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浅析精密机械加工技术的发展趋势

2019-08-31 09:44:32

近几年,机械制造技术得到了快速发展,生产效率与技术精度不断提高。其中,生产效率的提高主要源于自动化的应用与改进,目前CNS逐渐向CIDIS转变,并且已经运用于一些领域中,发挥了重要作用,受到了的关注;而技术精度的提高源于精密加工向超精密加工的转变。

精密机械的发展使现代产品的精度越来越高,超大规模集成电路就是这一背景的产物,其要求将几十万个元件或集成在一平方毫米的平面上,线宽仅为1μm,位置误差与形状误差低于0.05μm,因此要求高的机床精度,加工技术也需要进行改进来满足加工需要。

1精密机械加工种类

依据特点与原理方面的不同,精密加工主要分为四类,即复合加工方式、特种加工方式、磨料加工方式与刀具切削加工方式。

近几年,加工技术也得到了进步,加工原理多样化,所以在精密加工领域,主要是微细加工领域,依据零部件特点与成形机理方面的不同,精密加工主要分为三种,即变形加工方式、结合加工方式与去除加工方式。变形加工方式中,借助力、分子运动、热量等使零件变形,其形状、大小、性能通常都会发生变化,该方式包括锻压、铸造等;结合加工方式中,借助理化方法将其他材料附着、注人或焊接在零件表面中,该方式包括焊接、粘接、氧化、电镀等;去除加工方式即分离加工方式中,借助光照、电力、热量等将零件中的某一部分去除,该方式包括磨削、切削等。总之,加工方法不再局限于传统手段,而是增添了变形、堆积等新特点,另外,其还注重零件的表面处理,促进了表面加工技术的产生。

2精密机械加工工艺及其优点

相比于无屑工艺,精密机械加工(切削加工)具有较大的优点,这主要体现在其材料切除率高,且成本较低。对比切削加工与离子加工技术即可得到上述结论,为了确保离子加工技术的材料切除率,需要花费较大的能量。同时,切削加工能够使零件具备较高的精度。无屑工艺在工厂的大量生产中十分常见,但运用这项工艺之后,仍然需要切削加工来进行后续处理,从而保证零件形状符合要求。

切削加工已经在多个领域有多应用,因为当前机械制造对产量的要求有所下降,对尺寸与形状的要求逐渐上升,机械加工有了新的发展趋势。使用车床需要不同车削加工方法,然而磨削、切齿、铣削等过程可以在一台车床中进行,该工序集成的发展趋势较为显著。

3精密机械加工包含的内容

众所周知,精密机械加工中影响因素多,成本花费高,技术难度大,产品较为独特,其包含的内容有:

(1)加工材料。为了保证精密机械加工效果,选取的加工材料需要在化学性能、化学成分、加工性能等方面达到相关标准,并且其应性能稳定、质地均匀、较为完整,外在和内在都无缺陷。

(2)加工机理。一种是对传统加工工艺进行改造,实现其精密化;另一种是研究特种加工工艺。传统加工工艺包括精密砂带切削、精密高速切削、金刚石刀具切刚等,特种加工工艺包括激光束、电子束等高能束加工、光刻、电化学加工等,另外,利用符合加工机理的超声波琦磨、磁性研磨、电解研磨等加工工艺出现并得到发展。对加工机理开展相关研究能够为精密加工提供坚实的理论保障。

(3)质量检测。机械加工后需要利用检测技术得到零件的相关参数,检测方式可以分为离线检测、在线检测以及在位检测三种。

(4)加工设备。加工设备的完整可靠为精密机械加工的顺利进行奠定了基础,为此,机床需要达到高刚度、高精度的要求,并且具备优良的稳定性,能够实现自动化。其他设备包括金刚石砂轮、金刚石刀具、立方氮化硼刀具等,也应符合相关标准,确保加工质量。

(5)工作环境。温度、防振、湿度、放射线、电磁等因素都会影响工作环境,进而影响机械加工精度与产品质量。

4目前精密机械加工发展情况

目前精密加工的较高水平为:表面粗糙度不超过0.01μm ,形状公差不超过0.01 μm,尺寸公差不超过0.5μm~1μm。机床种类较多,包括超精密磨加工机、精密研磨机与精密铣床等,构成机床的零件包括弹性导轨,动、静压 轴承与导轨等,将磨科作为刀具,选用的材料为金刚石,精密直流伺服电机(微机用于自适应控制,闭环)与直流伺服电机(带有编码器用于逻辑控制,半闭式)为控制系统。从设计角度讲,CAD技术应用范围逐渐增大;从管理角度讲,新型生产模式的理论研究与实践探索加速了管理现代化进程。

5精密机械加工发展趋势

近几年,机械制造业对技术精度提出了高的要求,而精密加工是必然的发展方向。高精度有利于改善产品性能,增强产品质量与产品功能,提高产品稳定性,实现产品的小型化。因此,大力发展精密加工,才能使企业占据多的市场份额,提升竟争力。

制造产业的发展促进了精密机械加工的进步,使精密机械加工精度向微米级、亚微米级方面发展,未来普通加工技术、精密加工技术与超精密加工技术所能达到的精度分别为1μm, 0.01μm与1 nm,并且超精密加工技术已经在向0.1nm方向发展。加工精度的提高有利于实现制造装配的自动化,进而带动了相关产业的快速发展。