先進(jìn)制造技術(shù)§8-1精密加工技術(shù)一、概述1.超精密加工的內(nèi)涵精密和超精密加工只是一個(gè)相對(duì)的概念，其界限隨時(shí)間的推移而不斷變化?！?-1精密加工技術(shù)2.超精密加工涉及的技術(shù)范圍（1）超精密加工機(jī)理：超精密加工是從被加工表面去除一層微量的表面層，包括超精密切削、超精密磨削和超精密特種加工等。（2）超精密加工刀具、磨具及其制備技術(shù)：超精密加工刀具的制備與刃磨、超硬砂輪的修整等是超精密加工的重要關(guān)鍵技術(shù)。（3）超精密加工機(jī)床設(shè)備：超精密加工對(duì)機(jī)床設(shè)備有高精度、高剛度、高抗振性、高穩(wěn)定性和高自動(dòng)化的要求，且應(yīng)具有微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)。（4）精密測量及補(bǔ)償技術(shù)：超精密加工必須有相應(yīng)級(jí)別的測量技術(shù)和測量裝置，具有在線測量和誤差補(bǔ)償功能?！?-1精密加工技術(shù)（5）嚴(yán)格的工作環(huán)境：超精密加工必須在超穩(wěn)定的工作環(huán)境下進(jìn)行，加工環(huán)境極微小的變化都有可能影響加工精度。因此，超精密加工必須具備各種物理效應(yīng)恒定的工作環(huán)境，如恒溫、凈化、防振和隔振等。超精密切削加工主要是指采用金剛石刀具對(duì)銅、鋁等非鐵金屬及其合金以及光學(xué)玻璃、大理石和碳素纖維等非金屬材料的精密切削加工。超精密磨削的關(guān)鍵在于砂輪的選擇、砂輪的修整和高精度的磨削機(jī)床。二、超精密切削加工三、超精密磨削加工§8-1精密加工技術(shù)在超精密磨削加工中，所使用的砂輪材料多為金剛石和立方氮化硼（CBN）磨料。砂輪修整通常包括修形和修銳兩個(gè)過程。修形是使砂輪達(dá)到一定精度要求的幾何形狀，而修銳是去除磨粒間的結(jié)合劑，使磨粒突出結(jié)合劑一定的高度，形成足夠的切削刃和容屑空間。金剛石砂輪的磨削速度一般為12～30m/s。CBN砂輪的磨削速度可比金剛石砂輪高得多，達(dá)80～100m/s。1.超精密磨削砂輪2.超精密磨削砂輪的修整3.磨削速度和磨削液§8-1精密加工技術(shù)超精密加工機(jī)床的精度質(zhì)量主要取決于機(jī)床的主軸部件、床身和導(dǎo)軌以及驅(qū)動(dòng)部件等關(guān)鍵部件。主軸要求達(dá)到極高的回轉(zhuǎn)精度，其關(guān)鍵在于所用的精密軸承。目前，超精密機(jī)床主軸廣泛采用的是液體靜壓軸承和空氣靜壓軸承。超精密加工機(jī)床床身多采用人造花崗巖材料。。液體靜壓導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌四、超精密加工機(jī)床與設(shè)備1.精密主軸部件2.床身和精密導(dǎo)軌§8-1精密加工技術(shù)高精度微量進(jìn)給裝置是超精密加工機(jī)床的一個(gè)關(guān)鍵部件，它對(duì)實(shí)現(xiàn)超薄切削、高精度尺寸加工和實(shí)現(xiàn)在線誤差補(bǔ)償有著十分重要的作用。3.微量進(jìn)給裝置§8-1精密加工技術(shù)空氣中的塵埃和微粒對(duì)精密和超精密加工精度影響很大。五、超精密加工支持環(huán)境1.凈化的空氣環(huán)境2.恒定的溫度環(huán)境嚴(yán)格控制的恒溫環(huán)境是精密和超精密加工的重要條件之一。3.較好的抗振動(dòng)干擾環(huán)境超精密加工對(duì)振動(dòng)環(huán)境的要求很高，這是因?yàn)楣に囅到y(tǒng)內(nèi)部和外部的振動(dòng)干擾會(huì)使加工和被加工物體之間產(chǎn)生多余的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而無法達(dá)到需要的加工精度和表面質(zhì)量。例如，在精密磨削時(shí)，只有將磨削振幅控制在1～2μm之間，才能獲得Ra0.01μm以下的表面粗糙度值。§8-2高速加工技術(shù)

1931年，德國薩洛蒙（Salomon）博士提出的著名高速切削理論認(rèn)為：一定的工件材料對(duì)應(yīng)有一個(gè)臨界切削速度，在該切削速度下其切削溫度最高。隨著切削速度的增大，切削溫度也不斷升高，當(dāng)切削速度達(dá)到臨界速度之后，切削溫度將不再繼續(xù)升高，反而隨著切削速度的增大而降低。一、高速加工的概念§8-2高速加工技術(shù)§8-2高速加工技術(shù)1.切削力低高速加工的切削特征：2.熱變形小3.材料切除率高4.提高加工質(zhì)量5.簡化工藝流程二、高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)1.高速主軸單元高速加工機(jī)床主軸的理想結(jié)構(gòu)是采用“電主軸”單元結(jié)構(gòu)。§8-2高速加工技術(shù)2.快速進(jìn)給系統(tǒng)高速切削機(jī)床多采用龍門式立柱型對(duì)稱結(jié)構(gòu)及箱中箱結(jié)構(gòu)直線電動(dòng)機(jī)3.先進(jìn)的機(jī)床結(jié)構(gòu)§8-2高速加工技術(shù)4.高速切削刀具目前，高速切削機(jī)床的CNC控制系統(tǒng)多采用64位CPU系統(tǒng)，配置功能強(qiáng)大的計(jì)算處理軟件，具有加速預(yù)插補(bǔ)、前饋控制、精確適量補(bǔ)償和最佳拐角減速控制等功能，有極高的運(yùn)動(dòng)軌跡控制精度以及優(yōu)異的動(dòng)力學(xué)特征，保證了高速、高進(jìn)給速度的切削加工要求。5.高性能CNC控制系統(tǒng)

高速切削通常采用的刀具有硬質(zhì)合金涂層刀具、陶瓷刀具、聚晶金剛石刀具、立方氮化硼刀具。為了保證高速旋轉(zhuǎn)刀柄的接觸剛度，一種新型雙定位刀柄已在高速切削機(jī)床上得到應(yīng)用?！?-3增材制造一、增材制造技術(shù)的基本原理增材制造（AdditiveManufacturing，AM）技術(shù)是一種基于“分層制造、逐層疊加”的離散分層制造原理發(fā)展起來的先進(jìn)制造技術(shù)，通常也被稱為“3D打印”?！?-3增材制造設(shè)計(jì)人員可以應(yīng)用各種三維CAD軟件（如Solidworks、UG、Pro/E、3Dmax等），將設(shè)計(jì)對(duì)象構(gòu)建成三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型；或通過三坐標(biāo)測量儀、激光掃描儀、三維實(shí)體影像等手段對(duì)三維實(shí)體進(jìn)行反求，獲取實(shí)體的三維數(shù)據(jù)，以此建立實(shí)體的CAD模型。1.建立三維實(shí)體模型2.生成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換文件將所建立的CAD三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為能夠被增材制造系統(tǒng)所接受的數(shù)據(jù)格式文件，如STL、IGES等。3.分層切片分層切片處理是將CAD三維實(shí)體模型沿給定的方向切成一層層二維薄片§8-3增材制造增材制造系統(tǒng)根據(jù)切片的輪廓和厚度要求，用粉材、絲材、片材等完成每一切片成型，通過一片片堆積，最終完成三維實(shí)體的成型制造。4.逐層堆積成型5.成型實(shí)體的后處理實(shí)體成型后，需去除一些不必要的支撐結(jié)構(gòu)或粉末材料，再根據(jù)要求進(jìn)行固化、修補(bǔ)、打磨、表面強(qiáng)化以及涂覆等后處理工序。二、增材制造技術(shù)的應(yīng)用增材制造技術(shù)已被應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，并且發(fā)揮著越來越重要的作用?！?-3增材制造1.在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用3D打印的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵§8-3增材制造2.在汽車零件制造領(lǐng)域的應(yīng)用3D打印的汽車§8-3增材制造3.在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用3D打印的牙齒§8-3增材制造4.在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用3D打印的房子§8-3增材制造5.在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)代化軍事的特點(diǎn)不僅僅是機(jī)械化、信息化，還要有快速的機(jī)械