精密加工是实现高精度航空产品最终性能的关键工艺技术。
精密加工技术
机械产品精密和超精密制造的技术方法。
- 英文名称
- precision machining technology
- 所属学科
- 航空宇航科学与技术
起源于原始社会,追求更高的制造精度是人类永恒的主题。但是直到近代才出现了真正意义上的精密加工,最典型的例子就是镗床的发明。自1769年J.瓦特取得实用蒸汽机专利后,汽缸的加工精度是蒸汽机能否得到实际应用的关键问题。1774年,英国人J.威尔金森发明的炮筒镗床,可用于加工瓦特蒸汽机的汽缸体。正是由于加工精度的不断提高才促使蒸汽机的大规模应用,从而推动了第一次工业革命的发展。
精密加工技术随着时代的发展在不断进步,从远古的人类用敲击和研磨的方法制造出第一件石器工具开始,人类文明的进步就一直伴随着制造技术的进步。到了现代,制造技术更获得了飞速的发展,精密加工技术正是在这种背景下获得了快速发展。在第一次工业革命时,机械零件的制造精度是毫米级(mm),现代达到微米级(µm)及亚微米级已很普遍。在200年间,机械加工精度提高了三个数量级。当前普通加工、精密加工和超精密加工的前沿已分别趋近1.00微米、0.01微米和1.00纳米。超精密加工正在逼近“加工精度的极限”——原子尺度(见图)。
精密加工技术的目的是实现机械产品最终的制造精度,达到设计要求。精密加工通常在粗加工、半精加工之后,是产品制造流程中最终加工环节;精密加工主要目标是达到设计精度要求。精密加工技术覆盖了航空产品制造的各个领域,如仪器仪表、惯性导航器件、液压伺服系统、轴承、发动机叶片等。精密、超精密加工所涉及的主要技术指标包括几何尺寸精度(尺寸公差和形位误差)、表面质量(表面粗糙度等)。关于精密加工的具体含义还没有一个准确的定义,表中列出的只是多数人公认的指标。随着技术的发展,精密加工技术的指标也在不断丰富。
级别 | 尺寸精度 /mm | 表面粗糙度Ra/mm | 加工技术 |
微米级 | 1~10.00 | 0.40~0.04 | 精密加工 |
亚微米级 | 1~0.01 | 0.04~0.005 | 超精密加工 |
纳米级 | <0.01 | <0.005 | 纳米加工 |
精密加工的方法很多,如精密车削、精密铣削、精密镗削、精密磨削、精密研磨等。近现代,各种先进制造技术融合到精密制造技术中,如采用金刚石刀具的超精密切削加工、在线电解修整(ELID)镜面磨削、超光滑表面研抛、离子束加工、磁流变抛光等多种方法。在传统的超精密切削加工精度不断提高的同时,人们还发展了各种新的精密、超精密特种加工技术,如精密电火花加工技术、精密激光加工技术、精密电解加工技术、以精密电铸为基础的LIGA工艺制造技术、精密增材制造技术(又称3D打印技术)、光刻制造技术、纳米制造技术等。