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浅析超精密加工的发展阶段和cnc精加工影响因素

2021-05-13 10:02:53



超精密加工技术是现代高技术战争的重要支撑技术,是现代高科技产业和科学技术的发展基础,是现代制造科学的发展方向。现代科学技术的发展以试验为基础,所需试验仪器和设备几乎无一不需要超精密加工技术的支撑。由宏观制造进入微观制造是未来制造业发展趋势之一,当前超精密加工已进入纳米尺度,纳米制造是超精密加工前沿的课题。世界发达国家均予以高度重视。下面就由慧闻智造浅析超精密加工的发展阶段和cnc精加工影响因素。


目前的超精密加工,以不改变工件材料物理特性为前提,以获得极限的形状精度、尺寸精度、表面粗 糙度、表面完整性(无或极少的表面损伤,包括微裂 纹等缺陷、残余应力、组织变化)为目标。


慧闻精密加工


影响超精密加工精度的因素


以深圳慧闻智造技术有限公司加工零件为例,其中因素包括:超精密加工机理、超精密加工工艺、被加工材料、超精密加工设备、超精密加工工具、超精密加工夹具、超精密加工的检测与误差补偿和超精密加工环境(包括恒温、隔振、洁净控制等)等。一直以来,国内外学者围绕这些内容展开了系统的研究。


超精密加工的发展阶段


1、20世纪50年代至80年代,美国率先发展了以单点金刚石切削为代表的超精密加工技术,用于航天、国防、天文等领域激光核聚变反射镜、球面、非球面大型零件的加工。


2、20世纪80年代至90年代,进入民间工业的应用初期。美国的摩尔公司、普瑞泰克公司,日本的东芝和日立,以及欧洲的克兰菲尔德等公司在政府的支持下,将超精密加工设备的商品化,开始用于民用精密光学镜头的制造。单超精密加工设备依然稀少而昂贵,主要以专用机的形式订制。在这一时期还出现了可加工硬质金属和硬脆材料的超精密金刚石磨削技术及磨床,但其加工效率无法和金刚石车床相比。


3、20世纪90年代后,民用超精密加工技术逐渐成熟。在汽车、能源、医疗器材、信息、光电和通信等产业的推动下,超精密加工技术广泛应用于非球面光学镜片、超精密模具、磁盘驱动器磁头、磁盘基板、半导体基片等零件的加工。随着超精密加工设备的相关技术,例如精密主轴部件、滚动导轨、静压导轨、微量进给驱动装置、精密数控系统、激光精密检测系统等逐渐成熟,超精密加工设备成为工业界常见的生产设备。此外,设备精度也逐渐接近纳米级水平、可加工工件的尺寸范围也变得更大,应用越来越广泛。随着数控技术的发展,还出现了超精密五轴铣削和飞切技术。已经可以加工非轴对称非球面等复杂零件。


我国超精密加工的发展情况


在过去相当长一段时期,由于受到西方国家的禁运限制,我国进口国外超精密机床严重受限。但当1998年我国自己的数控超精密机床研制成功后,西方国家马上对我国开禁,我国现在已经进口了多台超精密机床。


我国北京机床研究所、航空精密机械研究所(航空303)、哈尔滨工业大学、国防科技大学等单位现在已能生产若干种超精密数控金刚石机床。


北京机床研究所是国内进行超精密加工技术研究的主要单位之一,研制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超精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机床、红外大功率激光反射镜、超精密振动-位移测微仪等,达到了国内领先、国际先进水平。


NAM-800 型纳米数控车床是北京机床研究所Z 新一代的纳米级加工机床。它是当今数控技术、伺服技术、机械制造技术完美的统一。该机床为我国Z前沿的科技发展提供了良好的加工手段。


数控加工


NAM-800 型纳米数控车床


航空航天工业部303 所在超精密主轴、花岗岩坐标测量机等方面进行了深入研究及产品生产。


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修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磨削、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。


此外, 中科院长春光学精密机械与物理研究所、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。


但总的来说, 我国在超精密加工机床的效率、精度、可靠性, 特别是规格(大尺寸) 和技术配套性方面与国外相比, 与生产实际要求相比, 还有相当大的差距。 另外,复杂曲面的精密加工也一直是我国制造业发展的壁垒,而制造业的发展关系着国家经济的长远发展问题,仍需投入大量的研究。



国外超精密加工的发展情况


超精密加工技术在国际上处于领先地位的国家有美国、英国和日本。这些国家的超精密加工技术不仅总体成套水平高,而且商品化的程度也非常高。


美国50年代未发展了金刚石刀具的超精密切削技术,称为“SPDT技术”(Single Point Dia-mond Turning)或“微英寸技术”(1微英寸=0.025μm),并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床,用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面、非球面大型零件等。


在大型超精密机床方面,美国的LLL国家实验室于1986年研制成功两台大型超精金刚石车床:一台为加工直径2.1m的卧式DTM-3金刚石车床,另一台为加工直径1.65m的LODTM立式大型光学金刚石车床。其中,LODTM立式大型光学金刚石车床被公认为世界上精度Z 高的超精密机床。美国后来又研制出大型6轴数控精密研磨机,用于大型光学反射镜的精密研磨加工。


希望中国的超精密发展越来越好,我们敬请期待。以上就介绍完超精密加工的发展阶段和cnc精加工影响因素了,下期再见。


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