超精密加工技术综述(共22页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上.专心-专注-专业【摘要】超精密加工技术发展方向是:向高精度、高效率方向发展;向大型化、微型化方向发展;向加工检测一体化方向发展;机床向多功能模块化方向发展。本世纪的精密加工发展到超精密加工历程比较复杂且难度大,目前超精密加工日趋成熟,已形成系列,它包括超精密切削、超精密磨削、超精密研磨、超精密特种加工等。尽管超精密加工迄今尚无确切的定义,但是它仍然在向更高的层次发展。超精密加工将向高精度、高效率、大型化、微型化、智能化、工艺整合化、在线加工检测一体化、绿色化等方向发展。在不久的将来,精密加工也必将实现精密化、智能化、自动化、高效信息化、柔性化、集成化。创新思想及先进
2、制造模式的提出也必将为精密与超精密技术发展提供策略。环保也是机械制造业发展的必然趋势。【关键词】超精密加工 发展趋势 发展策略 后续研发 Abstract Ultra-precision machining technology development direction is: towards high-precision, high-efficiency direction; to large-scale, micro-oriented development; to detect the direction of integration process; machines to mult
3、i-modular direction. Precision machining of the century to the development of ultra-precision machining process is more complex and difficult, the current ultra-precision machining matures, has formed a series, which includes the ultra-precision machining, ultra precision grinding, ultra-precision g
4、rinding, ultra-precision special processing. Despite the ultra-precision machining so far no precise definition, but it is still in development to a higher level. Will be ultra-precision machining precision, high efficiency, large-scale, miniaturization, intelligence, process integration technology,
5、 online processing and testing integration, green and other direction. In the near future, and will also achieve precision machining precision, intelligence, automation, information technology and efficient, flexible, integrated. Innovative ideas and advanced manufacturing mode are also bound to rai
6、se precision and ultra-precision technology development strategy. Environmental protection machinery manufacturing industry is the inevitable trend of development 目 录1 引言 12 超精密加工的发展前景22.1高精度、高效率22.2大型化、微型化22.3智能化22.4工艺整合化22.3在线加工检测一体化22.6绿色化23精密加工技术在未来在机械加工领域的发展趋势43.1精密化43.2智能化43.3自动化43.4高效化53.5信息化
7、53.6柔性化53.7集成化64精密和超精密加工技术的发展策略74.1整合、创新思想的运用74.2先进的制造模式应用75超精密加工设备的特点96特种加工发展方向及研究106.1特种加工发展方向106.2特种加工的研究107现状及国内外发展趋势127.1超高速加工127.2超精密加工128“十五”目标及主要研究内容138.1“十五”目标138.2主要研究内容13小结15参考文献16致谢171【引言】往往我们一提到超精密这个词,就会觉得它很神秘,但同任何复杂的高新技术一样,经过一段时间的熟悉和掌握,都会被大众所了解,也就不再是所谓的高科技了,超精密加工也是这样。实际上,如果拥有超精密的加工设备,并
8、且在其它相关技术和工艺上能匹配,经过一段时间的实践之后,就能很好地掌握它,但这需要一个过程。超精密加工领域集成了很多IT、机械以及电气控制方面的技术,设备方面的操作和使用也非常复杂,所以,只有在对它有很深的理解之后才能把它用好 到目前为止,世界上比较小的超高速用铣刀已经可以做到直径(3050um)的程度,而且这样的刀具已经得到了很普遍的使用。高转速是指每分钟8万、10万、15万转这样的数量级。超精密加工当前是指被加工零件的尺寸和形状精度高于0.1m,表面粗糙度Ra小于0.025m,以及机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01m的加工技术,亦称之为亚微米级加工技术,目前正在向纳米级加工技术发展。
9、 超精密加工技术在国际上处于领先地位的国家是美国、英国和日本。美国是开展超精密加工技术研究最早的国家,也是迄今处于领先地位的国家。英国的克兰菲尔德精密工程研究所(简称CUPE)享有较高声誉,是当今世界上精密工程的研究中心之一。日本的超精密加工技术的研究相对于英美来说起步较晚,但它是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家。尤其在用于声、光、图像、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件的超精密加工技术方面,甚至超过了美国。我国在80年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件。但总的来说,与国外产品比还有相当大的差距。2超精密加工的发展前景2.1高精度、高效率随着科学技术的不断进步,对精度、效率、
10、质量的要求愈来愈高,高精度与高效率成为超精密加工永恒的主题。超精密切削、磨削技术能有效提高加工效率,CMP、EEM技术能够保证加工精度,而半固着磨粒加工方法及电解磁力研磨、磁流变磨料流加工等复合加工方法由于能兼顾效率与精度的加工方法,成为超精密加工的趋势。 2.2大型化、微型化由于航天航空等技术的发展,大型光电子器件要求大型超精密加工设备,如美国研制的加工直径为2.44m的大型光学器件超精密加工机床。同时随着微型机械电子、光电信息等领域的发展,超精密加工技术向微型化发展,如微型传感器,微型驱动元件和动力装置、微型航空航天器件等都需要微型超精密加工设备。2.3智能化以智能化设备降低加工结果对人工
11、经验的依赖性一直是制造领域追求的目标。加工设备的智能化程度直接关系到加工的稳定性与加工效率,这一点在超精密加工中体现更为明显。2.4工艺整合化当今企业间的竞争趋于白热化,高生产效率越来越成为企业赖以生存的条件。在这样的背景下,出现了“以磨代研”甚至“以磨代抛”的呼声。另一方面,使用一台设备完成多种加工(如车削、钻削、铣削、磨削、光整)的趋势越来越明显。2.5在线加工检测一体化由于超精密加工的精度很高,必须发展在线加工检测一体化技术才能保证产品质量和提高生产率。同时由于加工设备本身的精度有时很难满足要求,采用在线检测、工况监控和误差补偿的方法可以提高精度,保证加工质量的要求。2.6绿色化磨料加工
12、是超精密加工的主要手段,磨料本身的制造、磨料在加工中的消耗、加工中造成的能源及材料的消耗、以及加工中大量使用的加工液等对环境造成了极大的负担。我国是磨料、磨具产量及消耗的第一大国,大幅提高磨削加工的绿色化程度已成为当务之急发达国家以及我国的台湾地区均对半导体生产厂家的废液、废气排量及标准实施严格管制,为此,各国研究人员对CMP加工产生的废液、废气回收处理展开了研究。绿色化的超精密加工技术在降低环境负担的同时,提高了自身的生命力。3精密加工技术未来在机械加工领域的发展趋势3.1精密化精密加工的核心主要体现在对尺寸精度、仿形精度、表面质量的要求。当前精密电火花加工的精度已有全面提高,尺寸加工要求可
13、达2-3m、底面拐角R值可小于0.03mm,最佳加工表面粗糙度可低于Ra0.3m。通过采用一系列先进加工技术和工艺方法,可达到镜面加工效果且能够成功地完成微型接插件、IC塑封、手机、CD盒等高精密模具部位的电火花加工。重视人在自动化系统中的作用。同时自动化开始面向中小型企业,以经济实用为出3.2智能化智能化是而向21世纪制造技术的发展趋势之一。智能制造技术(IMT)是将人工智能融入制造过程的各个环节,通过模拟人类专家的智能活动,取代或延伸制造系统中的部分脑力劳动,在制造过程中系统能自动监测其运行状态,在受到外界干扰或内部激励能自动调整其参数,以达到最佳状态和具备自组织能力。新型数控电火花机床采
14、用了模糊控制技术和专家系统智能控制技术。模糊控制技术是由计算机监测来判定电火花加工间隙的状态,在保持稳定电弧的范围内自动选择使加工效率达到最高的加工条件;自动监控加工过程,实现最稳定的加工过程的控制技术。采用人机对话方式的专家系统,根据加工的条件、要求,合理输入设定值后便能自动创建加工程序,选用最佳加工条件组合来进行加工。在线自动监测、调整加工过程,实现加工过程的最优化控制。专家系统在检测加工条件时,只要输入加工形状、电极与工件材质、加工位置、目标粗糙度值、电极缩放量、摇动方式、锥度值等指标,就可自动推算并配置最佳加工条件。专家系统智能技术的应用使机床操作更容易,对操作人员的技术水平要求更低。
15、3.3自动化自动化技术的成功应用,不但提高了效率,保证了产品质量,还可以代替人去完成危险场合的工作。对于批量较大的生产自动化,可通过机床自动化改装、应用自动机床、专用组合机床、自动生产线来完成。小批量生产自动化可通过NC,MC,CAM,FMS,CIM,IMS等来完成。在末来的自动化技术实施过程中,将更加发点,满足不断发展的产品多样化和个性化需要。数控电火花机床具备的自动测量找正、自动定位、多工件的连续加工等功能已较好地发挥了它的自动化性能。自动操作过程不需人工干预,可以提高加工精度、效率。目前最先进的数控电火花机床在配有电极库和标准电极夹具的情况下,只要在加工前将电极装入刀库,编制好加工程序,
16、整个电火花加工过程便能日以赴继地自动运转,几乎无需人工操作。机床的自动化运转降低了操作人员的劳动强度、提高生产效率。3.4高效化现代加工的要求为数控电火花加工技术提供了最佳的加工模式,即要求在保证加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如手机外壳、家电制品、电器用品、电子仪表等领域,都要求减少辅助时间(如编程时间、电极与工件定位时间等),同时又要降低粗糙度,从原来的Ra0.8m改进到Ra0.25m,使放电后不必再进行手工抛光处理。这不但缩短了加工时间且省却后处理的麻烦,同时提升了模具品质,使用粉末加工设备可达到要求。这就需要增强机床的自动编程功能,配置电极与工件定位的夹具、装置。若在大工件的粗
17、加工中选用石墨电极材料也是提高加工效率的好方法。3.5信息化信息、物质和能源是制造系统的三要素。随着计算机、自动化与通讯网络技术红制造系统中的应用,信息的作用越来越重要。产品制造过程中的信息投入,己成为决定产品成本的主要因素。制造过程的实质是对制造过程中各种信息资源的采集、输入、加工和处理过程,最终形成的产品可看作是信息的物质表现,因此可以把信息看作是一种产业,包括在制造之中。为此一些企业开始利用网络技术、计算机联网、信息高速公路、卫星传递数据等实现异地生产。使生产分散网络化,以适应21世纪高柔性生产的需要。3.6柔性化随着科学技术的飞速发展和人民生活水平不断提高,促使产品更新换代的速度不断加
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