超精密数控加工中心的加工工艺的研究(附件)
本文简单的介绍了超精密加工技术的分类与现实意义，主要运用所学知识与实践结合对零件图进行工艺分析、制定工艺路线、确定工艺方案，包括机床的确定与熟悉、基准的选择、确定装夹方式、刀具的介绍与选择、切削用量及切削液的选择，深入了解并体验零件从毛坯一步一步到成品的全工艺过程，加工完成后零件也达到了加工要求。且编写论文过程中多次编制加工工艺卡，尝试多种工艺，深刻的体会到不同的工艺最终经爱过效果会存在很大的差异，一个好的工艺就是实现低损耗，低成本，高效率最好的途径。关键词 超精密加工技术，加工工艺，工艺卡目 录
1 引言1
1.1超精密加工技术的种类1
1.2 超精密技术的现实意义2
2 零件图纸的工艺分析3
2.1零件图分析4
2.2毛坯、余量分析6
3 加工准备及工艺路线的确定7
3.1机床及工艺装备的选择7
3.2基准的选择10
3.3切削用量及切削液的选择11
3.4确定工艺路线15
3.5确定进给路线16
3.6数控加工工序卡17
结论28
致谢29
参考文献30
1 引言
超精密加工是指亚微米级(尺寸误差为0.3～0.03μm，表面粗糙度为Ra0.03～0.005μm)和纳米级(精度误差为0.03μm，表面粗糙度小于 Ra0.005μm) 精度的加工。完成这些加工所使用的工艺措施与技术措施，便叫做超精加工技术。加上测量技术、环境保障和材料等问题，人们总称这种技术为超精工程。超精密加工主要包括三个领域：超精密切削加工，例金刚石刀具的超精密切削，可以加工多种镜面。这已顺利地完成了用在激光的核聚变系统和天体望远镜大型抛物镜面的加工。 超精密磨削与超精密研磨加工，例如高密度硬电板涂层的表面加工和大规模集成电路基片的加工。超精密特种加工，如大规模集成电路芯片上面的图案是使用电子束、离子束刻蚀的方式加工，线宽可致0.1微米。例如使用扫描隧道电的子显微镜(STM)加工，线宽可以到达2～5纳米[1]。
1.1 超精密加工技术 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
密切削，可以加工多种镜面。这已顺利地完成了用在激光的核聚变系统和天体望远镜大型抛物镜面的加工。 超精密磨削与超精密研磨加工，例如高密度硬电板涂层的表面加工和大规模集成电路基片的加工。超精密特种加工，如大规模集成电路芯片上面的图案是使用电子束、离子束刻蚀的方式加工，线宽可致0.1微米。例如使用扫描隧道电的子显微镜(STM)加工，线宽可以到达2～5纳米[1]。
1.1 超精密加工技术的种类
1） 超精密切削
超精密切削是以SPDT技术作为开始，该技术是以空气轴承主轴、高刚性、气动滑板、高精度工具、环境温度控制和反馈控制为基础，可以得到纳米级表面粗糙度。大多采用的是金刚石刀具的铣削，大量使用在铜的平面与非球面光学元器件、有机玻璃、塑料制品(例如摄像机的镜片塑料、投影仪的镜片等)、陶瓷以及多种复合材料的加工等[2]。其将来的发展趋势是通过镀膜技术来优化金刚石刀具在加工硬化钢材方面的磨耗。另外，MEMS组件等一些微小零件的加工过程需要使用到微小刀具，到目前为止微小刀具的尺寸大约可以达到50～100 微米，但是如果所加工的几何特征处在亚微米级甚至是纳米级，刀具直径那就必然要再缩小，它的发展趋势是使用纳米材料像用纳米型碳管来制作超小刀径的车刀或者铣刀。
2） 超精密磨削
超精密磨削是基于一般精密磨削发展而来的一种新的镜面磨削方法,他技术的关键是金刚石砂轮的整修,使砂轮磨粒具备等高性和微刃性。超精密磨削加工的对象主要是针对脆硬金属材料、陶瓷、玻璃、半导体材料等[3]。磨削过后,被加工的表面会留有大量极其细微的磨削痕迹,残留的高度极其的小,再加上微刃的滑挤、抛光、摩擦作用,便能够得到低表面粗糙度和高精度的加工表面，到目前为止超精密磨削能够加工出的圆柱形零件的圆度为0.01μm、尺寸精度为0.1μm，表面粗糙度为Ra0.005μm。
3）超精密研磨
超精密研磨包括化学机械研磨、机械研磨、浮动研磨、磁力研磨以及弹性发射加工等加工方法。其研磨的关键条件是研磨运动过程几乎无振动、温度控制的精密性、环境的洁净以及研磨剂要细小而均匀[4]。超精密研磨加工出的球面度可以达到0.025μm,表面粗糙度Ra可以达到0.003μm。
4） 超精密特种加工
超精密特种加工主要包括离子束加工、激光束加工、精细电解加工、微细电火花加工、电子束加工及超声电解加工、超声电火花、电解研磨、超声电解研磨等复合加工。电子束、激光加工能够完成精密切割、成形切割、刻蚀、打孔、光刻、曝光、加工激光防伪标志；离子束加工能够完成分子、原子级的切削加工；使用微细放电加工可能够完成金属材料的极微细去除,可以加工微细孔、轴、窄缝曲面以及平面；精细电解加工能够完成纳米级精度,并且表面没有加工应力生成,常被用在镜面减薄、镜面抛光以及一些无应力加工场合[5]。
1.2 超精密加工技术的意义
<1> 精密超精密加工技术可促进现代基础科学和应用基础科学的发展
太赫兹技术在航空领域的重要应用太赫兹雷达隐形飞机,可用于检测、光束控制元素是太赫兹探测系统的一个重要特性,主要的镜头使用硅基材料,远红外线传输反射组件表面形状是抛物线,椭圆体,离轴非球面的,通知使用铝金属基材表面。我国正研的主反射元件尺寸已有φ300mm、φ800mm、φ1000mm等，表面形状精度要求微米级,表面质量为镜子,要求质量精密零件具有良好的稳定性。我们中期发展的太赫兹系统提出了φ4 ~ 5米的主镜,远期主镜直径将达30米以上,太赫兹光束控制系统主要反映组件表面形状将采用主动控制飞机,离轴非球面形状的拼接等[6]。基于上述需求,需要大型单点金刚石超精密车削设备,复杂曲面的超精密加工技术、高精度三坐标测量技术的大型复杂曲面和其他支持。
<2> 精密超精密加工技术是现代高新技术产业发展的基础
国家高度重视交通、能源、信息、生物医药等高新技术产业的发展,但这些行业国内还没有掌握核心技术、关键设备或组件仍然依靠进口。抗疲劳制造技术在国内的研究开始于工件的疲劳强度和疲劳寿命的标准,这是一个精密超精密加工技术的核心技术,可以改善表面质量,提高表面的应力状态,提高零部件的疲劳寿命,这不仅需要超精密加工设备和技术,但也需要研究材料的疲劳寿命和组件的精密测试设备[7]。
<3> 精密超精密加工技术是现代高技术战争的重要技术支撑
超精密加工技术具有重要影响国防武器装备的发展,掌握超精密加工技术和相应的生产能力是行业参与现代国防科学技术和国防武器装备领域的尖端技术的必要手段,在1990年代初,美国将其作为关键技术的21项防御。
发动机喷嘴部分(如螺旋溜槽,微小的孔隙特征)的精密机械加工和测试技术,发动机叶片表面和边缘的进气和排气的精密机械加工和测试技术,整个红丝发展精密机械加工和测试技术等飞机引擎组件的过程和测试提供了可靠的保证,促进了航空发动机性能的提升。
超精密加工技术使导弹精度和质量的关键部件的飞跃,从而大大提高导弹射击。如导弹顶盖从球面到适应复杂形状的空气动力学形状发展,红外材料的蓝宝石和钻石的发展,这也对超精密加工设备和超精密加工技术提出了新的要求[8]。
<4> 精密超精密加工技术是衡量一个国家制造水平高低的重要标志
超精密加工、纳米制造技术体现了一个国家制造业综的合实力。纳米加工效率高,可靠性好,成本低,被认为是最有发展潜力的纳米精度制造方法,但由于除材料在纳米尺度上,传统的加工理论不再适用,完全发展受到一定的限制。近年来,中国科技工作者不断努力后取得了很大的进步[9]。最高的学术组织,2013年,国际生产领域的制造工程科学院(CIRP)发布
1 引言1
1.1超精密加工技术的种类1
1.2 超精密技术的现实意义2
2 零件图纸的工艺分析3
2.1零件图分析4
2.2毛坯、余量分析6
3 加工准备及工艺路线的确定7
3.1机床及工艺装备的选择7
3.2基准的选择10
3.3切削用量及切削液的选择11
3.4确定工艺路线15
3.5确定进给路线16
3.6数控加工工序卡17
结论28
致谢29
参考文献30
1 引言
超精密加工是指亚微米级(尺寸误差为0.3～0.03μm，表面粗糙度为Ra0.03～0.005μm)和纳米级(精度误差为0.03μm，表面粗糙度小于 Ra0.005μm) 精度的加工。完成这些加工所使用的工艺措施与技术措施，便叫做超精加工技术。加上测量技术、环境保障和材料等问题，人们总称这种技术为超精工程。超精密加工主要包括三个领域：超精密切削加工，例金刚石刀具的超精密切削，可以加工多种镜面。这已顺利地完成了用在激光的核聚变系统和天体望远镜大型抛物镜面的加工。 超精密磨削与超精密研磨加工，例如高密度硬电板涂层的表面加工和大规模集成电路基片的加工。超精密特种加工，如大规模集成电路芯片上面的图案是使用电子束、离子束刻蚀的方式加工，线宽可致0.1微米。例如使用扫描隧道电的子显微镜(STM)加工，线宽可以到达2～5纳米[1]。
1.1 超精密加工技术 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
密切削，可以加工多种镜面。这已顺利地完成了用在激光的核聚变系统和天体望远镜大型抛物镜面的加工。 超精密磨削与超精密研磨加工，例如高密度硬电板涂层的表面加工和大规模集成电路基片的加工。超精密特种加工，如大规模集成电路芯片上面的图案是使用电子束、离子束刻蚀的方式加工，线宽可致0.1微米。例如使用扫描隧道电的子显微镜(STM)加工，线宽可以到达2～5纳米[1]。
1.1 超精密加工技术的种类
1） 超精密切削
超精密切削是以SPDT技术作为开始，该技术是以空气轴承主轴、高刚性、气动滑板、高精度工具、环境温度控制和反馈控制为基础，可以得到纳米级表面粗糙度。大多采用的是金刚石刀具的铣削，大量使用在铜的平面与非球面光学元器件、有机玻璃、塑料制品(例如摄像机的镜片塑料、投影仪的镜片等)、陶瓷以及多种复合材料的加工等[2]。其将来的发展趋势是通过镀膜技术来优化金刚石刀具在加工硬化钢材方面的磨耗。另外，MEMS组件等一些微小零件的加工过程需要使用到微小刀具，到目前为止微小刀具的尺寸大约可以达到50～100 微米，但是如果所加工的几何特征处在亚微米级甚至是纳米级，刀具直径那就必然要再缩小，它的发展趋势是使用纳米材料像用纳米型碳管来制作超小刀径的车刀或者铣刀。
2） 超精密磨削
超精密磨削是基于一般精密磨削发展而来的一种新的镜面磨削方法,他技术的关键是金刚石砂轮的整修,使砂轮磨粒具备等高性和微刃性。超精密磨削加工的对象主要是针对脆硬金属材料、陶瓷、玻璃、半导体材料等[3]。磨削过后,被加工的表面会留有大量极其细微的磨削痕迹,残留的高度极其的小,再加上微刃的滑挤、抛光、摩擦作用,便能够得到低表面粗糙度和高精度的加工表面，到目前为止超精密磨削能够加工出的圆柱形零件的圆度为0.01μm、尺寸精度为0.1μm，表面粗糙度为Ra0.005μm。
3）超精密研磨
超精密研磨包括化学机械研磨、机械研磨、浮动研磨、磁力研磨以及弹性发射加工等加工方法。其研磨的关键条件是研磨运动过程几乎无振动、温度控制的精密性、环境的洁净以及研磨剂要细小而均匀[4]。超精密研磨加工出的球面度可以达到0.025μm,表面粗糙度Ra可以达到0.003μm。
4） 超精密特种加工
超精密特种加工主要包括离子束加工、激光束加工、精细电解加工、微细电火花加工、电子束加工及超声电解加工、超声电火花、电解研磨、超声电解研磨等复合加工。电子束、激光加工能够完成精密切割、成形切割、刻蚀、打孔、光刻、曝光、加工激光防伪标志；离子束加工能够完成分子、原子级的切削加工；使用微细放电加工可能够完成金属材料的极微细去除,可以加工微细孔、轴、窄缝曲面以及平面；精细电解加工能够完成纳米级精度,并且表面没有加工应力生成,常被用在镜面减薄、镜面抛光以及一些无应力加工场合[5]。
1.2 超精密加工技术的意义
<1> 精密超精密加工技术可促进现代基础科学和应用基础科学的发展
太赫兹技术在航空领域的重要应用太赫兹雷达隐形飞机,可用于检测、光束控制元素是太赫兹探测系统的一个重要特性,主要的镜头使用硅基材料,远红外线传输反射组件表面形状是抛物线,椭圆体,离轴非球面的,通知使用铝金属基材表面。我国正研的主反射元件尺寸已有φ300mm、φ800mm、φ1000mm等，表面形状精度要求微米级,表面质量为镜子,要求质量精密零件具有良好的稳定性。我们中期发展的太赫兹系统提出了φ4 ~ 5米的主镜,远期主镜直径将达30米以上,太赫兹光束控制系统主要反映组件表面形状将采用主动控制飞机,离轴非球面形状的拼接等[6]。基于上述需求,需要大型单点金刚石超精密车削设备,复杂曲面的超精密加工技术、高精度三坐标测量技术的大型复杂曲面和其他支持。
<2> 精密超精密加工技术是现代高新技术产业发展的基础
国家高度重视交通、能源、信息、生物医药等高新技术产业的发展,但这些行业国内还没有掌握核心技术、关键设备或组件仍然依靠进口。抗疲劳制造技术在国内的研究开始于工件的疲劳强度和疲劳寿命的标准,这是一个精密超精密加工技术的核心技术,可以改善表面质量,提高表面的应力状态,提高零部件的疲劳寿命,这不仅需要超精密加工设备和技术,但也需要研究材料的疲劳寿命和组件的精密测试设备[7]。
<3> 精密超精密加工技术是现代高技术战争的重要技术支撑
超精密加工技术具有重要影响国防武器装备的发展,掌握超精密加工技术和相应的生产能力是行业参与现代国防科学技术和国防武器装备领域的尖端技术的必要手段,在1990年代初,美国将其作为关键技术的21项防御。
发动机喷嘴部分(如螺旋溜槽,微小的孔隙特征)的精密机械加工和测试技术,发动机叶片表面和边缘的进气和排气的精密机械加工和测试技术,整个红丝发展精密机械加工和测试技术等飞机引擎组件的过程和测试提供了可靠的保证,促进了航空发动机性能的提升。
超精密加工技术使导弹精度和质量的关键部件的飞跃,从而大大提高导弹射击。如导弹顶盖从球面到适应复杂形状的空气动力学形状发展,红外材料的蓝宝石和钻石的发展,这也对超精密加工设备和超精密加工技术提出了新的要求[8]。
<4> 精密超精密加工技术是衡量一个国家制造水平高低的重要标志
超精密加工、纳米制造技术体现了一个国家制造业综的合实力。纳米加工效率高,可靠性好,成本低,被认为是最有发展潜力的纳米精度制造方法,但由于除材料在纳米尺度上,传统的加工理论不再适用,完全发展受到一定的限制。近年来,中国科技工作者不断努力后取得了很大的进步[9]。最高的学术组织,2013年,国际生产领域的制造工程科学院(CIRP)发布
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