超精密加工技术的发展及对策

超精密加工技术的发展及对策

李圣怡戴一帆

l 超精密加工技术的特点及其应用

超精密加工目前尚没有统一的定义，在不同的历史时期，不同的科学技术发展水平情况下，有不同的理解。通常我们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。超精密加工的重要手段包括①超精密切削，如超精密金刚石刀具镜面车削、销削和铣削等；②超精密磨削、研磨和抛光；③超精密微细加工(电子束、离子束、激光束加工以及微硅器件的加工、LIGA技术等)。超精密加工技术市场是国家尖端技术集中的市场，它既是高代价、高投入的工艺技术，又是高增值、高回报的工艺技术，世界工业先进国家都把它放在国家技术和经济振兴的重要位置。试举几例。(1)超精密偶件加工例如，惯性导航仪器系统中的气浮陀螺的浮子及支架、气浮陀螺马达轴承等零件的尺寸精度、圆度和圆柱度都要求达到亚微米级精度；人造卫星仪器轴承是真空无润滑轴承，其孔和轴的表面粗糙度Rα达到1 nm，圆度和圆柱度均为纳米级精度，这些零件都是用超精密金刚石刀具镜面车削加工的。精密液压控制系统中的精密伺服阀的阀芯与阀套的配合精度也常在亚微米等级，它是用超精密磨削方法加工的。(2)超精密异形零件加工例如，航空高速多辨防滑轴承的内滚道／激光陀螺微晶玻璃腔体，都是用超精密数控磨削加工而成的。陀螺仪框架与平台是形状复杂的高精度零件，是用超精密数控铣床加工的。(3)超精密光学零件加工例如，激光陀螺的反射镜的平面度达0．05μm，表面粉糙度Rα达0．001μm、它是由超精密抛研加工、再进行镀膜而成，最终要求反射率达99．99％。—些高精度瞄准系统要求小型化，所以用少量非球面镜来代替复杂的光学系统。这些非球镜是用超精密车、磨、研、抛加工而成的。最近，二元光学器件的理论研究进展很大，二元光学器件的制造设备是专用的超精密加工设备。在民用方面，隐形眼镜就是用超精密数控车床加工而成的。计算机的硬盘、光盘、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的。(4)欺机电系统器件加工微机电系统(ME— MS)是从集成电路制造技术发展起来的新兴机电

产品，如微小型传感器、执行器等。硅光刻技术、LIGA技术和其它微细加工技术的生产设备、检测设备都是超精密加工的产品。

2超精密加工技术的发展及分析

超精密加工技术是以高精度为目标的技术，它必须综合应用各种新技术，在各个方面精益求精的条件下，才有可能突破常规技术达不到的精度界限，达到新的高精度指标。近20年来超精密加工技术在以下几个方面有很大的进展：①超精密加工机床技术；②超精密加工刀具及加工工艺技术；③超精密加工的测量与控制技术；④超精密加工环境控制(包括恒温、隔热、洁净控制等)。

2．1超精密加工机床的设计与制造技术

2．1．1世界超精密机床的现状与特点[1]

纵观40年超精密机床发展史，可以总结为两大特点：(1)大学和研究所保持着对超精密机床研究的持续热情，对高技术进行超前研究，对超精密机床产业化和商品化起着推动的作用例如，20世纪80年代，美国Union Carbide 公司、Moore公司和美国空军兵器研究所制定了一个以形状精度为0．1μm、直径为800mm的大型球面光学零件超精密加工为目标的超精密机床研究计划—— POMA(point one micrometer accuracy)计划[1]。这是一个里程碑式的研究计划。1984年，美国加州大学伯克利分校LLNL实验室成功研制的大型光学金刚石车床LODTM，是迄今为止精度最高的大型超精密机床[2]。该机床可加工直径为2．1 m，重为4．5t的工件。采用高压液体静压导轨，在1．07 m×1．12 m范围内直线度误差小于0．025μm(在每个溜板上装有标准平尺，通过测量和修正来达到)，位移误差不超过0．013μm(用氦屏蔽的激光干涉仪来测量和反馈控制达到)，主轴溜板运动偏摆小于0．057”(通过两路激光干涉仪测量、压电陶瓷修正来实现)。激光测量系统有单独的花岗岩支架系统，不与机床联结。油喷淋冷却系统可将油温控制在20℃土0．0025℃。采用摩擦驱动，推力可达1360N，运动分辨率达0．005μm。英国著名的Granfield大学精密工程研究所也先后研制出ORGM2500六轴数控超精密磨床，

Nanocenter250、Nanocenter600非球面光学零件车床和大型超精密金刚石镜面车床。(2)超精密机床模块化、系统化是超精密机床进入市场的重要技术手段在商品化实用超精密机床方面，世界最负胜名的是英国的Tarler／Hobson—Pneumo公司。该公司出产Optoform、Microform和Nanoform3个系列的超精密机床。典型产品Nanoform250车床系统采用空气静压主轴，其径向刚度、轴向刚度分别为88 N/μm和62N/μm，径向、轴向运动精度均达0．05μm。采用液体静压导轨，其水平直线度和垂直直线度分别为0.2μm／250 mm和0．5μm ／250 mm，定位精度为0．3μm／250 mm。数控系统采用Nanopath，分辨率为0．001μm。测量反馈系统采用光栅尺或激光干涉仪。分辨率分别为8．6 nm 和1．25nm。加工形面精度达0.2μm，表面粗糙度及n＜0．01μm。美国的Precitech公司是前PnGumo公司设计总工程师DonBrehm在1986年创立的。该公司只有60名雇员，生产Optimtlm系列6种超精密机床，销售全球，典型产品Optimum2400数控车床销售价为25万美元。德国的Kugler公司生产超精密飞切车床F 系列、微铣床D系列、微钻床B系列、金刚石磨床A系列、测量机MAE系列等多种超精密机床。还有一些公司，如美国的Anorad公司生产各种模块化工作台，可以满足用户用不同方式组成一维、二维和多维的超精密运动控制平台。由于有了模块化和构件化的技术，研制新的超精密制造设备的费用和周期大大下降，技术难度也下降。

2．1．2我国超精密机床的现状与技术发展

我国超精密机床的研制进行了数十年。北京机床研究所、航空部303所、哈尔滨工业大学、国防科学技术大学等单位都研究了自己的超精密机床，但是力量分散，不能形成产品系列和产业化气候。单项技术指标尽管很高。但总体技术水平落后，不足以满足我国超精密加工行业的需要，大部分还只是停留在研究型机床的状态，因此，工业界只能花大价钱购买国外产品。对此应采取以下举措：(1)超精密机床模块化设计制造与组织[2] 用数字化快速可重构的思想对超精密机床的设计与制造活动实现上层组织。设想有实力的高校、研究所、工厂与用户按市场机制组成资源有偿共享的虚拟企业，开展针对我国国情的超精密机床廉价化策略的研究，主要内容有模块化分类法、编码系统与标准化研究、概念设计与模块化分解、联结原则与方法、设计知识库支持系统和精度分析决策系统、单元模块设计制造与生产组织系统。该项技术是一项系统工程，一旦条件成熟就可以集中国内分散的力量，使新的精密设备的周期缩短、研制费用和技术难度大大下降。(2)模块化单元技术的基础研究超精密机床的基础模块和普通机床的模块差异很大，这是由于高精度要求所决定的。为了取得更高的精度，就必须从新原理、新材料、新方法等方面去另辟路径。例如，在超精密气浮轴系设计中，为了提高其承载能力，动静刚度和阻尼、多孔质材料节流方式、零柔度有源无源气浮控制、无节流孔气槽优化设计、球型气浮主轴等新技术在不断的研究中。高速主轴的动压行为、动平衡问题以及加热热管冷却系统解决主轴热伸长等技术都值得进行持久的研究。对于液体静压轴系，由于油压轴承具有承载能力大、阻尼大、动刚度好等优点，常用于超精密机床的直线导轨系统中。但由于它的热损耗大、驱动电机功率的冗余度增大，温度控制难度也随着增大，这就要求有高水平的油温控制系统(如油温控制到O．01℃)。去离子水液压轴承可以大大减少热损耗，用它制成的高速旋转主轴比油压轴承在热控制上有很大的优越性。在超精密机床的驱动技术方面，精密滚珠丝杠传动是主要方式，气浮丝杠、磁浮丝杠和液体静压丝杠可以进一步减少由于制造精度和接触刚度引起的5个自由度方向的运动误差，以及由于摩擦和反向间隙带来的非线性环节。摩擦传动技术运用于超精密机床传动中，可以取得平稳、无反向间隙、高运动分辨率的效果。近年来直线电机也开始用于超精密机床中，如Indramat公司宣称其直线电机传动定位精度为0．04μm，分辨率为0．01 μm，速度可达200m／min。超精密机床的其它模块，如床身与机座、数控与测量、微进给系统、装夹具系统，都有其特殊的要求，有大量的研究工作可做。

2．2超精密加工刀具及加工工艺技术

2.2．1 超精密金刚石镜面切削工艺

由于天然金刚石具有极大的硬度，可以制成极其锋利的刀具(刃口圆弧半径达几纳米到几十纳米)，因此可实现极薄层切削(纳米级)，从而获得非常好的表面加工质量。超精密车削和铣削(主要采用金刚石切削)已取得了很大的成功。金刚石刀具的刃磨与测量成了一项重要的研究课题。为了扩大金刚石刀具的应用范围，对硬脆材料、超软质材料、

黑色金属材料的超精切削机理和工艺的研究也十分重要，如大负前角金刚石车刀加工光学玻璃及硬脆半导体材料工艺、液氮深冷切削、富碳大气保护切削黑色金属工艺等。对于超精密非球面切削加工而言，要求数控跟踪精度高、刀具圆弧半径刃磨和测量的精度高，既要保证形状精度，又要达到高的表面质量。金刚石切削加超声波的工艺也值得研究。

2．2．2超精密磨削工艺

对于硬脆材料超精加工而言，一般都采用研磨抛光加工方法。在磨削加工中，为了使加工表面不产生脆性断裂现象，使材料以“塑性”流动方式去除，必须保证未变形切削，切削厚度小于脆性一塑性(或称延性)转换临界值。该临界值因材料而异，大约为0．1μm。能满足这种磨削条件的方式称为延性磨削方式。延性磨削方式要求超精密磨床具有优于0．1 μm的运动精度和足够的动刚度，要求微细磨粒砂轮能在磨削过程中保持足够锋利。延性磨削技术对平面光学玻璃加工可达到以前只能靠研磨抛光才能加工出来的水平。1987年日本学者大森整提出的在线电解砂

轮修整(electro!ytic in process dressing，ELID)方法，可以用于超精密延性磨削。ELID方法采用具有良好导电性和电解性的金属结合剂制成超微细粒度超硬磨料砂轮。砂轮在工作中接正电极，安装在机床上的修整电极为负电极，通过砂轮与电机之间浇注的电解液进行电化学作用，在线修整砂轮，使砂轮保持锋利。大森整[3]使用ELID 方法加工光学玻璃非球面透镜，面型精度达到0．2μm，表面粗糙度Rα达20nm。

2.2．3超精密研磨、抛光工艺

超精密研磨通常选用粒度大小只有几纳米的研磨微粉，对加工表面进行长时间的研磨以达到极高表面质量。超精密研磨机床的要求很高，例如航空精密机械研究所研制的超精密平面研磨机床，上下研磨盘采用液体静压支承，用静压油缸推动上磨盘运动，轴向重复定位精度优于0．2μm。在研磨机床上配有金刚石切削机构，可以对研磨盘进行加工。工件与磨盘保持固定的偏心距绕各自轴线旋转，磨盘用金属锡制成。在这台机床上，微晶玻璃片的研磨抛光实现了(λ／10一λ／15)／φ30 的平面度(λ为0．632μm)，0．37nm一0．52nm粗糙度的超精抛光[4]。对于非球面镜的磨削、研抛加工，近年来采用计算机控制光学表面成形(computercontrolled optical surfacing，CCOS)技术，即用计算机控制的方法，使得在单位时间内，加工面上某一点的材料去除量正比于磨盘压强及磨盘与加工点之间的相对速度。这种加工方法的实现难度很大。另外一些特种加工方法，如弹性发射加工方法(elastic emission machining，EEM)，等离子体化学气体加工方法(chemical vaporization machining，CVM)，也是有前途的超精密光整方法。

2．3超精密测控技术

场距离的测量仪器中，双频激光干涉仪测量精度高、测量范围大，但是对环境的要求过高，在使用中带来很多困难。近年来微光学器件的发展使光栅技术有了很大的进步。德国Heidenhain的超精密光栅尺被世界各超精密设备厂家选用。对于小距离的测量仪器中，电容式、电感式测微仪仍是主要的设备，光纤测微仪也发展很快。在更小测量范围的测量仪器中有扫描隧道显微镜(STM)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)，这些仪器可以进行纳米级的测量，常用于表面质量检测。测量仪器的稳定性和可靠性也是超精密测量中的一项十分重要的指标。

2．4超精密环境控制技术

为了适应超精密加工的需要，达到微米甚至纳米级的加工精度，必须对它的支撑环境加以严格的控制，主要包括空气环境、热环境、振动环境、声环境和磁环境等。空气环境中主要应控制的品质是洁净度，一般超精密加工要求的洁净度在1000一100级左右，即每立方米空间0．5μm大小的尘埃不多于35×1000、35×100( 1ft3的空间0．5μm大小的尘埃不多于1000—100个)。随着半导体工业的快速发展，对空气洁净度提出了更加苛刻的要求，美国联邦标准209D上增加了l级和10级的洁净度级别。热环境与加工精度有密切关系，热环境中主要应控制的品质为温度和湿度。普通金属在温度变化1℃时的热膨胀量约为1．6μm左右，所以为进行亚微米精度的加工，温度变动范围应控制在土0．05℃之内，相对湿度控制在35％到45％之间为宜。目前实用的温度控制技术最高水平为美国的恒温油喷淋技术，可实现20℃±0.0025℃的温度控制。振动是影响超精密加工精度的又一

重要因素，利用良好的隔振地基和空气隔振垫，可以隔离绝大部分“常时振动”，是目前应用较多的隔振手段。另外，还应考虑设备运动件的动平衡或振动隔离，消除或减少内部振源，尽量远离外部振源，通过综合努力使70Hz 以下的振动幅度小于1μm，满足超精密加工的要求。

3展望与对策

为了尽快提升我国超精密加工的水平和能力，应该加强超精密加工技术的研究力度，工厂、高校和研究所应密切合作，针对工业发展过程中的实际需求，一方面大力推广多年来我们在超精密加工技术研究方面取得的成果，另一方面还要继续加强基础研究，特别是创新性研究。推动这项技术的蓬勃发展。具体工作中应重视以下几个方面的工作。

3．1重视世界先进科技的发展，积极引进和跟踪高新技术

(1)重视掌握先进国家的科技情报，避免低水乎重复。(2)跟踪新原理和新工艺的研究。(3)适当引进先进技术与设备用于研究和开发。

3.2重视全行业组织，以廉价化策略为目标，进行整体规划

例如，进行超精密机床模块化虚拟生产的研究与实施，以发挥我国有限的人力物力资源，走投入少产出多的路子。

3．3重视工艺的“固化”工作

我国超精密加工布局分散，工艺中的know —how是企业、车间，甚至于个别人员的秘密。给工艺“固化”工作带来很大难度，更谈不上工艺知识的共享。如何通过有效的组织建立起共享工艺资源是十分重要的。

3．4支持以创新为特色的基础研究

超精密加工是处于前沿和技术极限的一个学科，每一个小的进步都需要有创新。支持创新研究应成为国家的行为。

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。