非球曲面的超精密加工工艺及加工系统的研究摘要水平可达分子级原子级，这就需要精密车床和精密磨床，锋利的刀具和砂轮。微量切削机理与般切削是有很大差别的，因为这时的切削厚度绩效，被吃刀量切削深度可能小于晶粒的大小，切削就在晶粒内进行，因此，切削不是在晶粒之间的破坏切削力定要超过晶体内部非常大的原子分子结合力，刀刃上所承受的切应力就急速地增加并变得非常大。如在切削低碳钢的情况下，刀刃上的切应力值接近材料的抗剪强度极限，当切削厚度在以下时，被切材料的切应力可达。刀刃在受到很大应力的同时，切削区会产生很大的热量刀刃切削处的温度会很高，要求刀具材料应有很高的高温强度和高温硬度。因此，只有超硬刀具材料，如金刚石立方氮化硼等才能胜任。微切削理论采用细粒度砂轮，用极小的修整导程砂轮轴向，即纵向进给量和修整深度精细修整砂轮，使磨粒表面微细破碎而产生微刃。从而，颗磨粒就形成了多颗磨粒，使磨粒变细，造成了微切削作用，得到了低粗糙度表面。图磨粒的微刃性和等高性滑挤摩擦抛光作用砂轮修整得到的微刃开始比较锐利，切削作用较强，随着磨削时间的增加而逐渐钝化，同时，等高性得到改善。这时，切削作用减弱，滑挤摩擦抛光作用加强。同时，磨削区的高温使金属软化，钝化微刃的滑擦和挤压将工件表面的凸峰辗平，降低了表面粗糙度。微刃的等高切削作用砂轮精细修整所形成的微刃，分布在砂轮表层上，具有很好的等高性，从而使加工表面的磨削残留高度极小，且均匀而无过深的划痕，降低了表面粗糙度。脆性材料的延性域磨削在定的条件下，脆性材料通过精密磨削能产生无裂纹无缺陷的表面，这种加工称为延性域磨削。目前延性域磨削作为硬脆材料高质量高精度零件的重要加工方法已引起工业界的特别关注，特别是在生产结构陶瓷零件的镜面磨削领域中起着日益重要的作用。为控制加工表面裂纹的产生，发展了延性域磨削技术。年，明确提出加工脆性材料的延性域磨削新工艺，认为采用高刚度高分辨率精密磨床，通过控制进给率，就可使硬脆材料以延性域模式去除材料。对延性域磨削方式的定义是基于脆性材料被磨表面的破碎表面相对面积率，定义的延性域磨削方式下，被磨表面的破碎表面面积率为及以下。在磨削陶瓷等硬脆材料时，如果把磨削深度控制在相应的量级，则脆性材料在磨削过程中的去除机制可由脆性去除变为延性流动。实现脆性材料延性域精密磨削加工的条件是，砂轮单个磨粒的最大切削深度应小于脆性材料的临界切削厚度，如公式所示。其中为材料的弹性模量为材料的显微硬度为材料的断裂韧性公式应考虑实际磨削条件影响，需进行模型系数的修正。从理论分析可知，砂轮平均磨粒尺寸砂轮速度工件速度以及磨削深度等因素是影响脆性材料延性域磨削的重要因素。此外，为了实现稳定的延性域方式去除，对机床主轴回转精度剐度机床导轨的运动精度进给控制系统的分辨率砂轮修整等都有很高的要求。选择合适磨削参数，使磨粒实际磨削深度小于临界切削深度，可在延性域磨削过程中形成磨削加工表面。第章超精密非球曲面加工方案选择及误差分析.超精密非球曲面磨床的总体布局本课题的超精密磨床拟由现有的亚微米超精密车床改装而成。在改装后该机床不仅能够实现非球曲面精密磨削加工，而且仍具有超精密车削加工的功能。本机床的总体结构,简图如图所示。其结构主要包括以下几个部分。伺服电机，主轴电机，激光测量系统，向气浮溜板磁性联轴节，主轴箱，气浮主轴，真空吸盘，伺服电机激光测量系统,向气浮溜板，磨头，工件图超精密机床机构示意图空气主轴系统它采用了主轴电机与主轴分体式设计方案，空气主轴由经改装过的带空气静压轴承的直流电机并通过磁性联轴节带动空气主轴转动，主轴和轴承均采用白色的密玉材料制成，其主轴的回转精度小于.,主轴径向刚度不小于,轴向刚度不小于,导轨径向刚度不小于,工件则通过真空吸盘吸附而夹紧。伺服进给系统图中纵