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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,2015/10/10,#,2024/11/21,1.1,發(fā)展精密和超精密加工技術的重要性,1.2,超精密加工技術的現(xiàn)狀,1.3,超精密加工技術發(fā)展展望,2024/11/21,第,1,章,精密和超精密加工技術及其發(fā)展展望,2024/11/21,精密和超精密加工代表了加工精度發(fā)展的不同階段，通常，按加工精度劃分，可將,機械加工分為一般加工、精密加工、超精密加工三個階段,。,精密加工,：加工精度在,0.1,1,m,，加工表面粗糙度在,Ra0.02,0.1,m,之間的加工方法稱為精密加工；,超精密加工,：加工精度,高于

2、,0.1,m,，加工表面粗糙度,小于,Ra0.01,m,的加工方法稱為超精密加工。,(,微細加工、超微細加工、光整加工、精整加工等,),1.1,發(fā)展精密和超精密加工技術的重要性,一 精密和超精密加工,2024/11/21,提高制造精度后可提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性；,促進產(chǎn)品小型化；,增強零件的互換性，提高裝配生產(chǎn)率，并促進自動化裝配。,1.1,發(fā)展精密和超精密加工技術的重要性,二 提高加工精度的原因,2024/11/21,超精密加工所能達到的精度、表面粗糙度、加工尺寸范圍和幾何形狀是一個國家制造技術水平的重要標志之一。,金剛石刀具切削刃鈍圓半徑的大小是金剛石刀具超精密切削的

3、一個關鍵技術參數(shù)，日本聲稱已達到,2nm,，而我國尚處于亞微米水平，相差一個數(shù)量級,(,國際上公認,0.1nm100nm,為納米尺度空間，,100nm1000nm,為亞微米體系，小于,1,個納米為原子團簇,),；,金剛石微粉砂輪超精密磨削在日本已用于生產(chǎn)，使制造水平有了大幅度提高，突出地解決了超精密磨削磨料加工效率低的問題。,1.1,發(fā)展精密和超精密加工技術的重要性,1,超精密加工是國家制造工業(yè)水平的重要標志之一,三 發(fā)展超精密加工的重要性,2024/11/21,計算機工業(yè)的發(fā)展不僅要在軟件上，還要在硬件上，即在集成電路芯片上有很強的能力，我國集成電路的制造水平約束了計算機工業(yè)的發(fā)展。,美國制

4、造工程研究者提出的汽車制造業(yè)的“兩毫米工程”（車身尺寸變動量控制在以內(nèi)）使汽車質(zhì)量趕上歐、日水平，其中的舉措都是實實在在的制造技術。,1.1,發(fā)展精密和超精密加工技術的重要性,2,精密和超精密加工是先進制造技術的基礎和關鍵,2024/11/21,陀螺儀的加工涉及多項超精密加工，導彈系統(tǒng)的陀螺儀質(zhì)量直接影響其命中率，,1kg,的陀螺轉(zhuǎn)子，其質(zhì)量中心偏離其對稱軸,0.0005m,，則會引起,100m,的射程誤差和,50m,的軌道誤差。,大型天體望遠鏡的透鏡、直徑達,2.4m,，形狀精度為,0.01m,，如著名的哈勃太空望遠鏡，能觀察,140,億光年的天體（六軸,CNC,研磨拋光機）（,圖,）。,紅

5、外線探測器反射鏡，其拋物面反射鏡形狀精度為,1m,，表面粗糙度為,Ra0.01m,，其加工精度直接影響導彈的引爆距離和命中率。,激光核聚變用的曲面鏡，其形狀精度小于,1m,，表面粗糙度小于,Ra0.01m,，其質(zhì)量直接影響激光的光源性能。,1.1,發(fā)展精密和超精密加工技術的重要性,3,國防工業(yè)上的需求,2024/11/21,服役的哈勃望遠鏡,獅子座螺旋星系,宇宙深處的星體,銀河系環(huán)形星群,2024/11/21,計算機上的芯片、磁板基片、光盤基片等都需要超精密加工技術來制造。錄像機的磁鼓、復印機的感光鼓、各種磁頭、激光打印機的多面體、噴墨打印機的噴墨頭等都必須進行超精密加工，才能達到質(zhì)量要求。,

6、1.1,發(fā)展精密和超精密加工技術的重要性,4,信息產(chǎn)品中的需求,5,民用產(chǎn)品中的需求,現(xiàn)代小型、超小型的成像設備，如攝相機、照相機等上的各種透鏡，特別是光學曲面透鏡，激光打印機、激光打標機等上的各種反射鏡都要靠超精密加工技術來完成。至于超精密加工機床、設備和裝置當然更需要超精密加工技術才能制造。,2024/11/21,1.1,發(fā)展精密和超精密加工技術的重要性,四 精密和超精密加工目前包含三個領域,超精密切削,精密金剛石刀具切削,精密和超精密磨削研磨,解決大規(guī)模集成電路基片的加工和高精度硬磁盤等加工,精密特種加工,電子束、離子束加工，使美國超大規(guī)模集成電路線寬達到,0.1,m,2024/11/2

7、1,1.2,超精密加工技術的現(xiàn)狀,美國是開展研究最早的國家,(,單件大型零件加工,),。,日本是當今世界上超精密加工技術發(fā)展最快的國家,（中小零件加工）,。,我國的超精密加工技術在,70,年代末期有了長足進步，,80,年代中期出現(xiàn)了具有世界水平的超精密機床和部件。,2024/11/21,近年來，在傳統(tǒng)加工方法中，金剛石刀具超精密切削、金剛石微粉砂輪超精密磨削、精密高速切削、精密砂帶磨削等已占有重要地位；,在非傳統(tǒng)加工中，出現(xiàn)了電子束、離子束、激光束等高能加工、微波加工、超聲加工、刻蝕、電火花和電化學加工等多種方法，特別是復合加工，如磁性研磨、磁流體拋光、電解研磨、超聲珩磨等，在加工機理上均有所

8、創(chuàng)新。,1.2,超精密加工技術的現(xiàn)狀,影響精密和超精密加工的因素,1,加工機理,2024/11/21,用精密和超精密加工的零件，其材料的化學成分、物理力學性能、加工工藝性能均有嚴格要求。例如，要求被加工材料質(zhì)地均勻，性能穩(wěn)定，無外部及內(nèi)部微觀缺陷；其化學成分的誤差應在,10,-2,10,-3,數(shù)量級，不能含有雜質(zhì)；其物理力學性能，如拉伸強度、硬度、延伸率、彈性模量、熱導率和膨脹系數(shù)等應達到,10,-5,10,-6,數(shù)量級；材料在冶煉、鑄造、輾軋、熱處理等工藝過程中，應嚴格控制熔渣過濾、輾軋方向、溫度等，使材質(zhì)純凈、晶粒大小勻稱、無方向性，能滿足物理、化學、力學等性能要求。,2,被加工材料,1.

9、2,超精密加工技術的現(xiàn)狀,2024/11/21,(1),高精度。,(2),高剛度。,(3),高穩(wěn)定性。,(4),高自動化。,加工設備的質(zhì)量與基礎元部件，如主軸系統(tǒng)、導軌、直線運動單元和分度轉(zhuǎn)臺等密切相關，應注意這些元部件質(zhì)量。此外，夾具、輔具等也要求有相應的高精度、高剛度和高穩(wěn)定性。,3,加工設備及其基礎元部件,1.2,超精密加工技術的現(xiàn)狀,2024/11/21,加工工具主要是指刀具、磨具及刃磨技術。用金剛石刀具超精密切削，值得研究的問題有：金剛石刀具的超精密刃磨，其刃口鈍圓半徑應達到,2,4nm,，同時應解決其檢測方法，刃口鈍圓半徑與切削厚度關系密切，若切削的厚度欲達到,10nm,，則刃口鈍

10、圓半徑應為,2nm,。,磨具當前主要采用金剛石微粉砂輪超精密磨削，這種砂輪有磨料粒度、粘接劑、修整等問題，通常，采用粒度為,W20,W0.5,的微粉金剛石，粘接劑采用樹脂、銅、纖維鑄鐵等。,4,加工工具,1.2,超精密加工技術的現(xiàn)狀,2024/11/21,尺寸和形位精度可用電子測微儀、電感測微儀、電容測微儀、自準直儀和激光干涉儀來測量。,表面粗糙度可用電感式、壓電晶體式表面形貌儀等進行接觸測量，或用光纖法、電容法、超聲微波法和隧道顯微鏡法進行非接觸測量；,表面應力、表面變質(zhì)層深度、表面微裂紋等缺陷，可用,X,光衍射法、激光干涉法等來測量。檢測可采取離線的、在位的和在線的三種方式。,1.2,超精

11、密加工技術的現(xiàn)狀,5,檢測與誤差補償,2024/11/21,誤差預防通過提高機床制造精度、保證加工環(huán)境條件等來減少誤差源及其影響；,誤差補償是在誤差分離的基礎上，利用誤差補償裝置對誤差值進行靜態(tài)和動態(tài)補償，以消除誤差本身的影響。,靜態(tài)誤差補償,是根據(jù)事先測出的誤差值，在加工時通過硬件或軟件進行補償；,動態(tài)誤差補償,是在在線檢測基礎上，在加工時進行實時補償。,1.2,超精密加工技術的現(xiàn)狀,5,檢測與誤差補償,2024/11/21,超穩(wěn)定環(huán)境條件,是指恒溫、防振、超凈和恒濕四方面的條件。,環(huán)境溫度可根據(jù)加工要求控制在,1,0.02,，甚至達到,0.0005,。,在恒溫室內(nèi)，一般濕度應保持在,55%

12、,60%,，防止機器的銹蝕、石材膨脹，以及一些儀器，如激光干涉儀的零點漂移等。,潔凈度要求,1000,100,級，,100,級是指每立方英尺空氣中所含大于,0.5m,的塵埃不超過,100,個，依此類推。,6,工作環(huán)境,1.2,超精密加工技術的現(xiàn)狀,2024/11/21,1.3,超精密加工技術發(fā)展展望,向更高精度、更高效率方向發(fā)展；,向大型化、微型化方向發(fā)展；,向加工檢測一體化方向發(fā)展；,機床向多功能模塊化方向發(fā)展；,不斷探討適合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。,1,技術發(fā)展趨勢,2024/11/21,(1),超精密切削、磨削的基本理論和工藝；,(2),超精密設備的關鍵技術、精度、動特性和

13、熱穩(wěn)定性；,(3),超精密加工的精度檢測、在線檢測和誤差補償；,(4),超精密加工的環(huán)境條件；,(5),超精密加工的材料。,2,主要研究內(nèi)容,1.3,超精密加工技術發(fā)展展望,2024/11/21,LODTM,（美國立式大型光學金剛石車床,被公認為世界上精度最高的超精密機床）,2024/11/21,2024/11/21,OAGM2500,英國的,CRANFIELD,精密加工中心于,1991,年研制成功,OAGM-2500,多功能三坐標聯(lián)動數(shù)控磨床（工作臺面積,2500mm,），可加工（磨削、車削）和測量精密自由曲面。該機床采用加工件拼合方法，還可加工出天文望遠鏡中的直徑,7.5m,的大型反射鏡。,2024/11/21,2024/11/21,本章結束,