超精密机械加工方法与类型探讨张腾飞15114.docx
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超精密机械加工方法与类型探讨张腾飞15114
河南机电高等专科学校
先进制造技术课程论文
论文题目:
超精密机械加工方法与类型探讨
系部:
机械工程系
专业:
起重运输机械设计与制造
班级:
起机121
学生姓名:
张腾飞
学号:
120125114
指导教师:
安林超
2014年10月20日
绪论
1.概述
超精密机械加工是适应现代技术发展的一种机械加工新工艺,综合应用了机械技术发展的新成果及现代电子技术、测量技术和计算机技术中先进的控制、测试手段等,使机械加工的精度得到进一步提高,使加工的极限精度向纳米和亚纳米精度发展。
超精密机械加工的方法很多有切削、磨削等等。
其中超精密切削技术是使用精密的单晶天然金刚石道具加工有色金属和非金属。
超精加工的分类有去除加工、结合加工、变形加工。
2.发展超精密加工的重要性
现代机械制造业之所以要致力于提高加工精度,其主要的原因是:
可提高产品的性能和质量,提高其稳定性和可靠性;促进产品的小型化;增强零件的互换性,提高装配生产率。
第1章
1.1引言
超精密机械加工技术是衡量一个国家先进制造技术水平的重要指标之一,是先进制造技术的基础和关键。
1.2超精密机械加工技术
在目前,在工业发达国家中,一般工厂能稳定掌握的加工精度是1μm。
超精密机械加工技术的指标为精密加工精度为 1—0.1μm,表面粗糙度值为:
Ra0.3-0.03μm; 超精密加工精度为0.1-0.01μ m表面粗糙度值为Ra0.03-0.005μm, 又称亚微米加工;(1微米=0.001mm),纳米加工精度高于 0.03 μ m, 表面粗糙度值小于 Ra 0.005μ m。
超精密机械加工技术提高制造精度后可提高产品的性能和质量,提高其稳定性和可靠性;促进产品的小型化;增强零件的互换性,提高装配生产率,并促进自动化装配。
精密和超精密加工目前包含三个领域:
超精密切削,如超精密金刚石刀具切削,可加工各种镜面、它成功地解决了高精度陀螺仪,激光反射镜和某些大型反射镜的加工。
超精密磨削研磨,例如解决了大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘等的加工。
超精密特种加工,如电子束,离子束加工,美国超大规模集成电路线宽达到0.1μm。
1.3精密机械加工技术
1.3.1 加工精度达到1微米的机械加工方法
精密机械加工是在严格控制的环境条件下,使用精密机床和精密量具和量仪来实现的。
加工精度达到和超过0.1微米称超精密机械加工。
在航空航天工业中,精密机械加工主要用于加工飞行器控制设备中的精密机械零件,如液压和气动伺服机构中的精密配合件、陀螺仪的框架、壳体,气浮、液浮轴承组件和浮子等。
飞行器精密零件的结构复杂、刚度小、要求精度很高,而且难加工材料所占的比重较大。
精密机械加工的工艺效果是:
①零件的几何形状和相互位置精度达到微米或角秒级;②零件的界限或特征尺寸公差在微米以下;③零件表面微观不平度(表面不平度平均高度差)小于0.1微米;④互配件能满足配合力的要求;⑤部分零件还能满足精确的力学或其他物理特性要求,如浮子陀螺仪扭杆的扭转刚度、挠性元件的刚度系数等。
1.3.2精密机械加工主要有精车、精镗、精铣、精磨和研磨等工艺。
(1)精车和精镗:
飞行器大多数精密的轻合金(铝或镁合金等)零件多采用这种方法加工。
一般用天然单晶金刚石刀具,刀刃圆弧半径小于0.1微米。
在高精度车床上加工可获得1微米的精度和平均高度差小于0.2微米的表面不平度,坐标精度可达±2微米。
②精铣:
用于加工形状复杂的铝或铍合金结构件。
依靠机床的导轨和主轴的精度来获得较高的相互位置精度。
使用经仔细研磨的金刚石刀头进行高速铣切可获得精确的镜面。
③精磨:
用于加工轴或孔类零件。
这类零件多数采用淬硬钢,有很高的硬度。
大多数高精度磨床主轴采用静压或动压液体轴承,以保证高稳定度。
磨削的极限精度除受机床主轴和床身刚度的影响外,还与砂轮的选择和平衡、工件中心孔的加工精度等因素有关。
精磨可获得1微米的尺寸精度和0.5微米的不圆度。
④研磨:
利用配合件互研的原理对被加工表面上不规则的凸起部位进行选择加工。
磨粒直径、切削力和切削热均可精确控制,因而是精密加工技术中获得最高精度的加工方法。
飞行器的精密伺服部件中的液压或气动配合件、动压陀螺马达的轴承零件都采用这种方法加工,以达到0.1甚至0.01微米的精度和0.005微米的微观不平度。
1.4铣床
1.4.1基本概述
铣床是一种用途广泛的机床,在铣床上可以加工平面(水平面、垂直面)、沟槽(键槽、T形槽、燕尾槽等)、分齿零件(齿轮、花键轴、链轮乖、螺旋形表面(螺纹、螺旋槽)及各种曲面。
此外,还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等。
铣床在工作时,工件装在工作台上或分度头等附件上,铣刀旋转为主运动,辅以工作台或铣头的进给运动,工件即可获得所需的加工表面。
由于是多刀断续切削,因而铣床的生产率较高。
用铣刀对工件进行铣削加工的机床。
铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外,还能加工比较复杂的型面,效率较刨床高,在机械制造和修理部门得到广泛应用。
1.4.2发展历程
铣床最早是由美国人E.惠特尼于1818年创制的卧式铣床。
为了铣削麻花钻头的螺旋槽,美国人J.R.布朗于1862年创制了第一台万能铣床,是为升降台铣床的雏形。
1884年前后出现了龙门铣床。
20世纪20年代出现了半自动铣床,工作台利用挡块可完成“进给-快速”或“快速-进给”的自动转换。
1950年以后,铣床在控制系统方面发展很快,数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。
尤其是70年代以后,微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用,扩大了铣床的加工范围,提高了加工精度与效率。
随着机械化进程不断加剧,数控编程开始广泛应用与于机床类操作,极大的释放了劳动力。
数控编程铣床将逐步取代现在的人工操作。
对员工要求也会越来越高,当然带来的效率也会越来越高。
1.4.3主要分类
一、按布局形式和适用范围加以区分:
(1)升降台铣床:
有万能式、卧式和立式等,主要用于加工中小型零件,应用最广。
(2)龙门铣床:
包括龙门铣镗床、龙门铣刨床和双柱铣床,均用于加工大型零件。
(3)单柱铣床和单臂铣床:
前者的水平铣头可沿立柱导轨移动,工作台作纵向进给;后者的立铣头可沿悬臂导轨水平移动,悬臂也可沿立柱导轨调整高度。
两者均用于加工大型零件。
(4)工作台不升降铣床:
有矩形工作台式和圆工作台式两种,是介于升降台铣床和龙门铣床之间的一种中等规格的铣床。
其垂直方向的运动由铣头在立柱上升降来完成。
(5)仪表铣床:
一种小型的升降台铣床,用于加工仪器仪表和其他小型零件。
(6)工具铣床:
用于模具和工具制造,配有立铣头、万能角度工作台和插头等多种附件,还可进行钻削、镗削和插削等加工。
(7)其他铣床:
如键槽铣床、凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴颈铣床和方钢锭铣床等,是为加工相应的工件而制造的专用铣床。
按控制方式,铣床又分为仿形铣床(见仿形机床)、程序控制铣床和数字控制铣床(见数字控制机床)
二、按结构分
(1)台式铣床:
小型的用于铣削仪器、仪表等小型零件的铣床。
(2)悬臂式铣床:
铣头装在悬臂上的铣床,床身水平布置,悬臂通常可沿床身一侧立柱导轨作垂直移动,铣头沿悬臂导轨移动。
(3)滑枕式铣床:
主轴装在滑枕上的铣床,床身水平布置,滑枕可沿滑鞍导轨作横向移动,滑鞍可沿立柱导轨作垂直移动。
(4)龙门式铣床:
床身水平布置,其两侧的立柱和连接梁构成门架的铣床。
铣头装在横梁和立柱上,可沿其导轨移动。
通常横梁可沿立柱导轨垂向移动,工作台可沿床身导轨纵向移动,用于大件加工。
(5)平面铣床:
用于铣削平面和成型面的铣床,床身水平布置,通常工作台沿床身导轨纵向移动,主轴可轴向移动。
它结构简单,生产效率高。
(6)仿形铣床:
对工件进行仿形加工的铣床。
一般用于加工复杂形状工件。
(7)升降台铣床:
具有可沿床身导轨垂直移动的升降台的铣床,通常安装在升降台上的工作台和滑鞍可分别作纵向、横向移动。
(8)摇臂铣床:
摇臂装在床身顶部,铣头装在摇臂一端,摇臂可在水平面内回转和移动,铣头能在摇臂的端面上回转一定角度的铣床。
(9)床身式铣床:
工作台不能升降,可沿床身导轨作纵向移动,铣头或立柱可作垂直移动的铣床。
(10)专用铣床:
例如工具铣床:
用于铣削工具模具的铣床,加工精度高,加工形状复杂。
三、按控制方式分
铣床又可分为仿形铣床、程序控制铣床和数控铣床等。
用于铣削加工的、具有一个或多个刀齿的旋转刀具。
工作时各刀齿依次间歇地切去工件的余量。
铣刀主要用于在铣床上加工平面、台阶、沟槽、成形表面和切断工件等。
铣刀按用途区分有多种常用的型式。
①圆柱形铣刀:
用于卧式铣床上加工平面。
刀齿分布在铣刀的圆周上,按齿形分为直齿和螺旋齿两种。
按齿数分粗齿和细齿两种。
螺旋齿粗齿铣刀齿数少,刀齿强度高,容屑空间大,适用于粗加工;细齿铣刀适用于精加工。
②面铣刀:
用于立式铣床、端面铣床或、龙门铣床、上加工平面,端面和圆周上均有刀齿,也有粗齿和细齿之分。
其结构有整体式、镶齿式和可转位式3种。
③立铣刀:
用于加工沟槽和台阶面等,刀齿在圆周和端面上,工作时不能沿轴向进给。
当立铣刀上有通过中心的端齿时,可轴向进给。
④三面刃铣刀:
用于加工各种沟槽和台阶面,其两侧面和圆周上均有刀齿。
⑤角度铣刀:
用于铣削成一定角度的沟槽,有单角和双角铣刀两种。
⑥锯片铣刀:
用于加工深槽和切断工件,其圆周上有较多的刀齿。
为了减少铣切时的摩擦,刀齿两侧有15’~1°的副偏角。
此外,还有键槽铣刀 燕尾槽铣刀 T形槽铣刀和各种成形铣刀等。
铣刀的结构分为4种。
①整体式:
刀体和刀齿制成一体。
②整体焊齿式:
刀齿用硬质合金或其他耐磨刀具材料制成,并钎焊在刀体上。
③镶齿式:
刀齿用机械夹固的方法紧固在刀体上。
这种可换的刀齿可以是整体刀具材料的刀头,也可以是焊接刀具材料的刀头。
刀头装在刀体上刃磨的铣刀称为体内刃磨式;刀头在夹具上单独刃磨的称为体外刃磨式。
④可转位式:
这种结构已广泛用于面铣刀、立铣刀和三面刃铣刀等。
1.4.4主要功能
各种类型数控铣床所配置的数控系统虽然各有不同,但各种数控系统的功能,除一些特殊功能不尽相同外,其主要功能基本相同。
1、点位控制功能
此功能可以实现对相互位置精度要求很高的孔系加工。
2、连续轮廓控制功能
此功能可以实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。
3、刀具半径补偿功能
此功能可以根据零件图样的标注尺寸来编程,而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸,从而减少编程时的复杂数值计算。
4、刀具长度补偿功能
此功能可以自动补偿刀具的长短,以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。
5、比例及镜像加工功能
比例功能可将编好的加工程序按指定比例改变坐标值来执行。
镜像加工又称轴对称加工,如果一个零件的形状关于坐标轴对称,那么只要编出一个或两个象限的程序,而其余象限的轮廓就可以通过镜像加工来实现。
6、旋转功能
该功能可将编好的加工程序在加工平面内旋转任意角度来执行。
7、子程序调用功能
有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状,将这一轮廓形状的加工程序作为子程序,在需要的位置上重复调用,就可以完成对该零件的加工。
8、宏程序功能
该功能可用一个总指令代表实现某一功能的一系列指令,并能对变量进行运算,使程序更具灵活性和方便性。
1.4.5安全规则
1:
装卸工件,必须移开刀具,切削中头、手不得接近铣削面。
2:
使用旭正铣床对刀时,必须慢进或手摇进,不许快进,走刀时,不准停车。
3:
快速进退刀时注意旭正铣床手柄是否会打人。
4:
进刀不许过快,不准突然变速,旭正铣床限位挡块应调好。
5:
上下及测量工件、调整刀具、紧固变速,均必须停止旭正铣床。
6:
拆装立铣刀,工作台面应垫木板,拆平铣刀扳螺母,用力不得过猛。
7:
严禁手摸或用棉纱擦转动部位及刀具,禁止用手去托刀盘。
1.46维修保养
铣床例保作业范围
1、床身及部件的清洁工作,清扫铁屑及周边环境卫生;
2、检查各油平面,不得低于油标以下,加注各部位润滑油;
3、清洁工、夹、量具。
铣床一保作业范围
1、清洗调整工作台、丝杆手柄及柱上镶条;
2、检查、调整离合器;
3、清洗三向导轨及油毛毡,电动机、机床内外部及附件清洁;
4、检查油路,加注各部润滑油;
5、紧固各部螺丝。
铣床例保作业范围
1、床身及部件的清洁工作,清扫铁屑及周边环境卫生,清洁工、夹、量具;
2、检查各油平面,不得低于油标以下,加注各部位润滑油。
铣床周末保养作业范围
一、清洁
1、拆卸清洗各部油毛毡垫;
2、擦拭各滑动面和导轨面、擦拭工作台及横向、升降丝杆、擦拭走刀传动机构及刀架;
3、擦拭各部死角。
二、润滑
1、各油孔清洁畅通并加注润滑油;
2、各导轨面和滑动面及各丝杆加注润滑油;
3、检查传动机构油箱体、油面、并加油至标高位置。
三、扭紧
1、检查并紧固压板及镶条螺丝;
2、检查并扭紧滑块固定螺丝、走刀传动机构、手轮、工作台支架螺丝、叉顶丝;
3、检查扭紧其它部份松动螺丝。
四、调整
1、检查和调整皮带、压板及镶条松紧适宜;
2、检查和调整滑块及丝杆合令。
五、防腐
1、除去各部锈蚀,保护喷漆面,勿碰撞;
2、停用、备用设备导轨面、滑动丝杆手轮及其它暴露在外易生锈的部位涂油防腐。
1.5小结
普通铣床数控化改造,实质就是在普通铣床上增加微机控制装置,使其具有一定的自动化能力,以实现预定的加工工艺目标。
其目的是使原机床具有一定的柔性,提高生产效率和质量,解决复杂零件的加工问题。
用单片机扩展系统将普通铣床改造为经济型铣床,简便易行,能保证零件的加工精度,对复杂零件尤其是对弧面和凸面的加工效果显著。
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