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大连理工大学网络高等教育 本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目：精密加工技术的发展现状及趋势
层 次： 专科起点本科 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 年 季 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 2022年5月29日
通过对砂带研磨、精密切削、超精密磨削、珩磨、精密研磨、抛光等几种传统精密加工方法的论述对比，论述现有的传统精密加工方法；再通过对北京机床研究所、航天航空工业部三零三部所及其他研究所的最新精密加工发展来论述目前国内精密加工发展趋势及前景；同时通过对美国、欧洲、日本等发达国家最新的精密加工技术发展情况来论述目前国外精密加工技术的发展方向及前景。 最后论述的精密加工和超精密加工的几点问题。
关键词：精密加工；超精密加工；加工技术
目 录
5.4 开发适用于精密加工并能取得高精度、高表面质量的新型材料
为了满足现代先进制造与加工技术的需要，提高生产效率和改善零件的加工质量，精密加工技术和超精密加工技术已成为目前高科技技术领域的基础，超精密加工技术已成为社会生产发展的一个重大趋势。 精密超精密加工技术是20世纪60年代发展和完善起来的，现已成为当代高技术产品的关键制造技术。近20年来，精密超精密加工不仅进入到国民经济的各个领域，而且正从单件小批量生产方式走向规模生产，可以预见，随着新产品的不断涌现，精密超精密加工的应用范围将进一步扩大。当前，精密加工是指加工精度为1～1.1m，表面粗糙度为0.2～0.01m的加工技术；而超精密加工则是指加工精度高于0.1m、表面粗糙度小于0.025m，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01m的加工技术。超精密技术在现代制造领域中，占有极为重要的地位。它不仅是制造尖端设备、现代武器、机电产品和光电元件的关键技术，而且也是取得国际竞争优势的重要技术之一。 美国是超精密加工技术研究与开发起步最早的国家。60年代初，为了发展航空航天技术、计算技术、激光技术和自动控制技术等尖端技术，组织了一批工人和实验室进行超精密加工技术的研究。经过30余年的发展，这类公司、企业已有下数十家公司与实验室，是美国精密加工技术的典型单位。日本虽起步较晚，但利用其机械和电子工业的成果，大量引进国外先进技术并使之日奉化。此外，日本很重视应用研究，已成为当今世界上超精密技术发展最快的国家。超精密机床的厂商二三十家，其中比较闻名的有东芝机械、不二越、理研、江黑制作所等。超精密加工的技术水平在国际上领先，可以与美国相抗衡。目前已达到0.1ttna的高度，预计到2013年将会突破亚微米级加工而进入纳米级加工。在本领域，发展较快的国家还有英国、德国、荷兰等。 实现零件超精密加工的途径主要有两条：一是用高精密加工机床，加工高精度零件；二是用误差补偿技术，来提高零件的加工精度。但这个界限随着加工技术的进步不断变化，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。
1 精密加工技术的发展现状 1.1 砂带研磨砂带研磨是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具削加工的范畴，有生产率高、表面质量好，使用范围广等特点。国外在砂带材料及制作工艺上取得了很大的成就，有了适应于不同场合的砂带系列，生产出通用和专用的砂带磨床，而且自动化程度不断提高（己有全自动和自适应控制的砂带磨床），但国内砂带品种少，质量也有待提高，对机床还处于改造阶段。 1.2 精密切削也称金刚石刀具切削（SPDT），是用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般加工精密要高1---2个等级。例如用精密车削加工的液压马达转子柱塞孔圆柱度为0.5～1μm，红外反光镜的表面粗糙度Ra0.01～0.02μm，还具有较好的光学性质[1]。从成本上看，用精密切削加工的光学反射镜，与过去用镀铬经磨削加工的产品相比，成本大约是后者的一半或几分之一。但许多因素对精密切削的效果有影响，所以要达到预期的效果很不容易。同时，金刚石刀具切削较硬的材料时磨损较快，如切削黑色时磨损速度比切削铜104倍，而且加工出的工件的表面粗糙度和几何形状精度均不理想。 1.3 超精密磨削用精确修整过的砂轮在精密磨床上进行的微量磨削加工，金属的去除量可在亚微米级甚至更小，可以达到很高的尺寸精度、形位精度和很低的表面粗糙度值。尺寸精度0.1—0.3µm,表面粗糙度Ra0.2—0.05µm,效率高，应用范围广泛，从软金属到淬火钢、不锈钢、高速钢等难切削材料，及半导体、玻璃、陶瓷等硬脆非金属材料，几乎所有的材料都可以利用磨削进行加工。但磨削加工后，被加工的表面在磨削力及磨削热的作用下金相组织要发生变化，易产生加工硬化、淬火硬化、热应力层、残余应力层和磨削裂纹等缺陷，需要合理管控。 1.4 珩磨珩磨是用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后表面粗糙度可达Ra0.4—0.1µm，最好可到Ra0.025µm，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小韧性好的有色金属。 1.5 精密研磨精密研磨是与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械磨擦，使工件达到要求尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025µm,加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。但精密研磨的效率低，如干研速度一般为10---30m/min，湿研速度为20---120 m/min。对加工环境要求严格，防止有大磨料或异物混入时，将使表面产生很难去除的划伤。 1.6 抛光抛光是利用机械、化学、电化学的方法对工件表面进行的一种微细加工，主要用来降低工件表面粗糙度，常用的方法有：手工或机械抛光、超声波抛光、化学抛光、电化学抛光及电化学机械复合加工等。 手工或机械抛光是用涂有磨膏的抛光器，在一定的压力下，与工件表面做相对运动，以实现对工件表面的光整加工。加工后工件表面粗糙度Ra≤0.05µm，可用于平面、柱面、曲面及模具型腔的抛光加工。手工抛光的加工效果与操作者的熟练程度有关。 超声波抛光是利用工具端面做超声振动，通过磨料悬浮液对硬脆材料进行光整加工，加工精度 0.01~0.02µm，表面粗糙度Ra0.1µm。超声抛光 设备简单，操作、维修方便，工具可用较软的材料制作，而且不需作复杂的运动，主要用来加工硬脆材料，如不导电的非金属材料，当加工导电的硬质金属材料时，生产率较低。 化学抛光是通过硝酸和磷酸等氧化剂，在一定的条件下，使被加工的金属表面氧化，使表面平整化和光泽化。化学抛光设备简单，可以加工各种形状的工件，效率较高，加工的表面粗糙度一般为Ra≤0.2µm，但腐蚀液对人体和设备有损伤，污染环境，需妥善处理。主要用来对不锈钢、铜、铝及其合金的光亮修饰加工。 电化学抛光是利用电化学反应去除切削加工所残留的微观不平度，以提高零件表面光亮度的方法。它比机械抛光具有较高的生产率和小的表面粗糙度：一般可达Ra0.2µm，若原始表面为Ra0.4~0.2µm，则 抛光后可提高到Ra0.1~0.08µm，加工后工件具有较好的物理机械性能，使用寿命长，但电化学抛光只能加工导电的材料。随着电化学加工技术的发展，还产生了多种新型的复合加工方法，例如超精密电解磨削、电化学机械复合光整加工、电化学超精加工等。它们主要以降低工件的表面粗糙度值为目的，加工去除量很小，一般在0.01~0.1mm，对于表面粗糙度达到Ra0.8~1.6µm的外圆，平面、内孔及自由曲面均可一道工序加工到镜面，表面粗糙度Ra0.05µm，甚至更低。电化学机械加工属于一种加工单位极小的精密加工方法，从原理上讲加工精度可以达到原子级，所以加工精度具有大的潜力，但由于左右其加工精度的因素目前还不是很清楚，所以在实际应用中，其加工表现出一定的不稳定性，这在很大程度上限制了它在工业生产中的应用。
2.1 北京机床研究所北京机床研究所是国内进行精密加工技术研究院的主要单位之一，研究出了多种不同类型的超精密机床、部件和相关的高精度测试仪器等，如精度达0.025µm的精密轴承、JCS-027超精密车床、JCS-031超精密铣床、JCS-035精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机床、红外大功率激光反光镜、超精密振动一位移测微仪等，达到了国内领先、国际先进水平[2]。 2.2 航天航空工业部三零三部所航天航空工业部三零三部所在超精密主轴、花岗岩坐标量测机等方面进行了研究及产品生产。哈尔滨工业大学在金刚石超精密切削、金刚石刀具晶体定向和刃磨、金刚石微粉砂轮电解在线休整技术等方面进行了卓有成效的研究。清华大学在集成电路超精密加工设备、磁盘加工及检测设备、微位移工作台、超精密砂带磨削和研抛、金刚石微粉砂轮超精密切削、非圆截面超精密切削等方面进行了深入研究，并有相应产品问世。 2.3 其他研究所中科院长春光学精密机械研究所、华中理工大学、沈阳第一机床厂、成都工具研究所、国防科技大学等都进行了这一领域的研究，成绩显著。但总体来说。我国在超精密加工的效率、精度可靠性，特别是规格（大尺寸）和技术配套性方面与国外比，与生产实际要求比，还有相当大的差距。 2.4 精密加工技术发展趋势（1）向更高精度、高效率和大型化方向发展 在激光核聚变、同步加速器放射光技东、半导体超微细加工技术和大型天文望远镜的研究开发方面，大型光学镜是必不可少的。大型光学元件将要求其形状精度选到纳米级。目前，要求超精密加工的工件在逐年大型化，而且对加工精度的要求也在逐步提高。困此，为满足这种需要，超精密加工机床及其有关技术也在不断提高。目前日本和美国正在加紧研究纳米级的超精密加工机床。美国研制的大型超精密加工机床能加工出直径24m、重量900kg，形状精度达0.01m的大型反射镜。随着超精密加工质量的稳定和要求超精密加工的零件数量的剧增国外超精密加工机床正向高效率方向发展。首先通过提高机床转速和刀具进给速度来缩短切削时间。国外超精密切削速度均采用高速，有的已达到l0m/s。为了缩短切削 奥鹏，国开，广开，电大在线，各省平台，新疆一体化等平台学习
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