台湾金属工业研究发展中心领先导入超精密振动切削技术
超精密加工技术及其影响因素
超精密加工技术及其影响因素摘要：超精密加工是处于发展中的跨学科综合技术。
随着科技的发展，各个领域对零件的加工精度要求越来越高，传统的加工方法已满足不了需求，超精密加工依靠自动化技术可以达到纳米级的加工精度。
本文就国内外超精密机床加工研究现状做了简单介绍，概述了超精密加工的关键技术以及影响超精密加工的环境因素，为超精密加工在各行业的应用提供理论参考。
关键词：超精密加工；机床；纳米加工1 引言超精密加工技术在国防建设与国民经济发展中具有不可替代的作用，它是现代高技术战争的重要支撑技术，也是现代基础科学技术发展的重要保障。
超精密加工技术在航空航天、光学、医学和民用设备等都用很大作用。
从某种意义上说，超精密加工技术是衡量一个国家科技实力的重要标志之一。
超精密机床是实现超精密加工的关键载体，它直接决定了零件加工的精度、效率和可靠性。
由于超精密机床的重要性和特殊性，发达国家长期对我国进行技术封锁，因此研究和发展超精密机床对我国科技和工业的发展而言既具有重要的现实意义，也是必由之路[1]。
2 国内外超精密机床研究现状当前，超精密加工技术处于国际领先地位的主要有美国、英国和日本等，为此他们都曾设有专门研究机构，制定专门的研究计划，如20世纪80年代美国制定面向超精密机床研究的计划。
在工业界，美国，日本，德国，英国和源于精密工程研究所的等都研制了多种高端超精密机床，并有成熟的商品化产品，在20世纪60年代初就已开发了单点金刚石刀具切削技术及相应的超精密机床，以应对国防航天领域尖端技术的需要。
我国于20 世纪80年代初才开始超精密加工技术与机床方面的研究，起步较晚，近30年来，经过政府和相关研究单位的努力，取得了很大进步，某些方面达到了世界先进水平，如目前已经成功研制出回转精度达0. 025 μm的超精密轴系，并装备到超精密车床和铣床，解决了长期以来由于国外技术封锁给超精密机床开发带来的巨大阻力．但是，与国外发达国家相比，总体上还有不小的差距．目前，我国研究和开发超精密机床的单位主要有：北京机床研究所，北京航空精密机械研究所，哈尔滨工业大学，天津大学等。
超精密加工技术结课作业
超精密加工技术结课作业摘要超精密加工技术是现代机械制造业中先进制造技术最主要的发展方向，已经成为在全球市场竞争中取胜的关键技术，体现了一个国家的综合国力。
超精密加工技术已直接影响到一个国家尖端科技和国防工业的发展，发展国防航空工业，研发高端精密仪器设备等都需要具有超精密加工技术的制造设备。
同时超精密加工技术也代表了现代制造技术的前沿，是发展未来先进制造技术的基础，因此，发展超精密加工技术受到了世界各国的高度重视。
目前，超精密加工技术的发展趋势是：高精度、高效率、高稳定性、高自动化。
随着时代的发展，现在超精密加工技术日趋成熟，主要分为超精密切削、超精密磨削、超精密特种加工等。
虽然超精密加工迄今尚无确切的定义，但是它仍然在向更高的层次发展。
我相信在人类的创新思维以及先进制造模式的促进下，超精密技术必定会得到不断的完善。
关键词：先进制造技术超精密加工加工精度加工类型发展趋势1概述通常，按加工精度划分，机械加工技术可分为一般加工、精密加工、超精密加工三种，随着时代的发展和社会的进步，先进制造技术不断革新，超精密加工技术的发展已是社会所趋。
超精密加工技术，在现代机械制造业中占据着重要地位，在提高机械产品的性能、质量，提高其稳定性和可靠性，提高生产效率等方面发挥着至关重要的作用。
超精密加工是一个十分广泛的加工领域，它包括了所有能使零件的形状、位置和尺寸精度达到微米和亚微米范围的机械加工方法，一般主要指加工精度为0.1µm，表面粗糙度小于Ra0.01µm的加工方法，同时目前超精密加工也正在向纳米级加工技术发展。
目前，超精密加工的核心技术主要掌握在西方发达国家手中，在超精密加工技术领域处于领先地位的国家主要是美国、英国和日本。
美国是开始超精密加工技术研究最早的国家，也是迄今在超精密加工仍处于领先地位的国家。
英国的克兰菲尔德精密工程研究所在超精密加工方面的研究成果也是享誉全球，是当今世界上超精密工程的研究中心之一。
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。
超精密切削加工技术
（1）积屑瘤的生成规律及影响
• 超精密切削过程中积屑瘤对切削力的影响远远大 于在普通切削中的影响。 • 铝铜材料在低速切削时，切削力较大，随切削速 度的增加，切削力急剧下降，至200～300m/min 后，切削力基本保持不变。 • 其原因在于低速时生成的积屑瘤高，使切削层厚 度大幅度增加，故切削力也大，随速度增加积屑 瘤高度急剧减小，因而切削力也急剧下降。 • 这个规律与普通切削正好相反。
刀具的几何参数影响加工表面粗糙 度
• 若为圆弧刃切削，刀尖半径为r，进给量为f 则表面粗糙度 Rmax=f 2/8r • 若为直刃切削，主偏角Kγ，副偏角Kγ’ 则表面粗糙度 Rmax=f·tgkγ·tgk’ γ/ （tgKγ+tgK’ γ） • 因此刀具的主、辅偏角、刀尖半径和进给 量都会对超精密加工表面的粗糙度产生直 接的影响。
切削用量的选择
切削深度的选择
• 超精密切削时允许的最小切深取决于金刚 石刀具的刃口半径ρ，约是（1/2～1/3）ρ。 • 若刃口半径达到ρ＝0.05～0.01μm，最小切 削深度可以在0.01μm以下，获得超光滑表 面。
进给量和修光刃的选择
• 超精密切削都采用很小的进给量，刀具制 成带修光刃的刀尖结构。 • 但对有修光刃的刀具且f≤0.02mm/r时，进 给量再减小对表面粗糙度的影响甚微。 • 修光刃可以减小加工表面粗糙度，修光刃 的长度取0.05～0.10mm。 • 长度过长，对提高加工表面质量效果不大。
加工环境与边缘技术是不可忽视的 间接因素
②振动 • 电机转子与定子间的磁力不均、联接器因 准直误差和回转振摆等都会产生振动问题。 • 为此需要改善各机械零部件和工艺系统的 动态特性，采用力偶传递动力，如精密摸 床上的双销鸡心夹头。
精密与超精密磨削关键技术探讨
进 给单 元 是评 价精 密及超 精 密磨床 性 能 的重 要指 标之 一 ，也是 使砂 轮保 持正 常工作 的必 要 条件 。在精
密和超精密磨削加工中，进给单元是影 响精度的重要
磨削在晶粒内进行 ，要使磨削顺利进行 ，必须使磨削
力 大大超 过 晶粒 的结合 力 ，甚至 可 以达 到材 料 的剪切 强 度 Ｌ 。同时 ，磨 粒 在 磨 削 时 产 生 高 温 和 高压 ，因 ２ ］ 此磨 粒 材料要选 取 高温性 能好 、硬 度 大的材 料 ，如金 。 刚石 、立方氮 化硼 等 。 （ ） 连续 磨 削 。 在磨 削 初 始 阶段 ，砂 轮 与 工 件 ２
轴 器直 接相 联 。现在 ，大 多数 高精 度高 速机 床采 用 了 内装 式 电主 轴 的结构 形式 ，即将变 频 电机 和机床 主轴 合 为一体 ，而 主轴 的变速完 全 通过 控制 交流 电 的频率 来 完成 。 国内外 用于 高精 度高速 加 工 的机 床 主轴轴 系 的轴 承 主要 有 陶瓷球轴 承 、动静 压轴 承 、静 压轴 承 、气 浮
究。
对 于超精 密磨 削加 工而 言 ， 由于要 求 主轴单 元 系 统具 有 刚性好 、精 度高 、加 工稳 定性好 、散热好 、故 障 少等特 点 ，因此 在成 本适 中 的条件下 ，对主 轴 的制 造精 度 、主 轴 轴 承 结 构 方 式 、 主轴 的 润 滑 和 冷 却 系 统 、底座 及 主轴 刚度等 提 出了更 高 的要 求 ，主轴 单元 的静 刚度 和工 作精 度对磨 床精 密 加工性 能有 很 大 的影 响 。磨床 主轴 单元 的动 态性 能在很 大程 度上 决定 了机
超精密切削加工技术介绍
超精密切削加工技术介绍
超精密加工技术是适应现代高科技的需要而发展起来的先进制造技术, 是高科技尖端产品开发中不可或缺的关键技术, 是一个国家制造业水平重要标志, 是先进制造技术基础和关键, 也是装备现代化不可缺少的关键技术之一, 在军用和民用工业中有着十分广阔的应用前景。
金刚石超精密切削技术, 是超精密加工技术发展最早的、应用最为广泛的技术之一。
超精密切削加工技术
1、超精密切削的历史
60年代初，由于宇航用的陀螺，计算机用的磁鼓、磁盘，光学扫描用的多面棱镜，大功率激光核聚变装置用的大直径非圆曲面镜，以及各种复杂形状的红外光用的立体镜等等，各种反射镜和多面棱镜精度要求极高，使用磨削、研磨、抛光等方法进行加工，不但加工成本很高，而且很难满足精度和表面粗糙度的要求。
为此，研究、开发了使用高精度、高刚度的机床和金刚石刀具进行切削加工的方法加工。
2、超精密切削加工的应用
（1）平面镜的切削
平面度
金刚石刀具
1、金刚石刀具特点
金刚石刀具拥有很高的高温强度和硬度，而且材质细密，经过精细研磨，切削刃可磨得极为锋利，表面粗糙度值很小，因此可进行镜面切削。
金刚石刀具超精密切削主要用于加工铜、铝等有色金属，如高密度硬磁盘的铝合金基片、激光器的反射镜、复印机的硒鼓、光学平面镜，凹凸镜、抛物面镜等。
超精切削刀具材料有天然金刚石，人造单晶金刚石。
金刚石刀具磨损的常见形式为机械磨损和破损。
机械磨损——机械摩擦、非常微小；破损。
答案精密加工课后习题—黄
1-1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。
精密和超精密加工是国际竞争取得成功的关键技术。
许多现代技术产品需要高精度制造。
发展尖端技术，发展国防工业，发展微电子工业等都需要精密和超精密加工制造出来的仪器设备。
1-2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精密加工：加工精度0.1～1um表面粗糙度Ra在0.02～0.1um超精密加工：加工精度高于0.1um表面粗糙度Ra小于0.01um1-3精密和超精密加工现在包括那些领域。
1）超精密切削（各种镜面）2）精密和超精密磨削研磨（集成电路基片和高精度磁盘）3）精密特种加工（电子束、离子束加工使美国超大规模集成电路线宽达到0.1um）1-4试展望精密和超精密加工技术的发展。
对精密和超精密加工技术给予足够的重视，投入较多的人力物力进行研究和发展，在生产中稳定纳米加工，扩大应用亚微米加工技术，并开始纳米级加工的试验研究，则在10～15年内有希望达到美国等先进国家的水平。
可先在某些单项技术上取得突破，逐步使我国的精密和超精密加工技术达到国际先进水平。
1-5我国的精密和超精密加工技术和发达国家相比情况如何与发达国家相比，仍有不少的差距。
不少精密机电产品尚靠进口。
有些靠老工人手艺，且报废高。
某些精密机电产品我国虽已能生产，但其中的核心关键部件仍需依靠进口，我国每年需进口大量尚不能生产的精密数控机床设备。
1-6我国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?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2-1金刚石刀具超精密切削有哪些应用范围?用于加工铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料。
用于加工陀螺仪、激光反射镜、天文望远镜的反射镜、红外反射镜和红外透镜、雷达的波导管内腔、计算机磁盘、激光打印机的多面棱镜、复印机的硒鼓、菲尼尔透镜2-2金刚石刀具超精密切削的切削速度如何选择？根据所使用的超精密机床的动特性和切削系统的动特性选取，即选择振动最小的转速。
精密加工课后习题答案
1-1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。
精密和超精密加工是国际竞争取得成功的关键技术。
许多现代技术产品需要高精度制造。
发展尖端技术，发展国防工业，发展微电子工业等都需要精密和超精密加工制造出来的仪器设备。
1-2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精密加工：加工精度0.1～1um表面粗糙度Ra在0.02～0.1um超精密加工：加工精度高于0.1um表面粗糙度Ra小于0.01um1-3精密和超精密加工现在包括那些领域。
1）超精密切削（各种镜面）2）精密和超精密磨削研磨（集成电路基片和高精度磁盘）3）精密特种加工（电子束、离子束加工使美国超大规模集成电路线宽达到0.1um）1-4试展望精密和超精密加工技术的发展。
对精密和超精密加工技术给予足够的重视，投入较多的人力物力进行研究和发展，在生产中稳定纳米加工，扩大应用亚微米加工技术，并开始纳米级加工的试验研究，则在10～15年内有希望达到美国等先进国家的水平。
可先在某些单项技术上取得突破，逐步使我国的精密和超精密加工技术达到国际先进水平。
1-5我国的精密和超精密加工技术和发达国家相比情况如何与发达国家相比，仍有不少的差距。
不少精密机电产品尚靠进口。
有些靠老工人手艺，且报废高。
某些精密机电产品我国虽已能生产，但其中的核心关键部件仍需依靠进口，我国每年需进口大量尚不能生产的精密数控机床设备。
1-6我国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?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2-1金刚石刀具超精密切削有哪些应用范围?用于加工铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料。
用于加工陀螺仪、激光反射镜、天文望远镜的反射镜、红外反射镜和红外透镜、雷达的波导管内腔、计算机磁盘、激光打印机的多面棱镜、复印机的硒鼓、菲尼尔透镜2-2金刚石刀具超精密切削的切削速度如何选择？根据所使用的超精密机床的动特性和切削系统的动特性选取，即选择振动最小的转速。
ELID超精密磨削技术综述
.. ELID超精密磨削技术综述蔡智杰天津大学机械工程学院机械工程系2014级硕士生摘要：金属基超硬磨料砂轮在线电解修整(Electrolytic In-process Dressing, 简称ELID)磨削技术作为一种结合传统磨削、研磨、抛光为一体的复合镜面加工技术，开辟了超精密加工的新途径，具有广发的应用价值。
本文将从工作原理、磨削机理、工艺特点、影响因素及磨削机床的分类等方面系统地介绍ELID超精密磨削技术，并通过分析国外研究应用状况，阐述该技术在精密加工制造行业的应用发展前景。
关键词：在线电解修整(ELID) 超精密镜面加工金属基超硬磨料砂轮硬脆材料磨削机理0 引言随着制造行业的飞速发展，硬质合金、工程瓷、光学玻璃、玻璃瓷、淬火钢及半单晶硅等硬脆难加工材料得到广泛应用，寻求低成本、高效率的超精密加工技术的研究工作正在广泛开展。
超精密镜面磨削技术是一种借助高性能的机床、良好的工具(砂轮)、完善的辅助技术和稳定的环境条件，控制加工精度在0.1μm级以下、表面粗糙度Ra<0.04μm甚至Ra<0.01μm的磨削方法[1]。
然而，由于传统磨削工艺效率低、磨削力大、磨削温度高，且砂轮极易钝化、堵塞而丧失切削性能，从而造成加工面脆性破坏，加工质量恶化，难以满足高精度、高效率的加工要求。
随着砂轮精密修整技术的发展及超微细粒度砂轮的使用，将磨削加工的材料去除工作引入到一个新的领域。
ELID磨削技术是应用电化学反应的非传统材料去除技术来解决金属基超硬磨料砂轮的修整问题的超精密镜面加工技术，以其效率高、精度高、表面质量好、加工装置简单及适应性广等特点，已较广泛用于电子、机械、光学、仪表、汽车等领域。
1 ELID磨削的基本原理ELID(Electrolytic In-process Dressing)磨削是在磨削过程中，利用非线性电解修整作用使金属结合剂超硬磨料砂轮表层氧化层的连续修整用与钝化膜抑制电解的作用达到动态平衡。
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