§12—3增材制造技術(shù)31§12—1超精密加工技術(shù)2§12—2高速加工技術(shù)§12—1超精密加工技術(shù)一、概述1.超精密加工的內(nèi)涵

§12—1超精密加工技術(shù)2.超精密加工所涉及的技術(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（2）超精密加工刀具、磨具及其制備技術(shù)包括金剛石刀具的制備與刃磨、超硬砂輪的修整

§12—1超精密加工技術(shù)（3）超精密加工機(jī)床設(shè)備超精密加工對機(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（5）嚴(yán)格的工作環(huán)境

超精密加工必須具備各種物料效應(yīng)恒定的工作環(huán)境，如恒溫、凈化、防振和隔振

§12—1超精密加工技術(shù)二、超精密切削加工采用金剛石刀具進(jìn)行超精密車削，適用于銅、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

§12—1超精密加工技術(shù)（4）耐磨性能好，切削刃強(qiáng)度高。刀具磨損極慢，刀具壽命極高（2）能磨出極其鋒利的刃口，且切削刃沒有缺口、崩刃等現(xiàn)象（3）熱化學(xué)性能優(yōu)越、導(dǎo)熱性能好，與有色金屬間的摩擦因數(shù)低、親和力小金剛石刀具的性能特征（1）具有極高的硬度，硬度達(dá)到6000～10000HV

§12—1超精密加工技術(shù)三、超精密磨削加工加工精度達(dá)到或高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm

§12—1超精密加工技術(shù)2．超精密磨削砂輪的修整修形：使砂輪達(dá)到一定精度要求的幾何形狀修銳：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1．超精密磨削砂輪砂輪材料多為金剛石和立方氮化硼（CBN）磨料

§12—1超精密加工技術(shù)3．磨削速度和磨削液金剛石砂輪的磨削速度為12～30m/s，熱穩(wěn)定性為700～800℃立方氮化硼砂輪的磨削速度可達(dá)80～100m/s磨削液除了具有潤滑、冷卻、清洗功能之外，還具有滲透性、防銹、提高切削性等功能金剛石砂輪磨削硬質(zhì)合金時，普遍采用煤油；CBN砂輪磨削時宜采用油性液

§12—1超精密加工技術(shù)四、超精密加工機(jī)床與設(shè)備1．精密主軸部件超精密加工機(jī)床的主軸要求達(dá)到極高的回轉(zhuǎn)精度，其關(guān)鍵在于所用的精密軸承。超精密機(jī)床主軸采用液體靜壓軸承和空氣靜壓軸承

§12—1超精密加工技術(shù)2．床身和精密導(dǎo)軌床身采用人造花崗巖導(dǎo)軌：液體靜壓導(dǎo)軌

氣浮導(dǎo)軌

空氣靜壓導(dǎo)軌靜壓空氣

移動工作臺

底座空氣靜壓導(dǎo)軌的整個導(dǎo)軌在上下、左右靜壓空氣的約束下懸浮起來，基本沒有摩擦力，具有較好的剛度和運(yùn)動精度

§12—1超精密加工技術(shù)3．微量進(jìn)給裝置

微量進(jìn)給裝置有機(jī)械式、液壓傳動式、彈性變形式、壓電陶瓷壓電陶瓷器件在預(yù)壓應(yīng)力狀態(tài)下與彈性載體刀夾和后墊塊粘結(jié)安裝，在電壓作用下陶瓷伸長，實(shí)現(xiàn)刀夾微量進(jìn)給運(yùn)動彈性載體刀夾

機(jī)座壓電陶瓷器件

后墊塊電感測頭彈性支承壓電陶瓷微量進(jìn)給裝置

§12—1超精密加工技術(shù)五、超精密加工支持環(huán)境1．凈化的空氣環(huán)境必須對周圍空氣環(huán)境進(jìn)行凈化處理2．恒定的溫度環(huán)境恒溫基數(shù)：空氣的平均溫度，我國規(guī)定為20℃恒溫精度：相對平均溫度所允許的偏差值3．較好的抗振動干擾環(huán)境振動使加工和被加工物體間產(chǎn)生多余的相對運(yùn)動§12—2高速加工技術(shù)一、高速加工的概念德國薩洛蒙高速切削理論:

一定的工件材料對應(yīng)有一個臨界切削速度,在該切削速度下其切削溫度最高。隨著切削速度的增加，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加而下降

§12—2高速加工技術(shù)超高速切削概念示意圖

§12—2高速加工技術(shù)1．切削力低高速切削速度高，材料切削變形區(qū)內(nèi)的剪切角增大，切屑流出速度加快，致使切削變形減小2．熱變形小切削時90%以上的切削熱來不及傳給工件就被高速流出的切屑帶走，工件溫度上升一般不超過3℃3．材料切除率高高速切削單位時間內(nèi)的材料切除率可提高3～5倍

§12—2高速加工技術(shù)4．提高加工質(zhì)量加工過程平穩(wěn)，切削振動小，可實(shí)現(xiàn)高精度、低表面粗糙度的高質(zhì)量加工5．簡化工藝流程

可直接加工淬硬材料，很多情況下可完全省去電火花加工和人工打磨等光整加工工序

§12—2高速加工技術(shù)二、高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)1．高速主軸單元高速切削機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速通常高于10000r/min“電主軸”單元：重量輕、振動小、噪聲低、結(jié)構(gòu)緊湊2．快速進(jìn)給系統(tǒng)直線電動機(jī)直接驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)的進(jìn)給速度可達(dá)到160m/min，定位精度達(dá)0.5～0.05μm

§12—2高速加工技術(shù)3．先進(jìn)的機(jī)床結(jié)構(gòu)

高速切削機(jī)床多采用龍門式立柱型對稱結(jié)構(gòu)及箱中箱結(jié)構(gòu)

不少高速切削機(jī)床床身采用聚合物混凝土等高阻尼特性材料；有些高速機(jī)床通過傳感控制使主軸油溫與機(jī)床床身的溫度保持一致

§12—2高速加工技術(shù)4．高速切削刀具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5．高性能CNC控制系統(tǒng)

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)動軌跡控制精度，及優(yōu)異的動力學(xué)特征§12—3增材制造技術(shù)一、增材制造技術(shù)的基本原理增材制造技術(shù)工藝過程

§12—3增材制造技術(shù)1．建立三維實(shí)體模型

用三維CAD軟件將設(shè)計(jì)對象構(gòu)建成三維模型；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

§12—3增材制造技術(shù)3．分層切片

將CAD三維實(shí)體模型沿給定的方向切成一個個二維薄層片。薄片厚度越小，精度越高4．逐層堆積成形根據(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形，通過一片片堆積，最終完成三維實(shí)體的成形制造5．成形實(shí)體的后處理去除不必要的支撐結(jié)構(gòu)或粉末材料，根據(jù)要求進(jìn)行固化、修補(bǔ)、打磨、表面強(qiáng)化以及涂覆

§12—3增材制造技術(shù)二、增材制造技術(shù)的應(yīng)用1．在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用利用3D打印不僅打印出了飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、載人飛船的零部件，還打印出了發(fā)動機(jī)、無人機(jī)、微衛(wèi)星整機(jī)3D打印的火箭發(fā)動機(jī)渦輪泵2．在汽車零件制造領(lǐng)域的應(yīng)用3D打印汽車

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