第2章-精密切削加工(教授专用)

昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10第二章精密切削加工主讲:王国军昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10在所处的时代里，用一般的技术水平，即可以实现的精度称为普通加工。必须用较高精度的加工机械、工具及高水平的加工技术才能达到的精度，属于精密加工。并非可以用较高技术轻而易举地就可以达到，而是采用先进的技术经过探讨、研究、实验之后才能达到的精度，并且实现这一精度指标尚不能普及的加工技术称为超精密加工。第一节概述一、精密、超精密加工的概念昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10(1)相对性，随时间的推移而变化(2)不普及性、保密性；(3)属于尖端技术；(4)与测量技术密切相关；(5)国际竞争中取得成功的关键技术。二、精密、超精密加工的特点昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/100.00010.0010.010.11101001900192019401960198020002020年加工精度(m)超精密加工精密加工普通加工加工精度的发展趋势昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10一般加工加工精度10μm左右，表面粗糙度Ra0.1μm精密加工加工精度0.1～1μm，表面粗糙度Ra=0.02～0.1μm超精密加工加工精度0.1μm，表面粗糙度Ra0.01μm发展方向：加工精度1nm(10-3μm)，表面粗糙度Ra0.005μm的加工技术—纳米加工。三、精密、超精密加工的范畴昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10四、实现精密、超精密加工技术的条件昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10机床技术(刚度、驱动系统、主轴、工作台、导向、轴承、润滑、夹持系统、变形等)刀具技术(刀具几何参数、刀具结构、磨损、破损等)测量技术(误差检测、补偿、位移、形状、粗糙、微位移机构、激光技术、表面变质层等)环境技术(空气、温度、振动、噪声、湿度、静电、光等)五、精密、超精密加工的关键技术昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10六、超精密加工的方法超精密加工高精度加工高尺寸精度高形位精度低粗糙度金刚石切削超精密磨削超精密研磨与抛光微细尺寸加工物理加工电火花加工激光加工超声波加工微波加工喷射加工化学加工化学能加工光刻加工精密电铸电解加工昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10各种产品所适用的超精密加工方法加工方法超精密研磨、抛光超精密切削超精密磨削材料金属材料非金属材料金属材料非金属材料金属材料非金属材料被加工产品块规平尺金属平板机床导轨钢球螺纹齿轮宝石硅片透镜磁头棱镜石英反射镜鼓简光学体红外零件塑料零件滚动轴承轧辊空气轴承录像机轴压缩机陶瓷光学玻璃昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10精密机床是实现精密加工的首要基础条件。高精度高刚度高稳定性高自动化第二节超精密机床一、超精密加工对机床的要求昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/101）美国：50年代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；1983～1984研制成功大型超精密金刚石车床DTM－3型和LODTM大型超精密车床第二节超精密机床二、发展概况昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/102）英国：1991年研制成功大型超精密机床OAGM2500。3）日本：现在在中小型超精密机床生产上已经具有一定的优势，甚至超过了美国。4）中国：JCS－027超精密车床、JCS－031超精密铣床、JCS－035超精密车床等。二、发展概况昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/101、大型光学金刚石车床-LODTM三、典型机床简介昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/101、大型光学金刚石车床-LODTM三、典型机床简介主轴回转误差（静态）50r/min时的回转误差(P-V值)直线定位误差导轨运动直线度误差(P-V值)激光测量系统综合误差X向0.0250.0510.0510.1020.0025Y向0.0510.0510.0510.1020.0025昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/102、OAGM2500大型超精密机床三、典型机床简介昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/103、OAGM2500大型超精密机床三、典型机床简介昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/103、AHNIO型高效专用车削、磨削超精密机床三、典型机床简介昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10四、超精密机床的主轴部件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。关键在于精密轴承昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10液体静压轴承工作原理昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10液体静压轴承主轴昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10双半球空气轴承主轴昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10前部用球形后部用圆柱径向空气轴承的主轴昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10立式空气轴承主轴昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10五、超精密机床的导轨部件超精密机床的整体布局1)主轴箱位置固定，刀架装在十字形滑板上2）T形布局3）R－θ布局4）立式结构布局昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10五、超精密机床的导轨部件导轨的作用和特点导轨不仅支承工作台、主轴箱、头架、尾架等部件的载荷，而且还保证各部件间的相对位置与相对运动的精度。但是与主轴部件相比，具有以下的特点：1）工作速度低。2）导轨的工作部分既长又薄，刚度差，是机床最薄弱的环节之一。3）受力情况比较复杂，这样给计算带来困难。4）导轨的加工工作量较大。昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10五、超精密机床的导轨部件常见导轨的形式昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10五、超精密机床的导轨部件常用导轨部件昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10五、超精密机床的导轨部件常用导轨部件昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10五、超精密机床的导轨部件常用导轨部件昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10切削在晶粒内进行；切削力＞原子结合力（剪切应力达13000N/mm2）；刀尖处温度极高，应力极大，普通刀具难以承受高速切削（与传统精密切削相反），工件变形小，表层高温不会波及工件内层，可获得高精度和好表面质量。第三节金刚石刀具超精密切削一、金刚石刀具超精密切削机理昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10金刚石刀具超精密切削昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10金刚石刀具超精密切削昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10金刚石刀具超精密切削昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10超精切削刀具材料：天然金刚石，人造单晶金刚石二、金刚石刀具昆明理工大学城市学院精密与特种加工第二章精密切削加工2020/3/10能否加工出高质量的超光滑表面；能否有较长的切削时间保持刀刃锋锐。衡量金刚石刀具质量的标准设计金刚石刀具时最主要问题确定切削部分的几何形状；选择合适的晶面作为刀具的前后面；确定金刚石在刀具上的固定方法和刀具结构。