2022年精密与特种加工优秀论文超精密加工技术在未来机械领域的发展前景 .pdf
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1、超精密加工技术在未来机械领域的发展前景班级: 09020145X 姓名:张哲敏学号: 09020145X40 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 10 页【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
2、、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超精密加工技术在未来机械领域的发展前景【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,并且在其它相关技术和工艺上能匹配,经过一段
3、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。【正文】 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M 级加工技术,目前正在向纳M 级加工技术发展。精选学习资料
4、 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 10 页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
5、产品比还有相当大的差距。超精密加工的发展前景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。高精度、高效率随着科学技术的不断进步,对精度、效率、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。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2.4 4m 的大型光学器件超精密加工机床
6、。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。智能化以智能化设备降低加工结果对人工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。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。在线加工检测一体化由于超精密加工的精度很高,
7、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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 10 页绿色化磨料加工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
8、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。精密加工技术未来在机械加工领域的发展趋势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。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(
9、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
10、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。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精
11、选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 10 页企业,以经济实用为出发点,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,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。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
12、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。若在大工件的粗加工中选用石墨电极材料也是提高加工效率的好方法。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
13、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。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快,这就要求现代企业必须具备一定的生产柔性来满足市场多变的需要。所谓柔性,是指一个制造系统适应各种生产条件变化的能力,它与系统方案、人员和设备有关。系统方案的柔性是指加工不同零件
14、的自由度。人员柔性是指操作人员能保证加工任务,完成数量和时间要求的适应能力。设备柔性是指机床能在短期内适应新零件的加工能力。柔性制造自动化的形式很多,如美国提出的敏捷制造 (AM) 其主线就是高柔性生产。上海同济大学张曙教授提出的独立制造岛 (AMI) 也是高柔性生产模式。集成化集成的作用是将原来独立运行的多个单元系统集成一个能协调工作的和功能更强的新系统。集成不是简单的连接,是经过统一规划设计,分析原单元系统的作用和相互关系并进行优化重组而实现的。集成化的目的是实现制造企业的功能集成,功能集成要借助现代管理技术、计算机技术、自动化技术和信息技术实现技术集成,同时还要强调人的集成,由于系统中不
15、可能没有人,系统运行的效果与企业经营思想、运行机制、管理模式都与人有关,在技术上集成的同时,还应强调管理与人的集成。集成化生产将成为面向21世纪占主导的生产方式。精密和超精密加工技术的发展策略精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 10 页精密和超精密加工经过数十年的努力,日趋成熟,不论是超精密机床、金刚石工具,还是超精密加工工艺已形成了一整套完整的超精密制造技术系统,为推动机械制造向更高层次发展奠定了基础,现在正在向纳M 级精度或毫微M精度迈进,其前景十分令人鼓舞。随着科学技术的飞速发展和市场竞争日益激烈,越来越多的制造业开始
16、将大量的人力、财力和物力投入先进的制造技术和先进的制造模式的研究和实施策略之中。整合、创新思想的运用精密、超精密加工技术是发展科技的重要手段,所以受到世界各国的广泛重视,因此也就不断地获得新的成果,但是因为它的要求都处在精度的极限,传统的、单一的技术往往很难突破,必须综合地运用信息化技术,通过综合、分析,加以整合、重组,进一步满足更高的要求。精密加工技术是一项系统工程,它集机床、工具、计量、数控、材料、环境控制等成果于一体,针对不同的加工对象,不同的设计要求,综合地加以利用。超精密加工技术也都是在其有关的各项技术支撑的条件下,逐步发展起来的,同时又往往取各项技术的崭新成果来加以充实、提高。超精
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