生产率。

超精密加工：指加工精度和表面质量达到极高程度的精密加工工艺，从概念上讲具有相对性，随着加工技术的不断发展，超精密加工的技术指标也是不断变化的。

精密和超精密加工现状与发展趋势核心提示：当前精密和超精密加工精度从微米到亚微米，乃至纳米，在汽车、家电、IT电子信息高技术领域和军用、民用工业有广泛应用。

同时，精密和超精密加工技术的发展也促进了机械、模具、液压、电子、半导体、光学、传感器和测量技术及金属加工工业的发展。

一、精密和超精密加工的概念与范畴通常，按加工精度划分，机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。

目前，精密加工是指加工精度为1~0.1μm，表面粗糙度为Ra0.1~0.01μm的加工技术，但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。

精密加工所要解决的问题，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。

精密加工包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。

传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。

a. 砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。

b. 精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。

c. 珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达Ra0.4~0.1μm，最好可到Ra0.025μm，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。

d. 精密研磨与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。

精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025μm加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。

珩磨简介珩磨工艺(Honing Process)是磨削加工的一种特殊形式，又是精加工中的一种高效加工方法,属于光整加工,需要在磨削或精镗的基础上进行。

这种工艺不仅能去除较大的加工余量，而且是一种提高零件尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度的有效加工方法。

珩磨加工范围比较广，特别是在大批量生产中采用专用珩磨机珩磨更为经济合理，对于某些零件，珩磨已成为典型的光整加工方法，如发动机的气缸套，连杆孔和液压缸筒等。

珩磨加工原理珩磨是利用安装于珩磨头圆周上的一条或多条油石,由涨开机构（分旋转式和推进式两种）将油石沿径向涨开, 使其压向工件孔壁,以便产生一定的面接触。

同时使珩磨头旋转和往复运动,零件不动;或珩磨头只作旋转运动,工件往复运动,从而实现珩磨。

在大多数情况下,珩磨头与机床主轴之间或珩磨头与工件夹具之间是浮动的。

这样,加工时珩磨头以工件孔壁作导向。

因而加工精度受机床本身精度的影响较小,孔表面的形成基本上具有创制过程的特点。

所谓创制过程是油石和孔壁相互对研、互相修整而形成孔壁和油石表面。

其原理类似两块平面运动的平板相互对研而形成平面的原理。

珩磨时由于珩磨头旋转并往复运动或珩磨头旋转工件往复运动,使加工面形成交叉螺旋线切削轨迹,而且在每一往复行程时间内珩磨头的转数不是整数,因而两次行程间,珩磨头相对工件在周向错开一定角度,这样的运动使珩磨头上的每一个磨粒在孔壁上的运动轨迹亦不会重复。

此外,珩磨头每转一转,油石与前一转的切削轨迹在轴向上有一段重叠度,使前后磨削轨迹的衔接更平滑均匀。

在整个珩磨过程中,孔壁和油石面的每一点相互干涉的机会差不多相等。

因此,随着珩磨的进行孔表面和油石表面不断产生干涉点,不断将这些干涉点磨去并产生新的更多的干涉点,又不断磨去,使孔和油石表面接触面积不断增加,相互干涉的程度和切削作用不断减弱,孔和油石的圆度和圆柱度也不断提高,最后完成孔表面的创制过程。

为了得到更好的圆柱度,在可能的情况下,珩磨中经常使零件掉头,或改变珩磨头与工件轴向的相互位置。

金属增材制造多能场复合磨粒流精密光整加工技术哎呀，这话题听起来挺高大上的，金属增材制造多能场复合磨粒流精密光整加工技术，听起来就像是那种在实验室里，穿着白大褂的科学家们捣鼓的东西。

不过呢，我今天就用咱们平时聊天的口气，给你讲讲这玩意儿到底是咋回事。

首先，咱们得知道，金属增材制造，就是3D打印的一种，不过是专门用来打印金属零件的。

你想啊，那些飞机发动机的零件，或者是高级跑车的部件，很多都是用这种技术做出来的。

但是呢，这些零件刚打印出来的时候，表面可能没那么光滑，手感也不咋地，这时候就需要咱们的主角——多能场复合磨粒流精密光整加工技术出场了。

这个技术，说白了，就是用一种特殊的液体，里面掺杂着一些超硬的磨料颗粒，然后在零件表面来回流动，就像是给你的皮肤做按摩一样，把那些不平整的地方给磨平了。

但是，这个按摩可不简单，它得在特定的力场下进行，比如磁场、电场或者是声场，这些力场就像是指挥棒，引导着磨粒流精确地作用在需要打磨的地方。

我记得有一次，我去参观一个工厂，亲眼看到了这个技术的操作。

那是一个巨大的机器，中间放着一个刚刚打印出来的金属零件。

操作员在旁边的控制台上轻轻一点，机器就开始运转了。

你听着那声音，就像是水流的声音，但是又带着点沙沙的摩擦声。

我凑近一看，那些磨料颗粒在力场的作用下，就像是有生命一样，自动聚集到零件的不平整处，然后开始工作。

这个过程持续了好一会儿，等到操作员再次按下停止按钮，我再看那个零件，哇，简直就像换了个新的一样，表面光滑得能当镜子用。

我当时就想，这技术真是太神奇了，能把那么粗糙的金属表面变得这么光滑。

说回来，这个技术不仅仅是让零件看起来好看，更重要的是，它能提高零件的性能。

你想啊，表面光滑了，摩擦力就小了，零件的寿命自然就延长了。

而且，这种技术还能减少材料的浪费，因为不需要太多的磨料，也不需要太多的能源。

总之呢，金属增材制造多能场复合磨粒流精密光整加工技术，听起来可能有点拗口，但它其实就是一种让金属零件变得更完美的技术。