精密与特种加工技术 第二章 精密切削加工

1第2章精密切削加工22.1概述随着科学技术的发展，电子计算机、原子能、激光、宇航和国防等技术部门对零件的加工精度和表面质量要求越来越高。精密加工技术的研究及应用水平已成为衡量一个国家的机械制造业乃至整个制造业水平的重要依据。各国特别是工业发达国家对精密加工技术极其重视，投入了大量的资金对其进行研究，以保证其尖端技术产品处于国际领先地位，提高其产品在国际上的竞争力。3所谓精密加工，是指加工精度和表面质量达到极高程度的加工工艺。精密加工技术是一项涉及内容广泛的综合性技术，实现精密加工，不仅需要精密的机械设备和工具，也需要稳定的环境条件，还需运用计算技术进行实时检测和反馈补偿。只有将各个领域的技术成果集成起来，才有可能实现和发展精密加工。2.1.1概念42.1.2精密切削加工分类根据加工表面及加工刀具的特点，精密切削加工可分为四类，精密与超精密切削方法如下：切削方法切削工具精度/μm表面粗糙度Ra/μm被加工材料精密、超精密车削精密、超精密铣削精密、超精密镗削天然单晶金刚石刀具、人造聚晶金刚石刀具、CBN刀具、陶瓷刀具、硬质合金刀具1～0.10.05～0.008金刚石刀具，有色金属及其合金等软金属材料，其他材料刀具微孔加工硬质合金钻头、高速钢钻头10～200.252.2精密切削加工机理金属切削过程，就其本质而言，是材料在刀具的作用下，产生剪切断裂、摩擦挤压和滑移变形的过程，精密切削过程也不例外。但在精密切削中，由于采用的是微量切削方法，一些对普通切削影响不显著的因素将成为影响精密切削过程的主要因素。61.切削变形1)过渡切削2)最小切入深度3)毛刺与亏缺4)微量切削的碾压过程2.切削力1)切削力的来源2)影响切削力的因素2.2.1切削变形和切削力71.切削热1)切削热的来源及切削温度2)切削热的影响及控制2.切削液2.2.2切削热和切削液82.2.3刀具磨损、破损及耐用度1.金刚石刀具的磨损及破损1)金刚石刀具的磨损形式2)刀具磨损对加工质量的影响2.刀具的耐用度92.3切削加工机床及应用2.3.1精密机床发展概况我国超精密机床的生产和研制起步较晚，和国外的差距较大。由于涉及许多保密技术，从国外引进超精密机床受到限制，我国必须加大力度研制性能更优越的超精密机床，为国防工业、尖端技术的发展创造条件。102.3.2精密机床的精度指标超精密机床的精度指标机床项目实用机床实验机床备注回转精度直线运动精度轴承刚度热变形量温度控制精度负荷测量尺寸测量500nm250nm/250mm103～109N/m1～10μm0.2K210N20～1000nm25nm25nm/250mm104～109N/m25nm0.01K10-3N5nm近期目标：10nm近期目标：2.5nm近期目标：0.001K刚性：104～109N/m分辨率：0.5nm11机床精度等级和指标(单位μm)指标等级210-1-2零件尺寸精度圆度圆柱度平面度粗糙度1.50.71.251.250.21.250.30.630.630.070.750.20.380.380.050.500.120.250.250.030.250.060.130.130.01机床主轴跳动运动直线度0.71.250.30.630.20.380.120.250.060.13122.3.3精密主轴部件1.液体静压轴承主铀2.空气静压轴承主轴3.主轴的驱动方式132.3.4床身和精密导轨部件1.床身和导轨材料1)优质耐磨铸铁2)花岗岩3)人造花岗岩2.导轨类型1)滚动导轨2)液体静压导轨3)气浮导轨和空气静压导轨142.3.5进给驱动系统1.精密数控系统2.滚珠丝杠副驱动3.液体静压和空气静压丝杠副驱动4.摩擦驱动5.微量进给装置152.3.6在线检测与误差补偿技术保证工件加工精度有两条途径。一条是依靠一定精度的机床来保证，即要求机床的精度高于工件所要求的精度，一般称为“蜕化”原则或“母性”原则。普通工件的加工精度一般都是通过这条途径来保证的。对于精密和超精密加工，由于工件的精度要求极高，而要制造出比工件精度更高的机床，在技术上难度很大，耗资也很大，甚至达到不可能的程度，这就要求人们开辟另一条途径，即在精度比工件要求低的机床上，加工出高精度的工件，利用误差补偿技术，可以实现这个目的，这就是所谓的“进化”原则或“创造性”原则。162.4功率超声车削功率超声加工是指给工具或工件沿一定方向施加功率超声频振动进行振动加工的方法172.4.1功率超声车削装置功率超声车削是在传统的车削过程中给刀具施加功率超声振动而形成的一种新的加工方法。纵向振动功率超声车削方法182.4.2基本原理和特点当刀具振动时，它与工件的接触是断续的。设工件旋转时表面的线速度(即切削速度)为v，刀具振动频率为f，位移振幅为a，则实现功率超声车削的条件为。