第七章现代制造技术.ppt

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1、飞机制造工程技术基础第七章现代制造技术 飞机制造工程技术基础飞机制造工程技术基础精密加工 在一定的发展时期，加工精度和表面质量达到较高程度的加工工艺。超精密加工 在一定的发展时期，加工精度和表面质量达到最高程度的加工工艺。瓦特改进蒸汽机 镗孔精度 1mm 20 世纪 40 年代 最高精度 1m 20 世纪 末 精密加工：0.1m，Ra 0.01m（亚微米加工）超精密加工：0.01m，Ra 0.001m（纳米加工）精密加工和超精密加工的概念是与某个时期的加工工艺水平相关联的，随着科技进步精密加工和超精密加工所能达到的精度将逐步提高。飞机制造工程技术基础图7-17 精密加工与超精密加工的发展（Ta

2、niguchi，1983）普通加工精密加工超精密加工超高精密磨床超精密研磨机离子束加工分子对位加工车床,铣床卡尺加工设备测量仪器精密车床磨床百分尺比较仪坐标镗床坐标磨床气动测微仪光学比较仪金刚石车床精密磨床光学磁尺电子比较仪超精密磨床精密研磨机激光测长仪圆度仪轮廓仪激光高精度测长仪扫描电镜电子线分析仪加工误差（m）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份精密加工与超精密加工的发展）飞机制造工程技术基础 零件 加 工 精 度 表面粗糙度 激光光学零件 形状误差 0.1m Ra 0.010.05m 多面镜 平面度误差 0.04m Ra 0.02

3、m 磁头 平面度误差 0.04m Ra 0.02m 磁盘 波度 0.01 0.02m Ra 0.02m 雷达导波管 平面度垂直度误差 0.1m Ra 0.02m 卫星仪表轴承 圆柱度误差 0.01m Ra 0.002m 天体望远镜 形状误差 0.03m Ra 0.01m 表7-3 几种典型精密零件的加工精度 几种典型精密零件的加工精度（表7-3）飞机制造工程技术基础精密与超精密加工技术是一个国家制造业水平重要标志例：美国哈勃望远镜形状精度0.01m；超大规模集成电路最小线宽0.1m，日本金刚石刀具刃口钝圆半径达2nm精密加工与超精密加工技术是先进制造技术基础和关键例：美国陀螺仪球圆度0.1m，

4、粗糙度Ra0.01m，导弹命中精度控制在50m范围内；英国飞机发电机转子叶片加工误差从60m降至12m，发电机压缩效率从89%提高到94%；齿形误差从3-4m减小1m，单位重量齿轮箱扭矩可提高一倍精密加工与超精密加工技术是新技术的生长点精密与超精密加工技术涉及多种基础学科和多种新兴技术，其发展无疑会带动和促进这些相关科学技术的发展q 精密与超精密加工地位飞机制造工程技术基础结合加工 分类 加工机理 加工方法示例去除加工电物理加工 电火花加工（电火花成形，电火花线切割）电化学加工 电解加工、蚀刻、化学机械抛光力学加工 切削、磨削、研磨、抛光、超声加工、喷射加工热蒸发（扩散、溶解）电子束加工、激光

5、加工附着加工注入加工化学 化学镀、化学气相沉积电化学 电镀、电铸热熔化 真空蒸镀、熔化镀化学 氧化、氮化、活性化学应电化学 阳极氧化热熔化 掺杂、渗碳、烧结、晶体生长力物理 离子注入、离子束外延连续加工热物理 激光焊接、快速成形化学 化学粘接变形加工热流动 精密锻造、电子束流动加工、激光流动加工粘滞流动 精密铸造、压铸、注塑分子定向 液晶定向表 精密与超精密加工分类飞机制造工程技术基础。“进化”加工原则背吃刀量小于晶粒大小，切削在晶粒内进行，与传统切削机理完全不同。切削力一定要超过晶粒内部原子结合力才能切除切屑，刀具的切削刃必须能够承受这个巨大的剪切应力和由此产生的很大的热量，这就需要找到满足

6、加工精度要求的刀具材料和结构。微量切削机理特种加工与复合加工方法应用越来越多传统切削与磨削方法存在加工精度极限，超越极限需采用新的方法。q 精密与超精密加工特点飞机制造工程技术基础要达到加工要求，需综合考虑工件材料、加工方法、加工设备与工具、测试手段、工作环境等诸多因素，是一项复杂的系统工程，难度较大。形成综合制造工艺广泛采用计算机控制、适应控制、再线检测与误差补偿技术，以减小人的因素影响，保证加工质量。与自动化技术联系紧密精密与超精密加工设备造价高，难成系列。常常针对某一特定产品设计（如加工直径3m射电天文望远镜的超精密车床，加工尺寸小于1mm微型零件的激光加工设备）。与高新技术产品紧密结合

7、加工与检测一体化精密检测是精密与超精密加工的必要条件，并常常成为精密与超精密加工的关键。飞机制造工程技术基础 加工方法目前精密和超精密加工方法根据加工机理可分为四大类：切削加工：精密切削、微量切削和超精密切削等；磨削加工：精密磨削、微量磨削和超精密磨削等；特种加工：电火花加工、电解加工、激光加工、电子束加工、离子束加工等；复合加工：将几种加工方法复合在一起，如机械化学研磨、超声磨削、电解抛光等。在精密和超精密加工中特种加工和复合加工方法应用得越来越多。加工设备加工设备的几何精度向亚微米级靠近。关键元件，如主轴、导轨、丝杆等广泛采用液体静压或空气静压元件。定位机构中采用电致伸缩、磁致伸缩等微位移

8、结构。设备广泛采用计算机控制、适应控制、在线检测与误差补偿等技术。工件材料用于精密加工和超精密加工的材料要特别注重其加工性。工件材料必须具有均匀性和性能的一致性，不允许存在内部或外部的微观缺陷。q 精密与超精密加工特点飞机制造工程技术基础要求：1 0.01 实现方法：大、小恒温间+局部恒温（恒温罩，恒温油喷淋）要求：相对湿度35%45%，波动10%1%实现方法：采用空气调节系统 要求：10000100级（100级系指每立方英尺空气中所含大于0.5m尘埃个数不超过100）实现方法：采用空气过滤器，送入洁净空气要求：消除内部、隔绝外部振动干扰 实现方法：隔振地基，隔振垫层，空气弹簧隔振器 q 精密

9、与超精密加工环境飞机制造工程技术基础 近年来随着科技的进步和生产的发展近年来随着科技的进步和生产的发展,出现出现的许多由的许多由坚硬而又难加工坚硬而又难加工材料制成的，具有精密材料制成的，具有精密公差尺寸和低表面粗糙度的复杂零件的加工，许公差尺寸和低表面粗糙度的复杂零件的加工，许多新的加工方法应运而生。这些方法本章指精密多新的加工方法应运而生。这些方法本章指精密加工和加工和“现代加工方法现代加工方法”或或“特种加工工艺特种加工工艺”。精整加工精整加工是生产中常用的精密加工，它是指是生产中常用的精密加工，它是指在精加工之后从工件上切除很薄的材料层在精加工之后从工件上切除很薄的材料层,以以提高提高

10、飞机制造工程技术基础 工件精度和减少表面粗糙度值为目的的加工方法工件精度和减少表面粗糙度值为目的的加工方法,如研磨、珩磨等。如研磨、珩磨等。光整加工光整加工是指是指不切除或从工件上切除极薄材不切除或从工件上切除极薄材料层料层，以降低表面粗糙度为目的的加工方法，如，以降低表面粗糙度为目的的加工方法，如超精加工、抛光等。超精加工、抛光等。研磨是用研磨工具和研磨剂，从工件上研去研磨是用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极薄表面层的精加工方法。一层极薄表面层的精加工方法。飞机制造工程技术基础 采用不同的研磨工具采用不同的研磨工具(如研磨心棒、研磨套、研如研磨心棒、研磨套、研磨平板等磨平板等)可对内圆、

11、外圆和平面等进行研磨。可对内圆、外圆和平面等进行研磨。为了磨料能嵌入研磨套的内表面，研磨套的材应为了磨料能嵌入研磨套的内表面，研磨套的材应软些，常用的是软些，常用的是铸铁铸铁。研磨时先在工具表面涂上一层均匀的研磨剂研磨时先在工具表面涂上一层均匀的研磨剂,将该工具套在工件上将该工具套在工件上,并调节好配合的松紧程度并调节好配合的松紧程度,研磨外圆的工具。研磨套研磨外圆的工具。研磨套2由由夹套夹套1夹持，它的孔内有螺旋夹持，它的孔内有螺旋槽可贮藏研磨剂。其上还有槽可贮藏研磨剂。其上还有一条内外相通的直槽，使其一条内外相通的直槽，使其有一定胀缩性。有一定胀缩性。飞机制造工程技术基础 然后让工件旋转，

12、手持研磨工具在轴向来回移然后让工件旋转，手持研磨工具在轴向来回移 动，直至达到研磨的要求为止动，直至达到研磨的要求为止 。研磨剂研磨剂是很细的磨料是很细的磨料(粒度为粒度为W14W14W15)W15)、研磨液和辅助材料的混合剂。研磨液和辅助材料的混合剂。常用的有常用的有液态研磨剂、研磨膏和固体研磨剂液态研磨剂、研磨膏和固体研磨剂（研磨皂）（研磨皂）三种。三种。主要起主要起研磨、吸附、冷却和润滑研磨、吸附、冷却和润滑等作用。等作用。1)1)精度高质量好精度高质量好飞机制造工程技术基础 经研磨后的工件表面经研磨后的工件表面,尺寸精度可达尺寸精度可达IT4IT4IT1IT1级级;表面粗糙度值可减小到

13、表面粗糙度值可减小到0.10.006m0.10.006m。形状精度。形状精度 亦可相应提高。亦可相应提高。2)2)生产效率低，加工余量小。生产效率低，加工余量小。3)3)研磨剂易飞溅，污染环境。研磨剂易飞溅，污染环境。在现代制造业中研磨应用很广，许多在现代制造业中研磨应用很广，许多精密量精密量块、量规、齿轮、钢球、喷油嘴、石英晶体、陶块、量规、齿轮、钢球、喷油嘴、石英晶体、陶瓷元件、光学镜头及棱镜瓷元件、光学镜头及棱镜等零件均需研磨。等零件均需研磨。飞机制造工程技术基础 (二二)、珩磨、珩磨 利用珩磨工具对工件表面施加一定压力，珩利用珩磨工具对工件表面施加一定压力，珩磨工具同时作往复振动、相对

14、旋转和直线往复运磨工具同时作往复振动、相对旋转和直线往复运动动，切除工件上极小余量的工件精加工切除工件上极小余量的工件精加工方法方法。一般珩磨后可将工件的形状和尺寸精度提一般珩磨后可将工件的形状和尺寸精度提高一级，表面粗糙度高一级，表面粗糙度R Ra a值可达值可达0.20.20.025m0.025m。珩磨加工的工件表面质量特性好、加工精度和珩磨加工的工件表面质量特性好、加工精度和飞机制造工程技术基础 加工效率高，加工应用范围广、经济性好。加工效率高，加工应用范围广、经济性好。（又名又名：超级光磨）：超级光磨）磨具与工件之间的运动如下：磨具与工件之间的运动如下：1)1)工件作低速旋转运动工件作

15、低速旋转运动,工工3 320m/min;20m/min;2)2)油石磨具作往复振动油石磨具作往复振动,每分钟振动每分钟振动30012003001200次次,用细粒度的磨具对工件施加用细粒度的磨具对工件施加一定压力，并作往复振动和一定压力，并作往复振动和慢速纵向进给运动，以实现慢速纵向进给运动，以实现微量磨削的一种光整加工方微量磨削的一种光整加工方法。法。飞机制造工程技术基础 振幅为振幅为3 35mm5mm；3)3)磨具作纵向进给运动磨具作纵向进给运动,进给量进给量f f纵纵为为0.10.10.15 mm/r0.15 mm/r。超精加工能加工钢、铸铁、铜合金、铝合金超精加工能加工钢、铸铁、铜合金

16、、铝合金、陶瓷、陶瓷 、玻璃、硅和锗等各种金属与非金属、玻璃、硅和锗等各种金属与非金属,可可以加工外圆、平面、内孔和各种曲面。以加工外圆、平面、内孔和各种曲面。尤其适用加工内燃机曲轴、凸轮轴、活塞、尤其适用加工内燃机曲轴、凸轮轴、活塞、活塞销等的光整加工。活塞销等的光整加工。飞机制造工程技术基础 超精加工可在普通车床、外圆磨床上进行超精加工可在普通车床、外圆磨床上进行，对于批量较大的生产则宜在专用机床上进行。，对于批量较大的生产则宜在专用机床上进行。工作时应充分地加润滑油，以便形成油膜和清洗工作时应充分地加润滑油，以便形成油膜和清洗极细地磨屑极细地磨屑。超精加工后地工件表面粗糙度超精加工后地工件表面粗糙度R Ra a值约在值约在0.10.006m0.10.006m之间。之间。抛光是利用机械、化学或电化学地作用，抛光是利用机械、化学或电化学地作用，使工件获的光亮、平整表面的加工方法使工件获的光亮、平整表面的加工方法 飞机制造工程技术基础 抛光的主要工具用品有抛光的主要工具用品有软轮软轮和和磨膏磨膏等。等。软轮软轮用用皮革、毛毡、帆布等材料叠制皮革、毛毡、帆布等材料叠制而成而成，具有一定的