【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 35 敘述精密和超精密加工方法的分類、加工機(jī)理及加工方法示例。精密和超精密加工方法分類加工機(jī)理主要加工方法示例去除加工（分離加工）力學(xué)加工、力濺射電物理加工電化學(xué)加工熱蒸發(fā)、熱擴(kuò)散 、熱溶解切削、磨削、研磨、拋光、超精加工、珩磨、超聲波加工、離子濺射加工 等離子加工 噴射加工；電火花加工（電火花成型、電火花線切割）；電解加工、蝕刻（電子束曝光）、 化學(xué)機(jī)械拋光；電子束加工、激光加工、脫碳處理、氣割 結(jié)合加工附著加工化學(xué)電化學(xué)熱、熱熔化力物理化學(xué)鍍、化學(xué)氣相沉積；電鍍、電鑄；真空蒸鍍、熔化鍍；離子鍍（離子沉積）、物理氣相沉積 注入加工（滲入加工）化學(xué)電化學(xué)熱熱擴(kuò)散力物理氧化、氮化、活性化學(xué)反應(yīng)；陽(yáng)極氧化；晶體生長(zhǎng)、分子束外延、摻雜、滲碳和燒結(jié)；離子束外延、離子注入連接加工熱物理、電物理化學(xué)激光焊接、氣焊、電焊、快速成型加工；化學(xué)粘接變形加工（流動(dòng)加工）熱流動(dòng)、表面熱流動(dòng)粘滯流動(dòng)分子定向鍛造、熱流動(dòng)加工（氣體火焰、高頻電流、熱射線、電子束和激光）；鑄造、液體流動(dòng)加工（金屬、塑料等壓鑄、注塑）；液晶定向36 試說(shuō)明超精密切削、超精密磨削加工的特點(diǎn)和各自的適應(yīng)場(chǎng)合。答：超精密切削是借助鋒利的金剛石刀具對(duì)工件進(jìn)行車削或銑削。主要用于加工要求低粗糙度和高形狀精度的有色金屬或非金屬零件，如激光或紅外的平面，非球面反射鏡、磁盤鋁基底、VTR輥軸、有色金屬軸套和塑料多面棱鏡等，甚至直接加工納米級(jí)表面的硬脆材料。超精密金剛石刀具鏡面車削加工人造衛(wèi)星儀器軸承——真空無(wú)潤(rùn)滑軸承，其孔和軸的表面粗糙度R。達(dá)到1 nm，圓度和圓柱度均為納米級(jí)精度。超精密磨削：超精密磨削是利用磨具上尺度均勻性好、近似等高的磨粒（金剛石砂輪和CBN砂輪）對(duì)被加工零件表面進(jìn)行摩擦、耕犁及切削的過(guò)程。主要用于硬度較高的金屬和非金屬零件，如對(duì)加工尺寸及形狀精度要求很高的伺服閥、空氣軸承主軸、陀螺儀超精密軸承、光學(xué)玻璃基片等。超精密磨削可達(dá)到R。0．002μm的表面粗糙度和 0．01μm的圓度。 37 超精密加工時(shí)機(jī)床設(shè)備和環(huán)境有何要求？答：超精密加工時(shí)機(jī)床設(shè)備：超精密加工機(jī)床應(yīng)具有高精度、高剛度、高加工穩(wěn)定性和高度自動(dòng)化的要求，超精密機(jī)床的質(zhì)量主要取決于機(jī)床的主軸部件、床身導(dǎo)軌以及驅(qū)動(dòng)部件等關(guān)鍵部件的質(zhì)量。 (1) 精密主軸部件精密主軸部件是超精密機(jī)床的圓度基準(zhǔn)，也是保證機(jī)床加工精度的核心。主軸要求達(dá)到極高的回轉(zhuǎn)精度，～，此外，主軸還要具有相應(yīng)的剛度，以抵抗受力后的變形。主軸運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量和主軸驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的熱量對(duì)機(jī)床精度有很大影響，故必須嚴(yán)格控制溫升和熱變形。為了獲得平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，超精密機(jī)床主軸廣泛采用空氣靜壓軸承，主軸驅(qū)動(dòng)采用皮帶卸載驅(qū)動(dòng)和磁性聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)的主軸系統(tǒng)。(2) 床身和精密導(dǎo)軌床身是機(jī)床的基礎(chǔ)部件，應(yīng)具有抗振衰減能力強(qiáng)、熱膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定性好的要求。目前，超精密機(jī)床床身多采用人造花崗巖材料制造。人造花崗巖是由花崗巖碎粒用樹(shù)脂粘結(jié)而成，它不僅具有花崗巖材料的尺寸穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)低、硬度高、耐磨且不生銹的特點(diǎn)，又可鑄造成形，克服了天然花崗巖有吸濕性的不足，并加強(qiáng)了對(duì)振動(dòng)的衰減能力。 超精密機(jī)床導(dǎo)軌部件要求有極高的直線運(yùn)動(dòng)精度，不能有爬行，導(dǎo)軌偶合面不能有磨損，因而液體靜壓導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌，均具有運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)爬行、摩擦因數(shù)接近于零的特點(diǎn)，在超精密機(jī)床中得到廣泛的使用。 (3) 微量進(jìn)給裝置在超精密加工中，要求微量進(jìn)給裝置滿足如下的要求：①稍微進(jìn)給與粗進(jìn)給分開(kāi)，以提高微位移的精度、分辨率和穩(wěn)定性；②運(yùn)動(dòng)部分必須是低摩擦和高穩(wěn)定性，以便實(shí)現(xiàn)很高的重復(fù)精度；③末級(jí)傳動(dòng)元件必須有很高的剛度，即夾固刀具處必須是高剛度的；④工藝性好，容易制造；⑤應(yīng)能實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給的自動(dòng)控制，動(dòng)態(tài)性能好。微量進(jìn)給裝置有機(jī)械或液壓傳動(dòng)式、彈性變形式、熱變形式、流體膜變形式、磁致伸縮式、壓電陶瓷式等多種結(jié)構(gòu)形式。超精密加工時(shí)工作環(huán)境：工作環(huán)境的任何微小變化都可能影響加工精度的變化，使超精加工達(dá)不到精度要求。因此，超精密加工必須在超穩(wěn)定的環(huán)境下進(jìn)行。超穩(wěn)定環(huán)境主要是指恒溫、超凈和防振三個(gè)方面。超精密加工一般應(yīng)在多層恒溫條件下進(jìn)行，不僅放置機(jī)床的房間應(yīng)保持恒溫，還要求機(jī)床及部件應(yīng)采取特殊的恒溫措施。一般要求加工區(qū)溫度和室溫保持在 20土 ℃的范圍內(nèi)。超凈化環(huán)境對(duì)超精密加工也很重要，因?yàn)榄h(huán)境中硬粒子會(huì)嚴(yán)重影響被加工表面的質(zhì)量。外界振動(dòng)對(duì)超精密加工的精度和粗糙度影響甚大。采用帶防振溝的隔振地基和把機(jī)床安裝在專用的隔振設(shè)備上，都是極有效的防振措施。38 在怎樣的速度范圍下加工屬于高速加工？分析高速切削加工所用解決的關(guān)鍵技術(shù)。答：超高速加工是指高于常規(guī)切削速度5倍乃至十幾倍條件下所進(jìn)行的切削加工。例如在試驗(yàn)室中，鋁合金加工已達(dá)6000m/min；而在實(shí)際生產(chǎn)中也達(dá)到了15005500m/min。在實(shí)驗(yàn)室中，磨削中單層鍍砂輪磨削速度達(dá)300m/s，目前正探索500m/s速度的磨削；而實(shí)際生產(chǎn)中也達(dá)到了250m/s。超高速加工不但可以大幅度提高零件的加工效率、縮短加工時(shí)間、降低加工成本；而且可以使零件的表面加工質(zhì)量和加工精度達(dá)到更高的水平。高速切削加工比常規(guī)切削加工的切削速度高5～10倍，進(jìn)給速度隨切削速度的提高也可相應(yīng)提高5－10倍。39 超高速切削的包含哪些相關(guān)技術(shù)？答：超高速切削是一種綜合性的高新技術(shù)，超高速切削技術(shù)的推廣應(yīng)用是多項(xiàng)相關(guān)技術(shù)發(fā)展到與之相匹配的程度而產(chǎn)生的綜合效應(yīng)。超高速切削的相關(guān)技術(shù)包括：超高速切削中的刀具技術(shù)、高速主軸技術(shù)、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌和直線驅(qū)動(dòng)技術(shù)、高速數(shù)控技術(shù)、機(jī)床結(jié)構(gòu)等技術(shù)。310 簡(jiǎn)述超高速磨削特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)？答：超高速磨削技術(shù)特點(diǎn)：( 1) 大幅度提高磨削效率，設(shè)備使用臺(tái)數(shù)少；( 2) 磨削力小、磨削溫度低、加工表面完整性好；( 3) 砂輪使用壽命長(zhǎng)，有助于實(shí)現(xiàn)磨削加工的自動(dòng)化；( 4) 實(shí)現(xiàn)對(duì)難加工材料的磨削加工。超高速磨削關(guān)鍵技術(shù)超高速磨削的砂輪超高速磨削砂輪應(yīng)具有良好的耐磨性、高動(dòng)平衡精度和機(jī)械強(qiáng)度、高剛度和良好的導(dǎo)熱性等。 （1）超高速砂輪的材料：超高速磨削用砂輪應(yīng)具有強(qiáng)度高、抗沖擊強(qiáng)度高、耐熱性好、微破碎性好、雜質(zhì)含量低等優(yōu)點(diǎn)。超高速磨削砂輪可以使用AI2OSiC、CBN和金剛石磨料。（2）超高速砂輪的修整：超高速單層電鍍砂輪一般不需修整。特殊情況下利用粗磨粒、低濃度電鍍杯形金剛石修整器對(duì)個(gè)別高點(diǎn)進(jìn)行微米級(jí)修整。 超高速主軸和超高速軸承 （1）超高速電主軸技術(shù)：超高速磨削主要采用大功率超高速電主軸。高速電主軸慣性扭矩小，振動(dòng)噪聲小，高速性能好，可縮短加減速時(shí)間，但它有很多技術(shù)難點(diǎn)。 （2）超高速軸承技術(shù)：高速主軸采用的軸承有滾動(dòng)軸承、氣浮軸承、液體靜壓軸承和磁懸浮軸承幾種形式。超高速磨削的砂輪平衡技術(shù)與防護(hù)裝置：對(duì)于超高速砂輪系統(tǒng)不僅進(jìn)行靜平衡，還必須根據(jù)系統(tǒng)及不平衡質(zhì)量劃分平衡階段，進(jìn)行分級(jí)動(dòng)平衡以保證在工作轉(zhuǎn)速下的穩(wěn)定磨削。 磨削液供給系統(tǒng)超高速磨削常用的冷卻液注入方法有：高壓噴射法，空氣擋板輔助截?cái)鄽饬鞣ǎ瑲怏w內(nèi)冷卻法，徑向射流沖擊強(qiáng)化換熱法等。為提高供液效果，應(yīng)對(duì)供液系統(tǒng)參數(shù)包括供液壓力、流量、磨削液噴注位置、噴嘴結(jié)構(gòu)及尺寸等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，此外系統(tǒng)還需配有高效率油氣分離和吸排風(fēng)單元。超高速磨削進(jìn)給系統(tǒng)隨著高速超高速加工技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外都采用了直線伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)。使用高動(dòng)態(tài)性能的直線電機(jī)結(jié)合數(shù)字控制技術(shù)，避免了傳統(tǒng)的滾珠絲杠傳動(dòng)中的反向間隙、彈性變形、磨擦磨損和剛度不足等缺陷，可獲得高精度的高速移動(dòng)并具有極好的穩(wěn)定性。磨削狀態(tài)檢測(cè)及數(shù)控技術(shù)利用磨削過(guò)程中產(chǎn)生的各種聲發(fā)射源，如砂輪與工件彈性接觸、接合劑破裂、磨粒與工件磨擦、砂輪破碎和磨損、工件表面裂紋和燒傷、砂輪與修整輪的接觸等，可以通過(guò)檢測(cè)聲發(fā)射信號(hào)的變化來(lái)對(duì)磨削狀態(tài)進(jìn)行判別和監(jiān)測(cè)。此外，工件精度和加工表面質(zhì)量的在線監(jiān)控技術(shù)也是高效率磨削的關(guān)鍵技術(shù)。311 簡(jiǎn)述超高速銑削特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)？答：超高速銑削的技術(shù)特點(diǎn)：（1）生產(chǎn)效率高，成本低超高速銑削高硬度鋼的金屬切除率高、沒(méi)有手工精加工等耗時(shí)的工序，縮短了生產(chǎn)過(guò)程，簡(jiǎn)化了輔助工作，能使整體加工效率提高幾倍乃至十幾倍，且其能耗低，能源和設(shè)備的利用率高，從而降低了生產(chǎn)成本。（2）加工精度高對(duì)于同樣的切削層參數(shù)：在超高速銑削條件下，單位切削力顯著下降，且其變化幅度小，使工件的受力變形顯著減??；同時(shí)，由于機(jī)床主軸運(yùn)轉(zhuǎn)速度極高： 激振頻率遠(yuǎn)離機(jī)床、工件、刀具工藝系統(tǒng)的高階固有頻率：能有效減小系統(tǒng)的振動(dòng)，因此有利于獲得高的加工精度（3）加工表面質(zhì)量好超高速銑削的加工過(guò)程極為迅速，加工表面的受熱時(shí)間極短，95%98%以上的切削熱被切屑帶走，傳入工件的切削熱大為減少，切削溫度低，熱影響區(qū)和熱影響程度都較小：有利于獲得低損傷的加工表面；同時(shí)，由于超高速銑削時(shí)切削振動(dòng)對(duì)加工質(zhì)量的影響很小，因而能顯著降低加工表面粗糙度。（4）適于加工薄壁類精細(xì)零件與常規(guī)切削相比，超高速銑削加工時(shí)的切削力至少降低30%，尤其是徑向切削力顯著降低，非常有利于薄壁類精細(xì)零件的加工。例如，當(dāng)切削速度達(dá)到13000r/min 時(shí)。超高速銑削的關(guān)鍵技術(shù)超高速銑削刀具幾何角度：超高速銑削高硬度鋼時(shí)，刀具的主要失效形式為刀尖破損，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重考慮提高刀尖的抗沖擊強(qiáng)度。通常采用較小的前角（零度或負(fù)角度前角）。增大后角可減少刀具的磨損，但后角過(guò)大會(huì)影響刀具的強(qiáng)度和散熱條件，故也不宜過(guò)大。較大的螺旋角可增大實(shí)際工作前角，減小被切金屬的變形，降低切削力，還可大大降低切削力的振幅，減小振動(dòng)加速度，從而改善加工表面質(zhì)量。超高速銑削刀具材料：有整體硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、硬質(zhì)合金和立方氮化硼等。312 特種加工技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。特種加工技術(shù)是直接借助電能、熱能、聲能、光能、電化學(xué)能、化學(xué)能以及特殊機(jī)械能等多種能量或其復(fù)合施加在工件的被加工部位上以實(shí)現(xiàn)材料切除的加工方法，從而實(shí)現(xiàn)材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等的非傳統(tǒng)加工方法統(tǒng)稱為特種加工。與傳統(tǒng)機(jī)械加工方法相比具有許多獨(dú)到之處：1)在加工范圍上不受材料的物理、機(jī)械性能限制。能加工硬的、軟的、脆的、耐熱或高熔點(diǎn)金屬及非金屬材料；2)易獲得良好的表面質(zhì)量，殘余應(yīng)力、熱應(yīng)力、熱影響區(qū)、冷作硬化等均比較??；3)易于加工比較復(fù)雜的型面、微細(xì)表面及柔性零件；4)各種加工方法易于復(fù)合形成新的工藝方法，便于推廣和應(yīng)用。特種加工技術(shù)所包含的范圍非常廣，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特種加工技術(shù)的內(nèi)容也不斷豐富。目前各種特種加工方法已達(dá)數(shù)十種，其中也包含一些借助機(jī)械能切除材料， 但又不同于一般切削和磨削的加工方法，如磨粒流加工、液體噴射流加工、磨粒噴射加工、磁磨粒加工等等。除了借助于化學(xué)能或機(jī)械能的加工方法以外，大多數(shù)常用的特種加工方法均為直接利用電能或電能所產(chǎn)生的特殊作用所進(jìn)行的加工方法，通常將這些方法統(tǒng)稱為電加工。313 電火花加工的原理與應(yīng)用。電火花加工（又稱放電加工、電蝕加工，簡(jiǎn)稱EDM）是一種利用脈沖放電對(duì)導(dǎo)電材料電蝕來(lái)去除多余材料的工藝方法。加工原理電火花加工的原理示意圖如圖320所示。加工時(shí)，將工具與工件置于具有一定絕緣強(qiáng)度的液體介質(zhì)中，并分別與脈沖電源的正、負(fù)極相連接。調(diào)節(jié)裝置控制工具電極，保證工具與工件間維持正常加工所需的很小放電間隙。當(dāng)兩極之間的電場(chǎng)強(qiáng)度增加到足夠大時(shí)，兩極間最近點(diǎn)的液體介質(zhì)被擊穿，產(chǎn)生短時(shí)間、高能量的火花放電，放電區(qū)域的溫度瞬時(shí)可達(dá)10000℃以上，金屬被熔化或氣化。灼熱的金屬蒸汽具有很大的壓力，引起劇烈的爆炸，而將熔融的金屬拋出，金屬微粒被液體介質(zhì)冷卻并迅速?gòu)拈g隙中沖走，工件與工具表面形成一個(gè)小凹坑（圖320（b、c））。第一個(gè)脈沖放電結(jié)束之后，經(jīng)過(guò)很短的間隔時(shí)間，第一脈沖又在另一極間最近點(diǎn)擊穿放電。如此周而復(fù)始高頻率地循環(huán)下去，工具電極不斷地向工件進(jìn)給，得到由無(wú)數(shù)小凹坑組成的加工表面，工具的形狀最終被復(fù)制在工件上。進(jìn)行電火花加工必須具備下列三個(gè)條件：①必須采用脈沖電源，以形成瞬時(shí)的脈沖式放電。每次放電時(shí)間極短，使放電產(chǎn)生的熱量來(lái)不及傳輸出去，而集中于微小區(qū)域。②必須采用自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置，保證工具電極與工件電極間微小的放電間隙（～ mm），以維持適宜的火花放電狀態(tài)。③火花放電必須具有足夠大的能量密度，且必須在具有一定的絕緣強(qiáng)度的液體介質(zhì)（工作液）中進(jìn)行。大的能量密度用以熔化（或氣化）工件材料，液體介質(zhì)除對(duì)放電通道有壓縮作用外，還可排除電蝕產(chǎn)物，冷卻電極表面。常用的液體介質(zhì)有煤油、礦物油、皂化液或去離子水等。 電火花加工的應(yīng)用（1）電火花穿孔 穿孔加工是指貫通的二維型孔的加工，是電火花加工中應(yīng)用最廣的一種，常加工的型孔有圓孔、方孔、多邊形孔、異形孔、曲線孔及小孔、微孔等，例如冷沖模、拉絲模、 擠壓模、噴嘴、噴絲頭上的各種型孔和小孔。穿孔的尺寸精度主要靠工具電極的尺寸和火花放電的間隙來(lái)保證。（2）電火花型腔加工電火花型腔加工指三維型腔和型面的加工及電火花雕刻。例如加工鍛模、壓鑄模、擠壓模、膠木模、塑料模等。型腔加工比較困難，首先是因?yàn)榫敲た准庸ぃ饘傥g除量大，工作液循環(huán)和電蝕產(chǎn)物排除條件差，工具電極損耗后無(wú)法靠進(jìn)給補(bǔ)償；其次是加工面積變化大，加工過(guò)程中電規(guī)準(zhǔn)調(diào)節(jié)范圍較大，并由于型腔復(fù)雜，電極損耗不均勻，對(duì)加工精度影響很大，因此型腔加工生產(chǎn)率低，質(zhì)量保證有一定困難。（3）電火花線切割加工 電火花線切割加工簡(jiǎn)稱線切割加工，它是利用一根運(yùn)動(dòng)的細(xì)金屬絲（～ mm的鉬絲或銅絲）作工具電極，在工件與金屬絲間通以脈沖電流，靠火花放電對(duì)工件進(jìn)行切割加工。其工作原理是，工件上預(yù)先打好穿絲孔，電極絲穿過(guò)該孔后，經(jīng)導(dǎo)向輪由儲(chǔ)絲筒帶動(dòng)作正、反向交替移動(dòng)；放置工件的工作臺(tái)按預(yù)定的控制程序，在X、Y兩個(gè)坐標(biāo)方向上作伺服進(jìn)給移動(dòng)，把