打造制造強(qiáng)國的精密加工技術(shù)

制造業(yè)是一個(gè)國家或地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱， 所謂先進(jìn)制造技術(shù)，就是將機(jī)械工程技術(shù)、電子信息技術(shù)（包括微電子、光電子、計(jì)算機(jī)軟硬件、現(xiàn)代通信技術(shù)） 和自動(dòng)化技術(shù)， 以及材料技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)綜合集成的生產(chǎn)技術(shù)。先進(jìn)制造技術(shù)追求的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、精確、省料、節(jié)能、清潔、高效、靈活生產(chǎn)， 滿足社會(huì)需求。

精密加工技術(shù)是為適應(yīng)現(xiàn)代高技術(shù)需要而發(fā)展起來的先進(jìn)制造技術(shù)，是其它高新技術(shù)實(shí)施的基礎(chǔ)。精密加工技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了機(jī)械、液壓、電子、半導(dǎo)體、光學(xué)、傳感器和測(cè)量技術(shù)以及材料科學(xué)的發(fā)展。

精密和超精密加工

通常，按加工精度劃分，機(jī)械加工可分為一般加工、精密加工、超精密加工三個(gè)階段。目前，精密加工是指加工精度為1~0.1μ;m，表面粗糙度為Ra0.1~0.01μ;m的加工技術(shù)，但這個(gè)界限是隨著加工技術(shù)的進(jìn)步不斷變化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。

精密加工所要解決的問題，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面狀況；二是加工效率，有些加工可以取得較好的加工精度，卻難以取得高的加工效率。

超精密加工就是在超精密機(jī)床設(shè)備上，利用零件與刀具之間產(chǎn)生的具有嚴(yán)格約束的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)材料進(jìn)行微量切削，以獲得極高形狀精度和表面光潔度的加工過程。當(dāng)前的超精密加工是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm，以及所用機(jī)床定位精度的分辨率和重復(fù)性高于0.01μm的加工技術(shù)，亦稱之為亞微米級(jí)加工技術(shù)，且正在向納米級(jí)加工技術(shù)發(fā)展。

超精密加工包括微細(xì)加工、超微細(xì)加工、光整加工、精整加工等加工技術(shù)。

微細(xì)加工技術(shù)是指制造微小尺寸零件的加工技術(shù)；超微細(xì)加工技術(shù)是指制造超微小尺寸零件的加工技術(shù)，它們是針對(duì)集成電路的制造要求而提出的，由于尺寸微小，其精度是用切除尺寸的絕對(duì)值來表示，而不是用所加工尺寸與尺寸誤差的比值來表示。

光整加工一般是指降低表面粗糙度和提高表面層力學(xué)機(jī)械性質(zhì)的加工方法，不著重于提高加工精度，其典型加工方法有珩磨、研磨、超精加工及無屑加工等。實(shí)際上，這些加工方法不僅能提高表面質(zhì)量，而且可以提高加工精度。精整加工是近年來提出的一個(gè)新的名詞術(shù)語，它與光整加工是對(duì)應(yīng)的，是指既要降低表面粗糙度和提高表面層力學(xué)機(jī)械性質(zhì)，又要提高加工精度(包括尺寸、形狀、位置精度)的加工方法。

精密加工的技術(shù)手段

傳統(tǒng)的精密加工方法有布輪拋光、砂帶磨削、超精細(xì)切削、精細(xì)磨削、珩磨、研磨、超精研拋技術(shù)、磁粒光整等。

1、拋光

是利用機(jī)械、化學(xué)、電化學(xué)的方法對(duì)工件表面進(jìn)行的一種微細(xì)加工，主要用來降低工件表面粗糙度，常用的方法有：手工或機(jī)械拋光、超聲波拋光、化學(xué)拋光、電化學(xué)拋光及電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工等。

2、砂帶磨削

是用粘有磨料的混紡布為磨具對(duì)工件進(jìn)行加工，屬于涂附磨具磨削加工的范疇，有生產(chǎn)率高、表面質(zhì)量好、使用范圍廣等特點(diǎn)。國外在砂帶材料及制作工藝上取得了很大的成就，有了適應(yīng)于不同場(chǎng)合的砂帶系列，生產(chǎn)出通用和專用的砂帶磨床，而且自動(dòng)化程度不斷提高，但國內(nèi)砂帶品種少，質(zhì)量也有待提高，對(duì)機(jī)床還處于改造階段。

3、精密切削

用高精密的機(jī)床和單晶金剛石刀具進(jìn)行切削加工，主要用于銅、鋁等不宜磨削加工的軟金屬的精密加工，還具有較好的光學(xué)性質(zhì)。

精準(zhǔn)機(jī)械切削加工

4、超精密磨削

用精確修整過的砂輪在精密磨床上進(jìn)行的微量磨削加工，金屬的去除量可在亞微米級(jí)甚至更小，可以達(dá)到很高的尺寸精度、形位精度和很低的表面粗糙度值。尺寸精度0.1~0.3μm，表面粗糙度Ra0.2~0.05μm，效率高。應(yīng)用范圍廣泛，從軟金屬到淬火鋼、不銹鋼、高速鋼等難切削材料，及半導(dǎo)體、玻璃、陶瓷等硬脆非金屬材料，幾乎所有的材料都可利用磨削進(jìn)行加工。 但磨削加工后，被加工的表面在磨削力及磨削熱的作用下金相組織要發(fā)生變化，易產(chǎn)生加工硬化、淬火硬化、熱應(yīng)力層、殘余應(yīng)力層和磨削裂紋等缺陷。

5、珩磨

用油石砂條組成的珩磨頭，在一定壓力下沿工件表面往復(fù)運(yùn)動(dòng)，加工后的表面粗糙度可達(dá)Ra0.4~0.1μm，最好可到Ra0.025μm，主要用來 加工鑄鐵及鋼，不宜用來加工硬度小、韌性好的有色金屬。

6、精密研磨與拋光

通過介于工件和工具間的磨料及加工液，工件及研具作相互機(jī)械摩擦，使工件達(dá)到所要求的尺寸與精度的加工方法。

精密研磨拋光機(jī)

超精密加工的技術(shù)手段

超精密切削加工如金剛石刀具的超精密切削，可加工各種鏡面。它已成功地解決了用于激光核聚變系統(tǒng)和天體望遠(yuǎn)鏡的大型拋物面鏡的加工。 超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盤的涂層表面加工和大規(guī)模集成電路基片的加工。超精密特種加工如大規(guī)模集成電路芯片上的圖形是用電子束、離子束刻蝕的方法加工，線寬可達(dá)0.1μm。如用掃描隧道電子顯微鏡(STM)加工，線寬可達(dá)2～5nm。

我國超精密光學(xué)零件加工技術(shù)

1、超精密切削

超精密切削以SPDT技術(shù)開始，該技術(shù)以空氣軸承主軸、氣動(dòng)滑板、高剛性、高精度工具、反饋控制和環(huán)境溫度控制為支撐，可獲得納米級(jí)表面粗糙度。多采用金剛石刀具銑削，廣泛用于銅的平面和非球面光學(xué)元件、有機(jī)玻璃、塑料制品(如照相機(jī)的塑料鏡片、隱形眼鏡鏡片等)、陶瓷及復(fù)合材料的加工等。未來的發(fā)展趨勢(shì)是利用鍍膜技術(shù)來改善金剛石刀具在加工硬化鋼材時(shí)的磨耗。此外，MEMS組件等微小零件的加工需要微小刀具，目前微小刀具的尺寸約可達(dá)50～100 μm，但如果加工幾何特征在亞微米甚至納米級(jí)，刀具直徑必須再縮小，其發(fā)展趨勢(shì)是利用納米材料如納米碳管來制作超小刀徑的車刀或銑刀。

2、超精密磨削

超精密磨削是在一般精密磨削基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種鏡面磨削方法,其關(guān)鍵技術(shù)是金剛石砂輪的修整,使磨粒具有微刃性和等高性。超精密磨削的加工對(duì)象主要是脆硬的金屬材料、半導(dǎo)體材料、陶瓷、玻璃等。磨削后,被加工表面留下大量極微細(xì)的磨削痕跡,殘留高度極小,加上微刃的滑擠、摩擦、拋光作用,可獲得高精度和低表面粗糙度的加工表面，當(dāng)前超精密磨削能加工出圓度0.01μm、尺寸精度0.1μm和表面粗糙度為Ra0.005μm的圓柱形零件。

3、超精密研磨

超精密研磨包括機(jī)械研磨、化學(xué)機(jī)械研磨、浮動(dòng)研磨、彈性發(fā)射加工以及磁力研磨等加工方法。超精密研磨的關(guān)鍵條件是幾乎無振動(dòng)的研磨運(yùn)動(dòng)、精密的溫度控制、潔凈的環(huán)境以及細(xì)小而均勻的研磨劑。超精密研磨加工出的球面度達(dá)0.025μm,表面粗糙度Ra達(dá)0.003μm。

4、超精密特種加工

超精密特種加工主要包括激光束加工、電子束加工、離子束加工、微細(xì)電火花加工、精細(xì)電解加工及電解研磨、超聲電解加工、超聲電解研磨、超聲電火花等復(fù)合加工。激光、電子束加工可實(shí)現(xiàn)打孔、精密切割、成形切割、刻蝕、光刻曝光、加工激光防偽標(biāo)志；離子束加工可實(shí)現(xiàn)原子、分子級(jí)的切削加工；利用微細(xì)放電加工可以實(shí)現(xiàn)極微細(xì)的金屬材料的去除,可加工微細(xì)軸、孔、窄縫平面及曲面；精細(xì)電解加工可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)精度,且表面不會(huì)產(chǎn)生加工應(yīng)力,常用于鏡面拋光、鏡面減薄以及一些需要無應(yīng)力加工的場(chǎng)合。

激光加工

精密和超精密加工，是現(xiàn)代制造業(yè)最主要的發(fā)展方向之一，并且已成為在國際競(jìng)爭(zhēng)中取得成功的關(guān)鍵技術(shù)。我國的制造業(yè)發(fā)展已進(jìn)入了高速發(fā)展階段，隨著國家決策的科學(xué)化、民主化進(jìn)程不斷深入，相信我國的制造業(yè)會(huì)更快速、更健康地發(fā)展。

精密加工技術(shù)也用在了高精度流量傳感器的制造生產(chǎn)中，上?？祬R研發(fā)生產(chǎn)的U-How?容積式旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)，測(cè)量精度達(dá)到1.0級(jí)，對(duì)各部件的加工精度要求極高，部件尺寸達(dá)到μ級(jí)精度。

U-How?康匯燃油流量計(jì)

U-How?康匯流量計(jì)是上?？祬R實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司，根據(jù)旋轉(zhuǎn)活塞式工作原理自主研發(fā)生產(chǎn)的，具有測(cè)量流速低、量程寬、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作安全可靠等特點(diǎn)的高精度流量傳感器。

工作原理

旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)，是屬于容積式流量計(jì)，它基于活塞與計(jì)量室一直保持的相切密封狀態(tài)。并有一個(gè)固定的偏心距計(jì)量元件活塞，在壓差的作用下，對(duì)活塞產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使活塞做偏心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，活塞的轉(zhuǎn)數(shù)正比于流體的流量，通過記數(shù)機(jī)構(gòu)記錄出活塞轉(zhuǎn)數(shù)，即可測(cè)得流體總流量。

旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)進(jìn)出口由隔板隔開。當(dāng)被測(cè)流體從進(jìn)口進(jìn)入計(jì)量室，這時(shí)進(jìn)出口形成壓差，迫使活塞逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)如圖a所示。流體連續(xù)流入，迫使活塞轉(zhuǎn)動(dòng)如圖b所示，形成二個(gè)半月牙腔體，在壓差作用下迫使活塞轉(zhuǎn)動(dòng)如圖c，V2流體從出口排出，使活塞轉(zhuǎn)動(dòng)如圖d所示，在壓差作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞每轉(zhuǎn)一周迸出的流體等于V1+V2的和。

工作原理圖

流量計(jì)爆炸圖：

產(chǎn)品參數(shù)

1、機(jī)械部分：

2、電子部分：

測(cè)量介質(zhì)：

可測(cè)量輕質(zhì)和中質(zhì)油料，如：汽油、柴油、煤油、石腦油、潤滑油

產(chǎn)品資質(zhì)

1. 發(fā)明專利：ZL201020504169.8流量傳感器

2. 國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心車輛檢測(cè)報(bào)告

3. 交通部委托北京計(jì)量院精度檢測(cè)報(bào)告

油耗監(jiān)控解決方案

應(yīng)用對(duì)象

1.發(fā)動(dòng)機(jī)：

火車、汽車、工程車、拖拉機(jī)、發(fā)電機(jī)組及內(nèi)河或近海航行的船舶中測(cè)量各類動(dòng)力機(jī)器的燃油消耗量，及各種較重液體的裝卸計(jì)量和管道過液計(jì)量。

2.燃燒器：

車載鍋爐、移動(dòng)鍋爐等設(shè)備的燃油消耗計(jì)量。

數(shù)據(jù)采集方式

通過采集流量計(jì)脈沖數(shù)據(jù)的方式，以RS485/RS232對(duì)接設(shè)備單位的系統(tǒng)集成

解決方案

實(shí)施案例

某大型石油集團(tuán)：

吊管機(jī)、移動(dòng)電站、多功能車、彎管機(jī)、空壓機(jī)等

某大型采油廠：

鍋爐車、清蠟車、超導(dǎo)車、水泥車、吊車等；

港口：

龍門吊、堆高機(jī)、正面吊、裝載機(jī)等

其它：

輪胎胎壓油耗測(cè)試；駕駛員駕駛技術(shù)比武；發(fā)動(dòng)機(jī)性能標(biāo)定

空壓機(jī)

鍋爐車