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广东建德磨床超精密加工技术概述

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广东建德磨床超精密加工技术概述

超精密加工目前就其质来说是要实现以现有普通精密加工手段还达不到的高精度加工,就其量来说是要加工出亚微米乃至毫微米级的形状与尺寸赖皮并获得纳米级的表面粗糙度,但究竟多少精度值才算得上超精密加工一段要视零件大小、复杂程度以及是否容易变形等因素而定。

超精密加工主要包括超精密切削(车、铣) 超精密磨削、超精密研磨(机械研磨、机械化学研磨、研抛、非接触式浮动研磨、弹性发射加工等)以及超精密特种加工(电子束、离子束以及激光束加工等)。上述各种方法均能加工出普通精密加工所达不到的尺寸精度、形状精度和表面质量。每种超精密加工方法都是针对不同零件的要求而选择的。

一、超精密切削加工超精密切削加工的特点是采用金刚石刀具。金刚石刀具与有色金属亲和力小,其硬度、耐磨性以及导热性都非常优越,且能刃磨得非常锋利(刃口圆弧半径可小于 ρ0.01 μm,实际应用一般ρ0,05 μm) 可加工出优于Ra0.01 μm的表面粗糙度。此外,超精密切削加工还采用了高精度的基础元部件(如空气轴承、气浮导轨等)、高精度的定位检测元件(如光栅、激光检测系统等)以及高分辨率的微量进给机构。机床本身采取恒温、防振以及隔振等措施,还要有防止污染工件的装置。机床必须安装在洁净室内。进行超精密切削加工的零件材料必须质地均匀,没有缺陷。在这种情况下加工无氧铜,表面粗糙度可达到Ba0.005μm,加工φ800mm的非球面透镜,形状精度可达0.2/μm。超精密加工技术在航空航天、光学及民用等领域的应用十分广泛并向更高精度等方向发展。

二、超精密研磨超精密研磨包括机械研磨、化学机械研磨、浮动研磨、弹性发射加工以及磁力研磨等加工方法。超精密研磨加工出的球面不球度达0.025ttm,表面粗糙度达 RaO.003μm。利用弹性发射加工可加工出无变质层的镜面,粗糙度可达5A。最高精度的超精密研磨可加工出平面度为λ/200的零件。超精密研磨的的关键条件是几乎无振动的研磨运动、精密的温度控制、洁净的环境以及细小而均匀的研磨剂。此外高精度检测方法也比不可少。

三、超精密磨削超精密磨削技术是在一般精密磨削基础上发展起来的。超精密磨削不仅要提供镜面级的表面粗糙度,还要保证获得精确的几何形状和尺寸。为此,除要考虑各种工艺因素外,还必须有高精度、高刚度以及高阻尼特征的基准部件,消除各种动态误差的影响,并采取高精度检测手段和补偿手段。

目前超精密磨削的加工对象主要是玻璃、陶瓷等硬脆材料,磨削加工的目标是范成3—5nm的平滑表面,也就是通过磨削加工而不需抛光即可达到要求的表面粗糙度。作为纳米级磨削加工,要求机床具有高精度及高刚度,脆性材料可进行可延性磨削(Ductile Grinding)。纳米磨削技术对燃气涡轮发动机,特别是对要求高疲劳强度材料(如飞机的喷气发动机涡轮用的陶瓷材料)的加工,是重要而有效的加工技术。

此外,砂轮的修整技术也相当关键。尽管磨削比研磨更能有效地去除物质,但在磨削玻璃或陶瓷时很难获得镜面,主要是由于砂轮粒度太细时,砂轮表面容易被切屑堵塞。日本理化学研究所学者大森整博士发明的电解在线修整(ELID)铸铁纤维结合剂(CIFB)砂轮技术可以很好地解决这个问题。

当前的超精密磨削技术能加工出0.0 1μm圆度, O.1μm尺寸精度和Ra0.005μm粗糙度的圆柱形零件,平面超精密磨削能加工出0.03μm/100mm的平面。

非球面曲面超精密加工技术

概述非球面光学零件是一种非常重要的光学零件,最常用的有抛物面镜、双曲面镜、椭球面镜等。非球面光学零件具有球面光学零件所无可比拟的良好的成象质量。应用在光学系统中能够很好的矫正多种象差,改善仪器成象质量,提高仪器鉴别能力,增大作用距,它能以一个或几个少量的非球面零件代替较多的球面零件,从而简化仪器结构,降低成本,并有效的减轻仪器重量,在航空、航天等领域,由于近年来非球面雷达天线、非球面透镜、反射镜的应用,使产品的性能得到了极大提高。卫星中的先进的光学望远系统、高分辨串的电视摄像系统、高灵敏度的红外传感系统等,其光学系统中都离不开非球面透镜。惯导器件的关键部件激光陀螺中由于采用了非球面反射镜,不仅大大缩小了体积,更重要的是大大提高了控制精度以及控制稳定性。红外抛物面反射镜是红外探测系统中的关键元件,其加工精度对导弹引爆距离的一致性影响很大。在民用方面激光核聚变可以提供长期的、清洁的、经济的能源,生产廉价的核燃料。其中关键部件之一的激光核聚变反射镜即为一非球面反射镜,采用非球面反射镜替代成组透镜,主要减少了反射次数,减小了功率损失。空间探测用的哈勃宇宙望远镜中直径2.4ln,重达卯OK8的大型

非球面反射镜采用了磨削、抛光加工,形状精度可达O.01LLm。

非球面光学零件在民用光电产品上的应用更为广泛,其范围涉及到摄影镜头和取景器、电视摄像管、变焦镜头、电影放影镜头、卫星红外望远镜、录象机镜头、录象和录音光盘读出头、条形码读出头、光钎通信的光钎接头、医疗仪器等等。

从上述的论述中我们可以看到无论在机载设备、卫星、惯性制导及惯性导航系统、激光制导系统、红外探测系统、激光核聚变等方面都离不开非球面零件,所以尽快提高我国非球面曲面的超精密加工技术成了当务之急,这有利于提高我国的航空、航天、武器系统等国防工业的水平。