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《哈工大精密超精密大作业-精密超精密加工的发展与应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、精密超精密加工的发展与应用一、引言众所周知，加工是一个非常宽泛的词汇。概括起来讲，精密超精密加工技术中的加工有两层含义：一种是指高精度加工，这种加工是传统加工方法不能实现的精度；另一种是微细加工，这种加工是一般尺寸界线难以实现的微细。精密超精密加工技术中的精密应该这样理解：首先，它与生产力的发展水平息息相关；其次，它不是一个特定的概念，不同时期有着不同的界定；最后，它不仅涉及到精度指标，而且涉及到工件的形状、材料、质量等指标。在现实生活中，这存在着普通加工、精密加工和超精密加工三种形式的加工。普通加
2、工是指一般技术水平就完成的精度；精密加工是指通过高精度的加工工具或器械，以及先进的加工技术才能实现的精度；超精密加工是指必须对先进加工技术进行实验、讨论、研究才能完成的精度。每个时期的精度指标是不同的，因此，这三种形式的加工也会随着时间的变化而变化。超精密加工技术以每个历史时期所能达到的最高加工精度值为衡量标准，只要超过了这个标准，我们就可将这些加工方法称之为超精密加工技术。就目前的标准而言，精密加工技术的加工精度为1-0.1um、表面粗糙度为Ra0.2-0.01um；而超精密加工技术的加工精度高于
3、0.1um、表面粗糙度Ra小于0.25um，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01um。精密超精密加工技术兴起于上世纪60年代，随着时间的推移，这项技术已经发展成为高科技产品的关键制造技术。从近50年的发展时期内，精密超精密加工技术所涉及的领域在不断扩展，目前已扩展到国民经济的各领域；精密超精密加工技术的生产方式发生了根本性的转变，由单件小批量生产发展为多件大规模生产。从这个变化中，我们不难看出，精密超精密加工技术的应用广度和深度在不断加大。我们有理由相信，随着各类新产品的不断涌现，精密超
4、精密加工技术将获得更为深刻地发展。二、精密超精密加工的种类超精密加工主要包括超精密切削(车、铣)、超精密磨削、超精密研磨(机械研磨、机械化学研磨、研抛、非接触式浮动研磨、弹性发射加工等)以及超精密特种加工(电子束、离子束、等离子加工、激光束加工以及电加工等)以及最新研发的纳米技术。2.1超精密切削加工超精密切削加工是采用金刚石刀具在超精密机床上进行超精密切削,可以加工出光洁度极高的镜面。金刚石刀具的优点在于其与有色金属亲和力小,硬度、耐磨性以及导热性都非常优越,且能刃磨得非常锋利,其刃口圆弧半径可小
5、于R0.01um,实际应用的一般为R0.05um,可加工出优于Ra0.01um的表面粗糙度。此外,超精密切削加工还采用了高精度的基础元部件(如空气轴承、气浮导轨等)、高精度的定位检测元件(如光栅、激光检测系统等)以及高分辨率的微量进给机构。机床本身采取恒温、防振以及隔振等措施,还要有防止污染工件的装置。机床必须安装在洁净室内。进行超精密切削加工的零件材料必须质地均匀,没有缺陷。在这种情况下加工无氧铜,表面粗糙度可达Ra0.005um,加工800mm的非球面透镜,形状精度可达0.2/um。最先用于铜的
6、平面和非球面光学元件的加工,随后,加工材料拓展至有机玻璃、塑料制品(如照相机的塑料镜片、隐形眼镜镜片等)、陶瓷及复合材料等。2.2超精密磨削超精密磨削技术是基于一般精密磨削而发展起来的,是用精确修整过的砂轮在精密磨床上进行的微量磨削加工,金属的去除量可在亚微米级甚至更小,可以达到很高的尺寸精度、形位精度和很低的表面粗糙度值。但磨削加工后,被加工的表面在磨削力及磨削热的作用下金相组织要发生变化,易产生加工硬化、淬火硬化、热应力层、残余应力层和磨削裂纹等缺陷。其加工对象主要是玻璃、陶瓷等硬脆材料。超精密
7、磨削不仅要得到镜面级的表面粗糙度,还要保证能够获得精确的几何形状和尺寸。目前超精密磨削的加工目标是3～5nm的平滑表面,也就是通过磨削加工而不需抛光即可达到要求的表面粗糙度。砂轮的修整技术相当关键。尽管磨削比研磨更能有效地去除物质,但在磨削玻璃或陶瓷时很难获得镜面,主要是由于砂轮粒度太细时,砂轮表面容易被切屑堵塞。日本理化学研究所学者大森整博士发明的电解在线修整(ELID)铸铁纤维结合剂(CIFB)砂轮技术可以很好地解决这个问题。主要的修整方法还有电化学在线控制修整(ECD)、干式ECD、电化学放电
8、加工(ECDM)、激光辅助修整、喷射压力修整等。2.3超精密研磨超精密研磨包括机械研磨、化学机械研磨、浮动研磨、弹性发射加工以及磁力研磨等加工方法。研磨金刚石车刀除采用机械磨料研磨之外,还采用了离子刻蚀和热化学方法。在研磨中,研磨盘原来均用高磷铸铁,后来采用高速钢研磨盘。例如:日本东海大学安永畅男教授等提出采用高速回转的高速钢盘与被加工的金刚石在接触和摆动中,通过物理化学作用,不用磨料,高速研磨金刚石车刀,完全突破了传统的研磨途径。超精密研磨可解决大规模集成电路基片的
