精密和超精密加工技术_期末复习资料

第一章

1.一般工厂能稳定掌握的加工精度是1μm。通常将加工精度在0.1—1μm，表面粗糙度在0.02—0.1μm之间的加工方法称为精密加工；而将加工精度高于0.1μm，表面粗糙度小于0.01μm之间的加工方法称为超精密加工。

2.20世纪五十年代精密加工能达到的精度水平3-5um，超精密加工达到的精度是1um。到20世纪70年代后期，精密加工达到的精度水平是1um，超精密加工达到的精度是0.1um，而现在精密加工达到的精度水平是0.1um，超精密加工达到的精度已是0.01-0.001um

3.精密加工和超精密加工目前包含三个领域：①超精密切削，如超精密金刚石切削。②精密和超精密磨削研磨，如解决大规模集成电路基片的加工。③精密特种加工，如电子束、离子束加工。P4

4.实现超精密切削加工，不仅需要超精密的机床设备和刀具，也需要超稳定的环境条件，还需要运用计算机技术进行实时检测，反馈补偿。

5.金刚石刀具的超精密切削加工技术，主要应用于两个方面：单件的大型超精密零件的切削加工何大量生产的中小型零件的超精密切削加工技术。P5

6.金刚石刀具有两个比较重要的问题：①晶面的选择。②金刚石刀具的研磨质量。

7.最小切削厚度：能稳定切削的最小有效切削厚度。1nm

8.工件材料对超精密切削有重要影响。主要原因：①表面出现不纯物，造成不规则的空穴和划伤。②结晶的晶界出现阶梯。③加工工件有残留变形和残留应力。④对金刚石刀具的亲和性、产生粘接现象等。⑤由于晶体材料的各项异性，影响切削变形和加工表面质量P7

9.超精密加工研究的主要内容包括：①超精密切削、磨削的基本理论和工艺。②超精密设备的关键技术、精度、动特性和热稳定性。③超精密加工的

精度检测、在线检测和误差补偿。④超精密加工的环境条件。⑤超精密加工的材料。P9

第二章

1.现在超精密切削是使用精密的单晶天然金刚石刀具加工有色金属和非金属，可以直接切出超光滑的加工表面。P10

2.超精密切削实际选择的切削速度，通常根据所选使用的超精密机床的动态特性和切削

系统的动态特性选取，即选择

震动最小的转速。在加工批量

小时可选低转速，在批量大要

求生产率高时可选用高转速。

P11

3.天然金刚石刀具用于超精密

切削，破损或磨损而不能继续

使用的标志是加工粗糙度超

过定值。金刚石道具的寿命平

时以其切削路程的长度计。

P11

4.超精密切削时道具的磨损和

寿命：用天然单晶金刚石刀具

对有色金属进行超精密切削，

如切削条件正常，刀具无意外

损伤，这是刀具磨损慢，刀具

寿命极高；切削时破损或磨损

而不能继续使用的标志为加

工表面粗糙度超过规定值；金

刚石刀具的寿命以切削路程

的长度计，如果切削条件正

常，金刚石的耐用度可达数百

千米。

5. 【简答】超精密切削时切

削参数对积屑瘤生成的影响：

①切削速度：：所有速度范围

内均有积屑瘤产生，切削速度

很低时积屑瘤高度最高，切削

速度＞314m/min时积屑瘤较

小而稳定。②进给量和背吃刀

量：：进给量很小时，积屑瘤

的高度较大。F=5μm/r时积

屑瘤高度最小，f再增大时由

切削温度变化而引起积屑瘤

高度稍有增加。背吃刀量＜25

μm时积屑瘤高度变化不大，

大于25μm后积屑瘤高度随

进给率增加而增加。P14

6.超精密切削时切削参数对积

屑廇生成的的影响：

.

1)所有速度范围内，包含很高的

切削速度都有积屑瘤产生，但

切削速度的变化将影响积屑

瘤的高度；由上图看到当切削

速度v较低时，积屑瘤高度

h0最高，而当v＞314m/min

时，积屑瘤较小且趋于稳定。

这说明，低速时，适于积屑瘤

生长，h0比较稳定；中速时

h0不稳定

2)上面右图给出了不同进给量f

对积屑瘤高度h0的影响。当f

很小时，积屑瘤的高度h0较大，

在f=5um/r时h值最小，f再增

大时，h0稍有增加；

3）在被吃刀量a p＜25um时，积

屑瘤的高度h o变化不大，但在

a p＞25um后，积屑瘤高度h0将

随a p值的增加而增加

【简答）超精密切削时积屑瘤对

切削力和加工表面粗糙度的

影响：积屑瘤高时切削力大，

积屑瘤小时切削力小。积屑瘤

高度大，表面粗糙度大；积屑

瘤小时加工表面粗糙度亦小。

P15

7.使用切削液可减小积屑瘤，减

小加工表面粗糙度。P15

8.切削速度对表面质量的影响：

在机床、刀具、环境条件都符

合时，从极高到极低的切削速

度都能得到粗糙度很小的加

工表面。（影响不大）p16

9.切削刃形状对加工表面粗糙

度影响：刀具有直线修光刃时

可减少残留面积，减小加工表

面的粗糙度。圆弧刃车刀可切

出高质量的超光滑表面。P17

10.超精密切削时金刚石刀具切

削刃峰锐度对切削变形和加

工表面质量的影响如何？

用金刚石刀具进行超精密切

削切削刃锋锐度对切削变形

有很大影响，特别是在被吃刀

量和进给量较小的时候，用锋

锐金刚石刀具切削时，切削变

形系数明显低于用较钝的刀

具切削时的切削变形系数。用

锋锐的r n=0.3um的金刚石刀

具切削时加工表面残余应力

要比用较钝的rn=0.6um的刀

具切削时低得多。实际切削达

到的最小切削厚度：以纳米级

的连续稳定切削，h Dmin=1nm。

P22

11.超精密切削对刀具的要求：

①极高的硬度、耐磨性和弹性

模量。②切削刃钝圆能磨得极

为锋锐。③切削刃无缺陷。④

和工件材料的抗粘结性好、化

学亲和性小、摩擦因数低p28

12.金刚石属于立方晶系，常遇

到的天然单晶金刚石为8面

体和12面体，有时也会遇到

6面体或其他晶型，他们都具

有3根4次对称轴，4根3次

对称轴，6根2次对称轴。人

造单晶金刚石常为6面体、8

面体和12面体。

P30

图 1

图 2

图3

金刚石晶体有三个主要晶面

（100），（111），（110）；上图

为八面体的晶面晶轴图。8面

体有八个（111）面围成的外

表面。在8面体中，两个对应

4个面相交点的连线是四次

对称轴，和四次对称轴垂直的

各面为（100）晶面（见图1）。

（111）晶面的法线方向是三

次对称轴（见图2），每两相

对棱边的中点的连线方向是

2次对称轴，和2次对称轴垂

直的是（110）晶面

13.网面：晶体内部分布着有原

子的面，也称晶面。P31面网

密度：面网单位面积上的原子

数。P32.解理现象：晶体受到

定向的机械力作用时，可以沿

平行于某个平面平整的劈开

的现象P33

14.磨削率：单位载荷和单位线

速度下的磨削体积。P33

15.好磨方向：高切削率的方向。

难磨方向：低切削率的方向。

P34

16.解理现象：当垂直于（111）

面得拉力超过某特定值时，两

相邻的（111）面分离，产生

解理劈开的现象。P35

17.在外力作用下，（110）面最

易破损，（111）面次之，（100）

面最不易破损，所以选用

（100）面作为金刚石刀具的

前面和后面。P36

（110）面的磨削力最高，最容

易磨，（110）晶面的磨削力次

之，（111）晶面磨削力最低，

最不容易磨

18.金刚石刀具的磨损主要是机

械磨损

19. 【简答】金刚石定向：

①人工目测定向。②X射线晶

体定向。③激光晶体定向。（设

备价格低，操作方便，直观，

定向精度满足要求。（原理：

利用金刚石在不同结晶方向

上晶体结构不同，对激光反射

而形成的衍射团不同而进行

定位）P36

定向最好的是激光晶体定向

20.有选用（100）晶面作为前面

和后面的，也有选（110）晶

面做前面或后面的

21。选（110）晶面做前面或后面的理由：①加工容易，研磨效率高。

②认为其摩擦因数低，可提高刀具寿命。我们推荐金刚石刀具的前面应选（100）晶面P42

22.选（100）晶面做前面或后面的理由：①耐磨性高于（110）晶面，刀具寿命长。②微观破损强度高于（110）晶面，切削刃有较高微观强度。③切削变形小，有利于提高表面加工质量。P42

23.金刚石刀具的结构：金刚石

固定在小刀头上，小刀头用螺丝

或压板固定在车刀刀杆上P43

24.金刚石在小刀头上的固定方

法：①机械固定。②粉末冶金

固定。③粘结或钎焊固定。P43

第三章

1.精密和超精密磨料加工是利

用细粒度的磨粒和微粉对黑

色金属、硬脆材料等进行加

工，得到高加工精度和小表面

粗糙度值。P47

2.精密和超精密磨料加工可分

为固结磨料和游离磨料

3.用烧结方法形成的砂轮、砂

条、油石等称为固结磨具。用

涂覆方法形成的砂带称为涂

覆磨具或涂敷磨具。P48

4.游离磨料加工：在加工时，磨

粒或微粉不是固结在一起，而

是成游离状态。P48

5.磨料分为两种;刚玉系、碳化物

系磨料和超硬磨料

6.超硬磨料磨具为什会成为精

密加工和超精密加工的主要

工具之一？

1)磨具在形状和尺寸上易于保

持，使用寿命高，磨削精度高

2)磨料本身磨损少，可较长时间

保持切削性，修整次数少，易

于保持精度。

3）磨削时一般工件温度较低，因此可以减小内应力、裂纹和

烧伤等缺陷

6.磨料从其粒度考虑可分为磨

粒和微分；对于精密磨削和超

级精密磨削，其粒度选择应根

据加工要求，被加工材料，磨

料材料等决定，影响最大的是

被加工表面粗糙度、被加工材

料和生产率粒度号越大加工

表面粗糙度值越小，但生产率

也可能越低

7.涂覆磨具是将磨料用粘结剂

均匀地涂覆在纸、布或其他复

合材料基底上的磨具，又称涂

敷磨具。常用的有砂纸、纱布、

砂带、沙盘、纱布叶轮和纱布套等。P50

8. 【简答】涂覆方法：制造

方法有①重力落纱法：先将粘

结剂涂覆在基底上，再靠重力将沙粒均匀的喷洒在图层上，经烘干去浮面沙粒并裁剪后可制成涂覆磨具产品。全自动化，成本低。②涂敷法：先将沙粒和粘结剂进行充分均匀的混合，然后利用胶辊将沙粒和粘结剂混合物均匀地涂敷在基底上。精密和超精密加工中所用涂覆磨料多用涂敷法加工。③静电植沙法：沙袋通过60000V两极板之间，利用静电作用将沙粒吸附在以涂胶的基底上。砂带切削性强加工质量好。P51

9.超精密磨削机理可归纳为三点：微刃的微切削作用，微刃的等高切削作用，微刃的滑挤、摩擦、抛光作用

10.砂轮修整方法：①单粒金刚石修整②金刚石粉末烧结型修整器修整③金刚石超声波休整P53金刚石超声波休整又分为：点接触法和面接触法

11.磨精密床满足的要求：高几何精度，低速进给运动的稳定性，减少振动

12.超硬磨料砂轮：主要指金刚石砂轮和立方氮化硼（CBN）砂轮。P56 13.超硬磨料砂轮磨削特点：①可用来加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料。CBN可切削黑色金属。②磨削能力强、耐磨性好、寿命高。③磨削力小，磨削温度低，加工表面质量好，无烧伤、裂痕和组织变化。④磨削效率高。⑤加工成本低。P56

14.修整通常包括：整形和修锐

两个过程

15超硬磨料砂轮休整的方法：

①车削法。②磨削法。③滚压

挤轧法。④喷射法。⑤电加工

法。⑥超声波振动修整法。P57

16.超精密磨削磨削液选择：①

磨削硬质合金时普遍采用煤

油，但不宜采用乳化液；树脂

结合剂砂轮不宜采用苏打水。

②立方氮化硼砂轮磨削时采

用油性液为磨削液，一般不采

用水溶性液。P61

17.超精密磨削是近年来发展起

来的有最高加工精度、最小表

面粗糙度的砂轮磨削方法。

18.镜面磨削一般是指加工表面

粗糙度达到0.02——0.01μ

m，表面光泽如镜的磨削方

法。P62

19.砂轮的平横有两种类型：静

平衡和动平衡

20.砂带磨削方式、特点、应用

范围：①磨削方式：：闭式沙

带磨削、开式砂带磨削。②特

点：：工件表面质量较高、有

较好的切削性、磨削效率高、

制作方便，无烧结东平很等问

题，成本低、广阔的工艺性和

应用范围。③应用范围：：外

圆、内圆、平面和成形表面。

p67

第四章

1.美国LLL实验室DTM-3大型

超精密车床：最大零件φ

2100mm，重量4500kg。半径

方向形状精度：27.9nm，圆度、

平面度12.5nm，加工表面粗

糙度<=4.2nm。技术特性：检

测系统、主轴与导轨、导轨运

动系统的驱动与控制、恒温控

制及底座。P82

2.美国LLL实验室大型光学金

刚石车床（LODTM）：机床采

用立式结构，……p83

3.1983-1984研制成功的两大金

刚石超精密车床DTM-3和

LODTM是世界公认的水平

最高的

4.精密主轴部件是超精密机床

保证加工精度的核心，主轴要

求达到极高的回转精度，转动

平稳无振动，其关键在于所用

的精密轴承；精密轴承又包括

液体静压轴承和空气静压轴

承

5.空气静压轴承主轴典型结构：

①圆柱径向轴承和端面止推空

气静压轴承。②双半球空气轴承

主轴。③前部用双球形，后部用

圆柱径向空气轴承的主轴。④立

式空气轴承。⑤大平面铣床的主

轴轴承。P87

6、机床主轴和轴承的材料选取

首先应考虑不易磨损，其次材料

应不易生锈腐蚀，第三材料要稳

定，并且线膨胀系数小

7.主轴的驱动方式：①电机通过

带传动驱动机床主轴。②电机

通过柔性连轴器驱动机床主

轴。③采用内装式同轴电动机

驱动机床主轴。P90

8.超精密机床的总体布局：①十

字形滑板工作台布局。②T型

布局。③。R-θ布局。④偏心

圆转角布局。⑤立式结构布

局。P91

9.精密滚珠丝杠副的结构原理：

①原理：滚珠在丝杠和螺母的

螺纹槽内滚动，因此f很小，

丝杠的螺纹槽通过精磨可达

到很高精度，滚珠在螺母内有

再循环通道，因此行程长度不

受限制。②连接：丝杠和伺服

电动机相连，螺母则和工作台

相连。p98

10.微量进给机构结构形式：①

机械传动或液压传动式。②弹

性变形式。③热变形式。④流

体膜变形式。⑤磁致伸缩式。

⑥电致伸缩式。P101

11. MSG-325激光检测系统原

理：双频激光发生器发出的激

光经分光镜分成两路，分别测

z向和x向的位移。测量系统

除移动的测量反射镜是安装

在移动部件随主轴箱和刀架

移动之外，其余整个测量系统

是固定安装在花岗岩床身上

的。Z、X向互不干扰提高测

量精度P106

机床的稳定性;1)各部件的尺寸

稳定性好2）结构刚性高，变

形小

12.减少机床内部震动：①各机

床部件应经过动平衡。②提高

机床结构的抗震性③机床结

构的易震部分人为加入阻尼，

减小振动④使用震动衰减能

力强的材料制造机床结构件

P108

第五章

1.检测技术的发展：①提高精度

的测量方法和测量仪器的发

展。②精密在线自动检测技术

的发展。③测量数据的自动采

集处理技术的发展。P115

2.精密测量的环境条件：①恒温

条件。②隔振条件。③气压、

自重、运动加速度和其他环境

条件。P116

3.圆度测量方法：①直径法。②

圆周界限量规。③顶尖上旋转

法。④V形块法。⑤三点侧头

法。⑥圆度仪法。⑦三点法。

P124

4.激光测量应用范围：可测量长

度、小角度、直线度、平面度、

垂直度等，还可测量速度、位

移、震动、表面微观形貌等。

P130

5.单频/双频激光测量原理……

p130

第六章在线检测与误差补偿

1.精度检测可分为：离线检测、

在线检验和在线检测。P137

2.误差补偿：在机械加工中出现

的误差采用修正、抵消、均化、

“钝化”等措施使误差减小或

消除。P139

3.误差补偿分类：①实时与非实

时误差补偿。②软件与硬件误

差补偿。③单项与综合误差补

偿。④单维与多维误差补偿。

P141

4.微位移机构分：①机械类微位

移机构。②液压类微位移机

构。③电动类微位移机构。

P150

精密和超精密加工的应用和发展趋势

精密和超精密加工的应用和发展趋势 [摘要]本文以精密和超精密加工为研究对象，对世界上精密和超精密加工的应用和发展趋，势进行了分析和阐释，结合我国目前发展状况，提出今后努力方向和发展目标。 【关键词】精密和超精密加工；精度；发展趋势 精密和超精密制造技术是当前各个工业国家发展的核心技术之一，各技术先进国家在高技术领域(如国防工业、集成电路、信息技术产业等)之所以一直领先，与这些国家高度重视和发展精密、超精密制造技术有极其重要的关系。超精密加工当前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，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01μm的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展。超精密加工技术在国际上处于领先地位的国家有美国、英国和日本。这些国家的超精密加工技术不仅总体成套水平高，而且商品化的程度也非常高。 美国是开展超精密加工技术研究最早的国家，也是迄今处于世界领先地位的国家。早在20世纪50年代末，由于航天等尖端技术发展的需要，美国首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，称为“SPDT技术”（Single Point Diamond Turning）或“微英寸技术”（1微英寸＝0.025μm），并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床。用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面非球面大型零件等等。如美国LLL实验室和Y－12工厂在美国能源部支持下，于1983年7月研制成功大型超精密金刚石车床DTM－3型，该机床可加工最大零件￠2100mm、重量4500kg的激光核聚变用的各种金属反射镜、红外装置用零件、大型天体望远镜（包括X光天体望远镜）等。该机床的加工精度可达到形状误差为28nm（半径），圆度和平面度为12.5nm，加工表面粗糙度为Ra4.2nm。 在超精密加工技术领域，英国克兰菲尔德技术学院所属的克兰菲尔德精密工程研究所（简称CUPE）享有较高声誉，它是当今世界上精密工程的研究中心之一，是英国超精密加工技术水平的独特代表。如CUPE生产的Nanocentre（纳米加工中心）既可进行超精密车削，又带有磨头，也可进行超精密磨削，加工工件的形状精度可达0.1μm，表面粗糙度Ra<10nm。 日本对超精密加工技术的研究相对于美、英来说起步较晚，但是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家。日本的研究重点不同于美国，是以民品应用为主要对象。所以日本在用于声、光、图象、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件的超精密加工技术方面，是更加先进和具有优势的，甚至超过了美国。 我国的精密、超精密加工技术在20世纪70年代末期有了长足进步，80年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件。北京机床研究所是国内进行超

超精密加工技术论文

超精密加工技术简介论文 学校：XXXXX 学院：XXXX 班级：XXXXX 专业：XXXXX 姓名：XXXX 学号：XXXX 指导教师：XXX

目录 目录 .......................................................................................................................................... - 2 - 一、概述................................................................................................................... - 1 - 1、超精密加工的内涵...................................................................................... - 1 - 2.、发展超精密加工技术的重要性................................................................. - 1 - 二、超精密加工所涉及的技术范围....................................................................... - 2 - 三、超精密切削加工............................................................................................... - 3 - 1、超精密切削对刀具的要求.......................................................................... - 3 - 2、金刚石刀具的性能特征.............................................................................. - 3 - 3、超精密切削时的最小切削厚度.................................................................. - 3 - 四、超精密磨削加工............................................................................................... - 4 - 1、超精密磨削砂轮.......................................................................................... - 4 - 2、超精密磨削砂轮的修整.............................................................................. - 4 - 3、磨削速度和磨削液...................................................................................... - 5 - 五、超精密加工的设备........................................................................................... - 5 - 六、超精密加工的支撑环境................................................................................... - 6 - 1、净化的空气环境.......................................................................................... - 6 - 2、恒定的温度环境.......................................................................................... - 6 - 3、较好的抗振动干扰环境.............................................................................. - 7 - 七、超精密加工的运用领域................................................................................... - 7 - 八、超精密加工的现状及未来发展....................................................................... - 7 - 1、超精密加工的现状...................................................................................... - 7 - 2、超精密加工的发展前景.............................................................................. - 8 - 总结：....................................................................................................................... - 9 - 参考文献：.....................................................................................错误!未定义书签。

精密和超精密加工论文

精密和超精密加工论文 一、精密和超精密加工的概念与范畴 通常，按加工精度划分，机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。目前，精密加工是指加工精度为1~0.1?;m，表面粗糙度为Ra0.1~0.01?;m的加工技术，但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。精密加工所要解决的问题，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。精密加工包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。 a.砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。 b.精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。 c.珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达Ra0.4~0.1?;m，最好可到Ra0.025?;m，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。 d.精密研磨与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025?;m加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，

精密和超精密加工技术复习思考题答案

精密和超精密加工技术复习思考题答案 第一章 1.试述精密和超精密加工技术对发展国防和尖端技术的重要意义。 答：超精密加工技术在尖端产品和现代化武器的制造中占有非常重要的地位。国防方面，例如：对于导弹来说，具有决定意义的是导弹的命中精度，而命中精度是由惯性仪表的精度所决定的。制造惯性仪表，需要有超精密加工技术和相应的设备。 尖端技术方面，大规模集成电路的发展，促进了微细工程的发展，并且密切依赖于微细工程的发展。因为集成电路的发展要求电路中各种元件微型化，使有限的微小面积上能容纳更多的电子元件，以形成功能复杂和完备的电路。因此，提高超精密加工水平以减小电路微细图案的最小线条宽度就成了提高集成电路集成度的技术关键。 2.从机械制造技术发展看，过去和现在达到怎样的精度可被称为精密和超精密加工。 答：通常将加工精度在0.1-lμm，加工表面粗糙度在Ra 0.02-0.1μm之间的加工方法称为精密加工。而将加工精度高于0.1μm，加工表面粗糙度小于Ra 0.01μm的加工方法称为超精密加工。 3.精密和超精密加工现在包括哪些领域。 答：精密和超精密加工目前包含三个领域： 1)超精密切削，如超精密金刚石刀具切削，可加工各种镜面。它成功地解决了高精度陀螺仪，激光反射镜和某些大型反射镜的加工。 2)精密和超精密磨削研磨。例如解决了大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘等的加工。 3)精密特种加工。如电子束，离子束加工。使美国超大规模集成电路线宽达到0.1μm。 4.试展望精密和超精密加工技术的发展。 答：精密和超精密加工的发展分为两大方面：一是高密度高能量的粒子束加工的研究和开发；另一方面是以三维曲面加工为主的高性能的超精密机械加工技术以及作为配套的三维超精密检测技术和加工环境的控制技术。 5.我国的精密和超精密加工技术和发达国家相比情况如何。 答：我国当前某些精密产品尚靠进口，有些精密产品靠老工人于艺，因而废品率极高，例如现在生产的某种高精度惯性仪表，从十几台甚至几十台中才能挑选出一台合格品。磁盘生产质量尚未完全过关，激光打印机的多面棱镜尚不能生产。1996年我国进口精密机床价值达32亿多美元(主要是精密机床和数控机床)。相当于同年我国机床的总产值，某些大型精密机械和仪器国外还对我们禁运。这些都说明我国必须大力发展精密和高精密加工技术。 6.我目要发展精密和超精密加工技术，应重点发展哪些方面的内容。

超精密加工技术

精密加工 通常，按加工精度划分，机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。目前，精密加工是指加工精度为1~0.1μm，表面粗糙度为Ra0.1~0.01μm的加工技术，但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。 精密加工所要解决的问题，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。 精密及超精密加工-分类 1、传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。 a.砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。 b.精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。 c.珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达Ra0.4~0.1μ;m，最好可到Ra0.025μ;m，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。 d.精密研磨与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025μ;m加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。 e.抛光是利用机械、化学、电化学的方法对工件表面进行的一种微细加工，主要用来降低工件表面粗糙度，常用的方法有：手工或机械抛光、超声波抛光、化学抛光、电化学抛光及电化学机械复合加工等。手工或机械抛光加工后工件表面粗糙度Ra≤0.05μ;m，可用于平面、柱面、曲面及模具型腔的抛光加工。超声波抛光加工精度0.01~0.02μ;m，表面粗糙度Ra0.1μ;m。化学抛光加工的表面粗糙度一般为Ra≤0.2μ;m。电化学抛光可提高到Ra0.1~0.08μm。 2、精密加工包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。 微细加工技术是指制造微小尺寸零件的加工技术； 超微细加工技术是指制造超微小尺寸零件的加工技术，它们是针对集成电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绝对值来表示，而不是用所加工尺寸与尺寸误差的比值来表示。 光整加工一般是指降低表面粗糙度和提高表面层力学机械性质的加工方法，不着重于提高加工精度，其典型加工方法有珩磨、研磨、超精加工及无屑加工等。实际上，这些加工方法不仅能提高表面质量，而且可以提高加工精度。精整加工是近年来提出的一个新的名词术语，它与光整加工是对应的，是指既要降低表面粗糙度和提高表面层力学机械性质，又要提高加工精度(包括尺寸、形状、位置精度)的加工方法。 3、超精密加工就是在超精密机床设备上，利用零件与刀具之间产生的具有严格约束的相对运动，对材料进行微量切削，以获得极高形状精度和表面光洁度的加工过程。当前的超精密加工是指

超精密加工技术的发展与展望资料

精密与特种加工技术 结课论文 题目：超精密加工技术的发展与展望指导教师：沈浩 学院：机电工程学院 专业：机械工程 姓名：司皇腾 学号：152085201020

超精密加工技术的发展与展望 摘要:超精密加工是多种技术综合的一种加工技术,是获得高形状精度、表面精度和表面完整性的必要手段。根据当前国内外超精密加工技术的发展状况,对超精密切削、磨削、研磨以及超精密特种加工及复合加工技术进行综述,简单地对超精密加工的发展趋势进行预测。精密加工技术发展方向是：向高精度、高效率方向发展；向大型化、微型化方向发展；向加工检测一体化方向发展；机床向多功能模块化方向发展。本世纪的精密加工发展到超精密加工历程比较复杂且难度大，目前超精密加工日趋成熟，已形成系列，它包括超精密切削、超精密磨削、超精密研磨、超精密特种加工等。在不久的将来，精密加工也必将实现精密化、智能化、自动化、高效信息化、柔性化、集成化。创新思想及先进制造模式的提出也必将为精密与超精密技术发展提供策略。环保也是机械制造业发展的必然趋势。 关键词:加工精度;超精密加工技术;超精密特种加工;纳米技术;复合加工 【引言】 精密加工和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶段，往往我们一提到超精密这个词，就会觉得它很神秘，但同任何复杂的高新技术一样，经过一段时间的熟悉和掌握，都会被大众所了解，也就不再是所谓的高科技了，超精密加工也是这样。实际上，如果拥有超精密的加工设备，并且在其它相关技术和工艺上能匹配，经过一段时间的实践之后，就能很好地掌握它，但这需要一个过程。超精密加工领域集成了很多IT、机械以及电气控制方面的技术，设备方面的操作和使用也非常复杂，所以，只有在对它有很深的理解之后才能把它用好。 通常按加工精度划分,可将机械加工分为一般加工、精密加工、超精密加工。在不同的历史阶段,不同的科学技术水平下,对超精密加工有不同的定义,由于生产技术的不断发展,划分的界限不断变化。过去的超精密加工对今天来说可能已经是普通加工了,所以对其划分的界限是相对的,而且在具体数值上至今没有确切的界限。现阶段通常把被加工零件的尺寸精度和形位精度达到零点几微米,表面粗糙度优于百分之几微米的加工技术称为超精密加工技术[1],也可以理解为超精密加工就是在超精密机床设备上,利用零件与刀具之间产生的具有严格约束的相对运动,对材料进行微量切削,以获得极高形状精度和表面光洁度的加工过程,其精度从微米到亚微米,乃至纳米。超精密加工技术是现代高技术战争的重要支撑技术,是现代高科技产业和科学技术的发展基础,是现代制造科学的发展方向[2]。 超精密加工技术综合应用了机械技术发展的新成果及现代光电技术、计算机技术、测量技术和传感技术等先进技术。同时,作为现代高科技的基础技术和重要组成部分,它推动着现代机械、光学、半导体、传感技术、电子、测量技术以及材料科学的发展进步。超精密加工在现代武器和一些尖端产品制造中具有举足轻重的地位,是其它一些加工方法无可替代的,它不仅可以应用于国防,而且可以广泛地应用于比较高端的民用产品中,是衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志。 1、超精密加工技术的发展历史 精密超精密加工技术的起源从一定意义上可以上溯到原始社会：当原始人类学会了制作具有一定形状且锋利的石器工具时，可以认为出现了最原始的手工研

超精密机械加工技术发展及应用

超精密机械加工技术发 展及应用 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-

超精密机械加工技术发展及应用超精密机械加工技术作为微光学元件的一种制造方法，具有很多其他传统方法所不具有的优点。本文回顾了超精密机械加工技术的发展，展望了其在微光学元件加工中的应用潜力。 1微光学概述 1.1定义与名称 微光学是一门属于多门前沿学科交叉领域的新兴科学。微光学借助于微电子工业技术的最新研究成果，是国际上最前沿研究方向之一，并具有广泛的应用前途。微光学元件（MOC），指面形精度可达亚微米级，表面粗糙度可达纳米级的自由光学曲面及微结构光学元件。自由光学曲面包括有回转轴的回转非球面（如抛物面、渐开面等），和没有任何对称轴的非回转非球面，如Zernike像差方程曲面。微结构是指具有特定功能的微小表面拓扑形状，如凹槽、微透镜阵列等，如图1所示（图1略）的微金字塔结构表面。这些结构决定了对光线的反射，透射或衍射性能，便于光学设计者优化光学系统，减轻重量，缩小体积。典型微光学元件如全息透镜、衍射光学元件（DOE）和梯度折射率透镜等，将这些微光学元件应用在各种光电子仪器中，可以使光电子仪器及其零部件更加小型化、阵列化和集成化。 1.2微光学元件的应用 微光学元件是制造小型光电子系统的关键元件，它具有体积小、质量轻、造价低等优点，并且能够实现普通光学元件难以实现的微小、阵

列、集成、成像和波面转换等新功能。随着系统小型化不断的成为一种趋势，几乎在所有的工程应用领域中，无论是现代国防科学技术领域，还是普通的工业领域的应用前景。军用方面，西方国家在70年代以后研制和生产的军用光电系统，如军用激光装置、热成像装置、微光夜视头盔、红外扫描装置、导弹引导头和各种变焦镜头，均已在不同程度上采用了非球面光学零件。在一般民用光电系统方面，自由非球面零件可以大量地应用到各种光电成像系统中。如飞机中提供飞行信息的显示系统；摄像机的取景器、变焦镜头；红外广角地平仪中的锗透镜；录像、录音用显微物镜读出头；医疗诊断用的间接眼底镜，内窥镜，渐进镜片等。微结构光学元件应用更是广泛，如光纤连接器中的微槽结构，液晶显示屏的微透镜阵列，及用于激光扫描的F-theta镜片，激光头的分光器等，这些微结构光学元件在很多我们日常使用的产品中都有应用，比如手机、掌上电脑、CD和DVD等。 1.3微光学元件加工方法 由于受应用需求的驱动，对微光学元件加工技术的研究也在不断深入，出现了多种现代加工技术，如电子束写技术、激光束写技术、光刻技术、蚀刻技术、LIGA技术，复制技术和镀膜技术等，其中最为成熟的技术是蚀刻技术和LIGA技术。这些技术基本都是从微电子元器件的微细加工技术发展而来，但与电子原件不同，三维成型精度和装配精度对光学元件来说是至关重要的，将会直接影响其性能，因此这些方法各自都有它自身的缺陷和使用的局限性。如由于视场深度的限制，光刻技术仅限于二微结构和小深宽比三维结构的加工；采用牺牲层蚀刻技术，虽然

浅析超精密加工机床现状及展望

浅析超精密加工机床现状及展望 张建锋学号：11309017 (汕头大学机械工程学院广东) 摘要：本文主要讨论超精密加工以及加工机床的发展历程、国内外现状、关键技术要点以及展望。通过对超精密加工机床的现状和难点分析，总结了未来超精密加工机床的发展趋势，并且具体给出了超精密加工机床的重点需要突破革新的要点和对策。 关键字：超精密加工、超精密加工机床、精度、效率。 0 前言 超精密加工技术是20世纪60年代为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的需要而发展起来的精度极高的一种加工技术。超精密加工技术是现代制造技术之一，它与传统加工在加工方法、加工精度等方面有着本质的区别，是零件加工精度和质量的飞跃。超精密加工是世界科技发展的重要前沿领域，主要包含有超精密制造、超精密检测、超精密环境控制及其各类辅助研究分支。大部分仪器系统和设备都是通过机床加工出来的，如隐形眼镜就是用超精密数控车床加工而成的。目前隐形眼镜的加工工艺主要有三种：分别是旋转成型工艺、切削成型工艺和模压成型工艺。计算机硬盘驱动器、光盘和复印机等高技术产品的很多精密零件都是用超精密加工手段制成。当现有加工设备不能满足零件加工要求时，必然要设计新设备，这就是我们经常提起的超精密机床的研究，而超精密加工机床的结构设计是其中最关键的技术之一。一个高精密机床的设计不仅仅是机械部门一个单元能完成的，它受到材料、物理、设计和工艺水平等多个环节和整个系统的综合影响。本文主要从超精密加工的起源、内涵、影响因素、研究方向和对策等方面来阐述超精密加工机床结构。 1 超精密加工相关知识概述 超精密加工目前尚没有统一的定义，在不同历史时期，不同的科学技术发展水平的情况下，有不同的理解。通常我们认为一定尺寸的被加工零件的尺寸精度和形位精度达到零点几微米，表面粗糙度优于百分之几微米的加工技术为超精密

《精密与超精密加工技术》知识点总结

《精密与超精密加工技术》知识点总结 1.加工的定义：改变原材料、毛坯或半成品的形状、尺寸及表面状态，使之符合规定要求的各种工作的统称。规定要求：加工精度和表面质量。 2.加工精度：是指零件在加工以后的几何参数（尺寸、形状、位置）与图纸规定的理想零件的几何参数相符合的程度。符合程度越高，加工精度则越高。 3.表面质量：指已加工表面粗糙度、残余应力及加工硬化。 4.精密加工定义：是指在一定时期，加工精度和表面质量达到较高程度的加工技术（工艺）。 5.超精密加工：是指在一定时期，加工精度和表面质量达到最高程度的加工技术（工艺）。 6.加工的划分普通加工（一般加工）、精密加工和超精密加工。普通加工：加工精度在1μm 以上（粗加工IT13～IT9、半精加工IT8～IT7、精加工IT6～IT5），粗糙度Ra0.1-0.8μm。加工方法：车、铣、刨、磨等。适用于:普通机械（汽车、拖拉机、机床）制造等。 精密加工：加工精度在1～0.1μm ，粗糙度Ra0.1μm 以下（一般Ra0.1～0.01μm ）的加工方法。加工方法：车削、磨削、研磨及特种加工。适用于：精密机床、精密测量仪器等中的关键零件的制造。 超精密加工：加工精度在0.1～0.01μm ，粗糙度小于Ra0.01μm（Ra0.01～Ra0.001μm）的加工方法。 加工方法：金刚石刀具超精密切削、超精密磨削、超精密特种加工。适用于：精密元件的制造、计量标准元件、集成电路等的制造。 7.精密加工影响因素 8.切削、磨削加工：精密切削和磨削、超精密切削与磨削。 9.特种加工：是指一些利用热、声、光、电、磁、原子、化学等能源的物理的，化学的非传统加工方法。 10.精密加工和超精密加工的发展趋势：向高精度方向发展、向大型化，微型化方向发展、向加工检测一体化发展、研究新型超精密加工方法的机理、新材料的研究。 11.精密加工和超精密加工的特点：形成了系统工程它是一门多学科的综合高级技术；它与特种加工关系密切传统加工方法与非传统加工方法相结合；加工检测一体化在线检测并进行实时控制、误差补偿；与自动化技术联系密切依靠自动化技术来保证；与产品需求联系紧密加工质量要求高、技术难度大、投资大、必须与具体产品需求相结合。 12.金刚石刀具是超精密切削中的重要关键。金刚石刀具有两个比较重要的问题：一是晶面的选择，因为金刚石晶体各向异性；二是研磨质量，也就是刃口半径，因为影响变形和最小切削厚度。 13.检测技术是超精密切削中一个极为重要的问题。超精密加工要求测量精度比加工精度高一个数量级。 14.超精密加工必须在超稳定的加工环境条件下进行：恒温条件、防振条件。恒温：20℃±(1～0.02)℃恒湿：35﹪～45﹪空气净化、防振等。 15.金刚石分类：天然金刚石和人造金刚石两大类（碳的同素异形体）。 16.金刚石晶体的三种晶面晶体——原子具有规则排列的物体。晶体中各种方位上的原子面 叫晶面。晶体中各种方位上的原子列叫晶向。金刚石晶格中有三种重要晶面，(100),(110),(111)。 17.金刚石晶体具有强烈的各向异性不同晶面，不同方向性能有明显差别；金刚石刀具的晶面选择直接影响切削变形和加工表面质量；金刚石晶体和铝合金、紫铜间的摩擦系数在0.06～0.13之间，而

精密与超精密加工技术

精密与超精密加工技术综述 0 前言 就先进制造技术的技术实质性而论，主要有精密和超精密加工技术和制造自动化两大领域 1 。前者包括了精密加工、超精密加工、微细加工，以及广为流传的纳米加工，它追求加工上的精度和表面质量的极限，可统称为精密工程；后者包括了设计、制造和管理的自动化，它不仅是快速响应市场需求、提高生产率、改善劳动条件的重要手段，而且是提高产品质量的有效方式。两者有密切联系，许多精密和超精密加工要靠自动化技术才能达到预期目标，而不少制造自动化则有赖于精密加工才能达到设计要求。精密工程和制造自动化具有全局性的、决策性的作用，是先进制造技术的支柱。 精密和超精密加工与国防工业有密切关系。导弹是现代战争的重要武器，其命中精度由惯性仪表的精度所决定，因而需要高超的精密和超精密加工设备来制造这种仪表。例如，美国“民兵”型洲际导弹系统的陀螺仪其漂移率为0.03～0.05°/h ，加速度计敏感元件不允许有0.05μm的尘粒，它的命中精度的圆概率误差为500m；MX战略导弹(可装载10个核弹头)，由于其制导系统陀螺仪精度比“民兵—Ⅲ”型导弹要高出一个数量级，因而其命中精度的圆概率误差仅为50～150m。对射程4000km的潜射弹道导弹，当潜艇的位置误差对射程偏差的影响为400m、潜艇速度误差对射程偏差的影响为800m、惯性平台的垂直对准精度对射程偏差的影响为400m时，要求惯性导航的陀螺仪的漂移精度为0.001°/h、航向精度在1′以上、10小时运行的定位精度为0.4～0.7海里，因此，陀螺元件的加工精度必须达到亚微米级，表面粗糙度达到Ra0.012～0.008μm。由此可知，惯性仪表的制造精度十分关键。如1kg重的陀螺转子，其质量中心偏离其对称轴为0.5nm时，就会造成100m的射程误差和50m的轨道误差；激光陀螺的平面反射镜的平面度为0.03～ 0.06μm ，表面粗糙度要求为Ra0.012μm以上；红外制导的导弹，其红外探测器中接受红外线的反射镜，其表面粗糙度要求达到Ra0.015～0.01μm［2］。 航天、航空工业中，人造卫星、航天飞机、民用客机等，在制造中都有大量的精密和超精密加工的需求，如人造卫星用的姿态轴承和遥测部件对观测性能影响很大。该轴承为真空无润滑轴承，其孔和轴的表面粗糙度要求为Ry0.01μm，即1nm，其圆度和圆柱度均要求纳米级精度。被送入太空的哈勃望远镜(HST)，可摄取亿万千米远的星球的图像，为了加工该望远镜中直径为2.4m、重达900kg的大型反光镜，专门研制了一台形状精度为0.01μm的加工光学玻璃的六轴CNC研磨抛光机。据英国Rolls-Royce公司报道，若将飞机发动机转子叶片的加工度，由60μm提高到12μm、表面粗糙度由Ra0.5μm减少到0.2μm，发动机的加速效率将从89%提高到94%；齿轮的齿形和齿距误差若能从目前的3～6μm，降低到1μm，则其单位重量所能传递的扭距可提高近1倍。 当前，微型卫星、微型飞机、超大规模集成电路的发展十分迅猛，涉及微细加工技术、纳米加工技术和微型机电系统(MEMS)等已形成微型机械制造。这些技术都在精密和超精密加工范畴内，与计算机工业、国防工业的发展直接相关。 1 精密和超精密加工的技术内涵 精密加工和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶段，通常，按加工精度划分，可将机械加工分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。由于生产技术的不断发展，划分的界限将逐渐向前推移，过去的精密加工对今天来说已是普通加工，因此，其划分的界限是相对的，且在具体数值上至今没有固定。 1.1 精密加工和超精密加工的范畴 当前，精密加工是指加工精度为1～0.1μm、表面粗糙度为Ra0.1～0.025μm的加工技术；超精密加工是指加工精度高于0.1μm、表面粗糙度Ra小于0.025μm的加工技术，因此，超精密加工又称之为亚微米级加工。但是，目前超精密加工已进入纳米级精度阶段，故出现了纳米加工及其相应的技术 从精密加工和超精密加工的范畴来看，它应该包括微细加工、超微细加工、光整加工、精整加工等加工技术。 微细加工技术是指制造微小尺寸零件的加工技术；超微细加工技术是指制造超微小尺寸零件的加工技术，它们是针对集成电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绝对值来表示，而不是

超精密加工技术的发展现状与趋势

超精密加工技术的发展现状与趋势 一、精密和超精密加工的概念与范畴 通常，按加工精度划分，机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。目前，精密加工是指加工精度为1~0.1?;m，表面粗糙度为Ra0.1~0.01?;m的加工技术，但 这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。精密加工所要解决的问题，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况；二是加 工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。精密加工包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。 1.1砂带磨削 用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。 1.2精密切割 也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。 1.3珩磨 用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达Ra0.4~0.1?;m，最好可到Ra0.025?;m，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、 韧性好的有色金属。 1.4精密研磨与抛光 通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求 的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方 法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025?;m加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配 偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。 二、精密加工的发展现状 2.1精密成型加工的发展现状与应用 精密成型加工的发展现状与应用精密铸造成形、精密模压成形、塑性加工、薄板精密成形 技术在工业发达国家受到高度重视，并投入大量资金优先发展。70年代美国空军主持制

我对精密超精密加工技术的认识

我对精密超精密加工技 术的认识 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

我对精密超精密加工技术的认识目前，精密、超精密技术在我国的应用已不再局限于国防尖端和航空航天等少数部门，它已扩展到了国民经济的许多领域，应用规模也有较大增长。计算机、现代通信、影视传播等行业，现都需要精密、超精密加工设备，作为其迅速发展的支撑条件。计算机磁盘、录像机磁头、激光打印机的多面棱镜、复印机的感光筒等零部件的精密、超精密加工，采用的都是高效的大批量自动化生产方式。 传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达~μ;m，最好可到μ;m，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。精密研磨与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤μ;m加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。抛光是利用机

超精密加工技术

超精密加工技术 ----发展及对策 超精密加工技术，是现代机械制造业最主要的发展方向之一。在提高机电产品的性能、质量和发展高新技术中起着至关重要的作用，并且已成为在国际竞争中取得成功的关键技术。超精密加工是指亚微米级(尺寸误差为0.3～0.03μm，表面粗糙度为Ra0.03～0.005μm)和纳米级(精度误差为0.03μm，表面粗糙度小于Ra0.005μm)精度的加工。实现这些加工所采取的工艺方法和技术措施，则称为超精加工技术。加之测量技术、环境保障和材料等问题，人们把这种技术总称为超精工程。 超精密加工主要包括三个领域： 1、超精密切削加工如金刚石刀具的超精密切削，可加工各种镜面。它已成功地解决了用于激光核聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜的加工。 2、超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盘的涂层表面加工和大规模集成电路基片的加工。 3、超精密特种加工如大规模集成电路芯片上的图形是用电子束、离子束刻蚀的方法加工，线宽可达0.1μm。如用扫描隧道电子显微镜(STM)加工，线宽可达2～5nm。 国外概况 美国是最早研制开发超精密加工技术的国家。早在1962年，美国就开发出以单点金刚石车刀镜面切削铝合金和无氧铜的超精密半球车床，其主轴回转精度为0.125μm，加工直径为φ100mm的半球，尺寸精度为±0.6μm，粗糙度为Ra0.025μm。1984年又研制成功大型光学金刚石车床，可加工重1350kg，φ1625mm的大型零件，工件的圆度和平面度达0.025μm，表面粗糙度为Ra0.042μm。在该机床上采用多项新技术，如多光路激光测量反馈控制，用静电电容测微仪测量工件变形，32位机的CNC系统，用摩擦式驱动进给和热交换器控制温度等。 美国利用自己已有的成熟单元技术，只用两周的时间便组装成了一台小型的超精密加工车床(BODTM型)，用刀尖半径为5～10nm的单晶金刚石刀具，实现切削厚度为1nm (纳米)的加工。尽管如此，最近美国政府还是继续把微米级和纳米级的加工技术作为国家的关键技术之一，这足以说明美国对这一技术的重视。 英国是较早从事超精加工技术研究的国家之一。从1979年起，开发用于制造X射线望远镜的金属反射镜的立式超精密金刚石刀车床。要求反射镜的精度在30mm 范围内的表面凹凸达到6nm以下，整个镜面的形状精度达1μm以下。该机床为保证超精加工，采用了许多新技术。例如采用封装合成花岗岩作为机床基础(总重48t)，永久磁铁型DC力矩马达驱动的X轴和Z轴，径向和轴向的回转精度为0.1μm，空气轴承支承的旋转工作台，分辨率为0.015μm的HP5501型激光干涉仪，由HP9826型计算机等构成的X轴、Z轴工件尺寸及形状精度的测量补偿系统，压电式刀具微进给装置，16位CNC控制系统等。英国在80年代初就已开始实施纳米计划，成立了纳米技术战略委员会。Cranfield理工学院是世界上第二个能制造出用于大型超精密加工机床的高刚度(2kN/μm)气浮精密轴

超精密加工技术详解

超精密加工技术 ——试论述AFM，接触式粗糙度测量仪及白光干涉仪对表面粗糙度的测试原理及应用范围 1.1 AFM对表面粗糙度的测试原理 AFM 是一种类似于STM 的微观技术，它的许多元件和STM是共同的，如用于三维扫描的电压陶瓷系统以及反馈控制器等。它和STM 最大的不同是用一個对微弱作用力极其敏感的微观臂针尖代替了STM隧 道针尖，并以探测原子间的微小作用力(Vander Walls’ Force)代替了STM 的微小穿透电流。因为这样所以AFM 不在像STM 局限于样品必须为导体才行，AFM 适用于导体和非导体，它的应用范围比STM 广泛的多，因此AFM为目前最被广泛应用在工业界的扫描探针式显微术。但值得注意的是AFM 的解析度并沒有STM 来的的好！AFM的探针,一般是利用半导体工业的平面制程方法一体成行的。为了使探针有原子级的解析度，探针乃呈角锥形，使顶端只具有一颗或数颗稳定原子；为使探针具高灵敏的原子力感应度，角锥形探针底部乃连接与一杠杆的前缘，此杠杆弯曲程度将反映出原子力的大小。为测量弯曲度的大小，常用的方法是打一雷射光与悬臂上，而反射回來的雷射光則利用一能区分光点位置的感光二极体来接收，如此便能得到悬臂受原子力弯曲的程度，进而得到原子力图像。(AFM工艺由美国与萨诸塞州Dynetics公司开发的Dynaflow磨料流加工工艺(AFM)是一种强迫含磨料的介质在工件表面或孔中往复运动的金属精加工工艺, 它 具有广泛的应用前景。AFM当最先出现时, 它主要用于清除金属件中

难于到达的内通道及相交部位的毛刺。它特别适用于加工难加工合金材料制成的结构复杂的航空元件。近年来, 它已被用于精加工流体动力元件中表面粗糙度要求达0.127μm的不能接近的内表面。AFM的基本原理：介质速度最大时, 磨光的能力也最大。这里, 夹具的结构起着重要作用, 它决定着介质速度在何处最大。夹具用于使工件定位和建立介质流动轨迹, 是精加工所选择部位而不触及相邻部位的关键所在。AFM的分类﹕ (1)接触式﹕利用探针和待测物表面之原子力交互作用(一定要接触)，此作用力(原子间的排斥力)很小，但由于接触面积很小，因此过大的作用力仍会损坏样品，尤其对软性材质，不过较大的作用力可得较佳分辨率，所以选择较适当的作用力便十分的重要。由于排斥力对距离非常敏感，所以较易得到原子分辨率。 (2) 非接触式﹕为了解决接触式之AFM 可能破坏样品的缺点，便有非接触式之AFM 被发展出来，这是利用原子间的长距离吸引力来运

超精密加工的主要方法

研究生课程考核试卷 科目：先进制造技术教师：周忆 姓名：张林刚学号：20110713312 专业：机械设计及理论 上课时间：2011年12 月至2012 年 1 月 阅卷评语： 阅卷教师(签名)

超精密加工的主要方法 -机设一班张林刚20110713312 超精密加工技术是20世纪60年代发展和完善起来的，现已成为当代高技术产品的关键制造技术。近20年来，超精密加工不仅进入到国民经济的各个领域，而且正从单件小批生产方式走向规模生产，可以预见，随着新产品的不断涌现，超精密加工的应用范围将进一步扩大。而我国超精密加工技术起步较晚，技术水平与发达国家相比也有一定差距，因此，寻求超精密加工新的方法并探讨其影响因素就成为目前迫在眉睫的问题。 一、超精密加工技术简介 目前，超精密加工是指精度在0.1～0.01μm，表面粗糙度Ra 值在0.03～0.05μm 的加工技术，如金刚石刀具超精密切削、超精密磨料加工、超精密特种加工和复合加工等。它适用于精密元件、计量标准元件、大规模和超大规模集成电路的制造。而且，超精密加工的精度正处在亚纳米级工艺，日趋向纳米级工艺发展。 二、超精密加工方法 根据加工方法的机理和特点，超精密加工方法可以分为去除加工、结合加工和变形加工三大类，如表1 所示。 下面对三类超精密加工方法分别加以分析。 （一）去除加工 去除加工又称为分离加工，是从工件上去除一部分材料，传统的机械加工方法，如车削、铣削、磨削、研磨和抛光，以及特种加工中的电火花加工、电解加工等，均属这种加工方法。 （二）结合加工 结合加工利用物化方法，将不同材料结合在一起。按结合的机理不同，它又分为附着、注入和连接加工三种。1.附着加工又称为沉积加工，是在工件表面上覆盖一层物质，是一种弱结合，其中典型的加工方法是镀；2.注入加工又称为渗入加工，是在工件表面上注入某些元素，使之与基体材料产生物理化学反应，是具有共价键、离子键、金属键的强结合，用以改变工件表层材料的力学机械性质，如渗碳、渗氮等；3.连接加工将两种相同或不同材料通过物化方法连接在一起。