精密超精密加工技術(shù)的應(yīng)用

　　現(xiàn)代機(jī)械加工總體朝著高精度、高效率和專用的方向發(fā)展,高精度是以不斷提高產(chǎn)品制造精度和降低表面粗糙度為目標(biāo)。 
1 超精密加工在微光學(xué)元件中的應(yīng)用 
　　微光學(xué)是一門屬于多門前沿學(xué)科交叉領(lǐng)域的新興科學(xué)[7]。微光學(xué)元件（MOC） ，指面形精度可達(dá)亞微米級，表面粗糙度可達(dá)納米級的自由光學(xué)曲面及微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件。自由光學(xué)曲面包括有回轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)非球面（如拋物面、 漸開面等），和沒有任何對稱軸的非回轉(zhuǎn)非球面。微結(jié)構(gòu)是指具有特定功能的微小表面拓?fù)湫螤睿?nbsp;如凹槽、微透鏡陣列等，如圖4所示的微金字塔結(jié)構(gòu)表面。這些結(jié)構(gòu)決定了對光線的反射，透射或衍射性能，便于光學(xué)設(shè)計(jì)者優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)，減輕重量，縮小體積。 

　　由于受應(yīng)用需求的驅(qū)動，對微光學(xué)元件加工技術(shù)的研究也在不斷深入，出現(xiàn)了多種現(xiàn)代加工技術(shù)，如電子束寫技術(shù)、激光束寫技術(shù)、光刻技術(shù)、蝕刻技術(shù)、 LIGA 技術(shù)，復(fù)制技術(shù)和鍍膜技術(shù)等。另一種方法就是超精密機(jī)械加工方法，超精密機(jī)械加工技術(shù)是利用刀具改變材料形狀或破壞材料表層，以切削形式來達(dá)到所要求的的形狀。如單晶金剛石車削與銑削、磨削、快速切削和機(jī)械拋光等。 對微光學(xué)元件設(shè)計(jì)者和制造者來說，單晶金剛石超精密加工技術(shù)具有很多優(yōu)勢，比如，能夠加工真正的三維結(jié)構(gòu)； 加工零件的成形精度達(dá)亞微米級； 表面粗糙度達(dá)Ra值5nm，有些材料甚至可以達(dá)到1nm；能夠加工大深寬比的結(jié)構(gòu)等。因此， 在過去十幾年內(nèi)，超精密加工技術(shù)在微光學(xué)元件加工中的應(yīng)用實(shí)例也在逐漸增多。 
2 精密加工在航發(fā)葉片中的應(yīng)用  
　　當(dāng)前航空發(fā)動機(jī)從渦噴系列逐步發(fā)展到渦扇系列，葉片型面越來越復(fù)雜，葉身扭曲彎度變大，葉弦變寬、葉身越來越薄。零件形狀日趨復(fù)雜，而且對加工精度和表面質(zhì)量提出了更高的要求。葉片材料由鋁合金、不銹鋼發(fā)展為鈦合金、高溫合金，呈現(xiàn)硬度高、韌性大，讓刀嚴(yán)重，加工表面易變形等特點(diǎn)。

 

　　由于薄壁葉片加工存在較大的變形問題，這類葉片邊緣余量仍然采用手工拋光方法來去除，并靠截面樣板來保證葉片氣動形狀。由此導(dǎo)致的主要問題是：葉片的波紋度和截面形狀精度難以控制，嚴(yán)重影響發(fā)動機(jī)的氣動性能；葉片之間一致性差，影響發(fā)動機(jī)的動平衡性能；葉片內(nèi)應(yīng)力超過設(shè)計(jì)要求、表面完整性難以保證，影響發(fā)動機(jī)的運(yùn)行壽命。  國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)精鍛葉片邊緣加工通常是采用普通銑床切除毛坯上鍛造飛邊，而后采用手工打磨葉片的進(jìn)排氣邊，并通過投影的方法肉眼觀察打磨質(zhì)量。由于航空發(fā)動機(jī)葉片邊緣最小厚度不超過1mm，其截面曲線形狀為圓弧或者其它樣條曲線，采用手工打磨進(jìn)排氣邊，精度很難保證，容易出現(xiàn)弦長超差、方頭、截面曲面形狀及位置超差、不符合真實(shí)R型面要求等問題，導(dǎo)致葉片廢品率較高、產(chǎn)品一致性差等問題，嚴(yán)重制約了葉片的量產(chǎn)進(jìn)度和質(zhì)量 。  由于砂帶磨削同時兼有磨削和拋光的雙重作用，其工藝靈活和適應(yīng)性強(qiáng)，加上砂帶磨削具有彈性磨削的特點(diǎn)、在曲面型面平滑過渡方面有很好的擬合效果。利用砂帶磨削對航發(fā)葉片進(jìn)行精密磨削和拋光加工可有效解決此類曲面難加工的問題。