超精密加工的环境条件与控制策略详解
超精密加工的原理
超精密加工的原理概述超精密加工是一种高精度、高效率的加工方法，广泛应用于电子、光学、航空航天等领域。
本文将从原理、设备和应用三个方面探讨超精密加工的相关知识。
原理超精密加工的原理主要包括以下几个方面： 1. 基于材料理论 - 材料塑性变形的特性 - 材料的热变形 - 材料的热处理对机械性能的影响2.基于机械理论–刀具的材料选择及形状设计–刀具的旋转轴心与工件表面的相对运动方式–切削力的传递及控制方法3.基于控制理论–精密伺服系统的设计与控制–运动平台的阻尼、刚性及动力学特性–跟随误差的修正算法设备超精密加工的设备主要包括以下几个方面： 1. 精密机床 - 高刚性床身结构 - 高精度的滚珠丝杆传动系统 - 紧密密封的工作室，防止外界温度、湿度的影响2.精密主轴系统–高速、高精度的主轴–降低热变形的冷却系统–精密的轴承及润滑系统3.精密传感系统–高精度的位移传感器–高精度的温度传感器–高灵敏度的力传感器4.控制系统–高性能的数控系统–高速、高精度的驱动系统–稳定可靠的供电系统应用超精密加工在许多领域都有广泛的应用，下面列举了其中的几个方面： 1. 光学元件的制造 - 高精度透镜的加工 - 高精度光学表面的抛光 - 高精度反射镜的加工2.微电子芯片的制造–高精度半导体材料的切割–高精度线路板的制作–高精度芯片的封装3.航空航天领域–高精度涡轮叶片的加工–高精度发动机零件的制造4.医疗领域–高精度人工关节的制造–高精度医疗器械的加工结论超精密加工是一种重要的加工技术，其原理基于材料、机械和控制理论。
在具备高精度的设备和控制系统的支持下，超精密加工可以应用于光学、电子、航空航天和医疗等领域，为这些领域的发展提供了关键支持。
随着科技的不断进步，相信超精密加工将在未来发挥更加重要的作用。
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
1超精密加工技术的发展
超精密加工技术的发展为新材料的应用，新型机械的开发和精密电子设备的设计提供了基础技术。
它的应用领域涵盖了从航空航天到医疗器械，从芯片制造到高端家用电器，从汽车到电子产品。
在过去几十年中，超精密加工技术发展迅速，逐渐成为实现进步，满足我们日常生活需要的重要手段。
2超精密加工技术特点
超精密加工技术不仅对机械性能提出了更高要求，而且要求对工件尺寸和表面精度都必须有着较高的要求。
因此，提高工件表面精度的方法是提高加工和检测的准确性。
深度精度是指工件加工的精确度，也就是说，深度精度在一定范围内是恒定的，因此可以确保部件的精度，提高部件的整体精度，从而改善部件的质量和可靠性。
3超精密加工技术对策
伴随超精密加工技术发展，急需要完善体系，全面提高技术水平。
需要改善并完善设备、技术计算、检测等相关环节，提高技术方面的综合能力。
另外，针对不同行业的不同要求，研发更多的立体特种设备，加强培训，提高技术水平和技术创新能力。
再者，要加强技术和科研机构之间的交流和合作，不断完善技术创新体系。
最后，加大和企业之间的技术交流和经验交流，提问现实生产中的应用性，提高企业准确高效实施和维护超精密加工技术的能力。
随着科技的进步，超精密加工技术在日常生活中起到了重要的作用，它的发展能够直接带来更佳的生活质量。
同时为了更好的发展，要加强技术支持，提升技术水平，增加技术的应用性，从而让超精密加工技术发挥更大的作用。
精密加工和超精密加工的研究与对策
采用液体静压轴承或空气静压轴承的主轴和导轨 ， 精 密滚 珠丝 杠传动 ， 有微动 工作 台、 配 误差 补偿 装置 ， 实
现微 位移 。 ②高 刚度 。除零 、 件本 身 的 刚度 外 ， 应 注 意 部 还
接触 刚度 ， 同时应 考 虑 由工 件 、 床 、 具 、 具 所 组 机 刀 夹
精密 加工和 超精密 加工是 现代 制造 技术 的前沿 ，
２ 精 密 加 工 和 超 精 密 加 工 的 内涵 …
随着 现代工 业 的不断 发展 ， 密加 工和超精 密加 精
工 在 机械 、 电子 、 轻工 、 国防等 领域 占有 愈来愈 重要 及
因为许多先 进技术 产 品需要 以高精 度制 造 ， 密加工 精
毫 题 论 述
・
机械 研 究 与 应 用 ・
精 密 加 工 和 超 精 密 加 工 的 研 究 与 对 策
程 ０ ３００）
摘
要： 在简述精 密、 超精 密加工 内涵和 重要性的基础上 ， 重点分析 了影响精密、 超精 密加 工的 因素及 采取 对策。针对
ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｕ ｏ ｔ ｒ ｕ ｏ ｗ ｒ ． ｒｃ ｓ ｉ ｇ ｏ ｏ ｒｃ ｕ ｒ ａ ｅ ｐ ｔ ｒ ａｄ ｆ ｎ ｙ ｆ Ｋｅ ｒ ｓ ｒ ｉｉｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｇ ｌ ａ ｐ ｅ ｉｉｎ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ；ａ ｖ ｎ ｅ ｎ ｕａ ｔｒｎ ｃ ｏｏ ｙ；ａ ａｙ ｉ ； ｙ ｗｏ ｄ ：ｐ ｅ ｓｏ ｒｃ ｓ ｉ ；ｕ ｔ ｒ ｃｓｏ ｒｃ ｓｉ ｇ ｄ ａ ｃ ｄ ｍａ ｆｃｕ ｉ ｇ ｔ ｈ ｌｇ ｃ ｎ ｒ ｅｎ ｎ ｌｓｓ
从 先进制 造技术 的技 术实质 性 而论 ， 主要有 精密
超精密加工的原理
超精密加工的原理一、引言随着科技的发展，超精密加工已经成为了现代制造业中不可或缺的一部分。
它可以用于制造各种高精度的零部件，从而满足不同领域对于精度和质量的要求。
本文将详细介绍超精密加工的原理。
二、超精密加工概述超精密加工是一种高精度、高效率、高质量的加工技术。
它可以制造出尺寸准确、表面光滑、形状复杂的零部件，其精度可以达到亚微米级别甚至更高。
目前，超精密加工已经广泛应用于航空航天、半导体等领域。
三、超精密加工原理1. 精度控制原理超精密加工需要控制零件尺寸和形状的误差在非常小的范围之内，因此需要使用高精度的测量设备来进行实时监测和控制。
同时，在加工过程中需要使用特殊的刀具和夹具来保证零部件在固定位置上进行切削。
2. 切削原理超精密切削采用了微米级别以下的刀具，刀具的尺寸和形状都需要经过高精度的设计和制造。
在切削过程中，需要控制刀具的进给速度、转速、切削深度等参数，以确保零部件表面光滑、尺寸准确。
3. 磨削原理超精密磨削是一种高效率、高精度的加工方法。
在磨削过程中，需要使用高硬度、高耐磨性的砂轮，并控制砂轮的转速和进给速度。
同时，还需要对加工液进行特殊处理，以保证零部件表面质量。
4. 电解加工原理电解加工是一种利用电化学反应来进行加工的方法。
在电解加工过程中，需要将零部件放置在电解槽中，并通过调整电流密度和时间来控制加工深度和形状。
同时，还需要使用特殊的电极和介质来保证零部件表面质量。
5. 光学加工原理光学加工是一种利用激光或光束来进行加工的方法。
在光学加工过程中，需要使用高功率、高聚焦度的激光器或光束，并控制激光器或光束的强度、频率和位置。
同时，还需要使用特殊的反射镜和透镜来控制激光器或光束的方向和聚焦度。
四、超精密加工应用超精密加工已经广泛应用于航空航天、半导体、医疗器械等高技术领域。
例如，在航空航天领域，超精密加工可以用于制造发动机叶片、涡轮叶片等高精度零部件；在半导体领域，超精密加工可以用于制造芯片、晶圆等高精度零部件；在医疗器械领域，超精密加工可以用于制造人工关节、人造心脏等高精度零部件。
超高速超精密加工技术主要内容
高可靠性
超高速超精密加工技术可以保证加 工过程的稳定性和可靠性，减少故 障和误差。
技术挑战
设备成本高
超高速超精密加工设备成本较高，需要大量的资 金投入。
技术难度大
超高速超精密加工技术难度较大，需要高技能的 技术人员操作和维护。
加工材料有限
纳米级加工技术是利用纳米级的加工工具和工艺来制造纳米 级零件和结构的技术。
详细描述
纳米级加工技术采用特殊的加工工具和工艺，如纳米压印、 纳米光刻等，实现纳米级别的加工精度。该技术能够制造出 具有纳米级精度和复杂结构的零件和结构，广泛应用于微电 子、生物医学等领域。
加工设备与工具
总结词
加工设备与工具是实现超高速超精密加工的关键因素之一。
详细描述
加工设备与工具的精度、稳定性和可靠性对超高速超精密加工的加工效果和效率有着至关重要的影响 。先进的加工设备与工具能够提供更高的加工精度和效率，同时减少误差和故障率，提高加工质量和 效率。
04
技术优势与挑战
技术优势
高效率
超高速加工技术可以大大提高加 工效率，缩短加工时间，降低生
产成本。
高精度
微型机械零件
该技术还可以用于制造微型机械零件，如微型传感器、微型执行器等，以满足微电子领域对高精度、小尺寸零件 的需求。
其他ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ域应用案例
医疗器械领域
超高速超精密加工技术可以用于制造医疗器械，如人工关节、牙科种植体等，以提高其 表面质量和生物相容性。
能源领域
该技术还可以用于制造能源设备，如太阳能电池板、燃料电池等，以提高其光电转换效 率和能量密度。
优化切削参数和刀具路径， 提高工件表面完整性和光 洁度。
精密超精密加工
精密超精密加工在医疗器械制造 中广泛应用，如人工关节、心脏 瓣膜等高精度医疗设备的制造。
02
精密超精密加工技
术
超精密切削加工
利用高精度刀具和机床，对材料进行超精密切削，以达到高精度、高光洁度的加工 效果。
适用于各种硬质合金、不锈钢、陶瓷等材料的加工。
切削过程中需要严格控制切削参数，如切削深度、进给速度、切削速度等，以保证 加工精度和表面质量。
超精密机床的加工范围涵盖了从微米到纳米尺度，能够加工各种高精度、高光洁度的零部件 和产品。
超精密机床的控制系统要求高度智能化和自动化，能够实现高精度、高效率的加工过程控制。
超硬材料刀具
超硬材料刀具是指使用硬度极高的材料制成的刀具，如金刚石、立方氮 化硼等。
超硬材料刀具具有极高的硬度和耐磨性，能够实现高效率、高精度的切 削加工。
和优化。
研磨等。
抛光轮与抛光液
根据加工要求的不同，可以选择不同的抛光轮和抛光 液，如布轮、麻轮、氧化铝抛光液等。
抛光轮与抛光液是实现工件表面高光洁度的重要工具 和材料。
现代抛光技术中，还出现了多种新型抛光工具和抛光 工艺，如磁力抛光、超声波抛具与辅助设备包括测量仪 器、夹具、冷却系统等。
超硬材料刀具广泛应用于各种难加工材料的切削加工，如淬火钢、硬质 合金等。
磨料与研磨剂
磨料与研磨剂是精密超精密加工中常用 的辅助材料，用于对工件表面进行研磨
和抛光。
磨料与研磨剂的选择需要根据工件材料、 现代研磨技术中，还出现了多种新型研
加工要求以及工艺参数等因素进行选择 磨材料和研磨工艺，如磁力研磨、电解
复合材料
碳纤维复合材料
具有高强度、高模量、轻质等特 点，用于制造航空器部件、体育
精密机械加工中的加工精度控制策略
精密机械加工中的加工精度控制策略精密机械加工是一种对零件尺寸、形状和表面质量要求极高的加工方式。
在精密机械加工过程中，加工精度的控制是至关重要的。
本文将针对精密机械加工中的加工精度控制策略进行探讨。
一、材料选择及前处理在精密机械加工中，材料的选择对加工精度有着重要的影响。
应选择具有良好的切削性能和热处理性能的材料。
同时，在加工之前要进行必要的前处理，如退火、锻造等，以消除材料内部的应力，提高加工精度。
二、工艺参数的控制精密机械加工中，工艺参数对加工精度具有重要影响。
必须对各种工艺参数进行合理的控制。
1. 切削速度控制：切削速度的选择要根据材料的硬度、切削性能等因素进行判断。
切削速度太高会导致刀具磨损，加工精度下降，切削速度太低则会导致切削力增加，加工表面质量下降。
2. 进给量控制：进给量的选择要根据切削情况及机床性能等因素进行判断。
进给量太大会导致刀具振动、零件变形等问题，进给量太小则会导致生产效率低下。
3. 刀具选择和刀具磨损控制：合理选择刀具，并对刀具磨损进行监测和控制，避免刀具磨损过大，影响加工精度。
4. 温度控制：精密机械加工中，温度对加工精度有着重要的影响。
应采取合适的措施，控制加工过程中的温度变化，避免温度变化导致零件尺寸的偏差。
三、机床性能和装备的控制机床性能和装备的控制对精密机械加工中的加工精度至关重要。
1. 机床精度控制：要保证机床具有足够的刚性和稳定性，确保切削过程中的振动和变形最小化，从而提高加工精度。
2. 夹紧装备控制：应合理选择夹具，并对夹紧力加以控制，确保工件固定牢固，避免工件在加工过程中的偏移和变形。
四、质量控制及检测手段在精密机械加工过程中，质量控制和检测手段的选择和应用对加工精度有着直接的影响。
1. 检测手段的选择：应根据零件的尺寸、形状和表面质量要求，选择合适的检测手段，如三坐标测量仪、光学测量仪等，对加工过程进行实时监测和控制。
2. 检测频率的控制：应根据加工的需要和生产效率要求，合理控制检测的频率和时机，确保零件的加工精度满足要求。
超精密切削加工技术
技术发展趋势
1 2
智能化控制
利用传感器和智能算法，实时监测切削过程和工 件表面质量，实现超精密切削加工过程的智能控 制。
复合加工技术
结合多种加工技术，如磨削、抛光和电加工等， 以提高超精密切削加工的效率和表面质量。
3
新材料应用
探索和开发适用于超精密切削加工的新材料，以 提高刀具的耐磨性和工件的表面完整性。
04
超精密切削加工技 术的挑战与解决方 案
技术瓶颈
刀具磨损
超精密切削加工过程中， 刀具与工件的高速摩擦导 致刀具快速磨损，影响加 工精度和效率。
工件表面完整性
超精密切削加工后，工件 表面容易出现微裂纹、残 余应力和加工硬化等表面 完整性问题。
切削液的纯净度
超精密切削加工需要高纯 净度的切削液以减小误差， 但切削液的纯净度控制难 度较大。
应对策略
刀具材料与涂层
采用高硬度、高耐磨性的刀具材料和涂层技术，提高刀具的耐久 性和切削性能。
切削参数优化
根据不同材料和加工条件，优化切削速度、进给速度和切削深度等 参数，以减小刀具磨损和工件表面完整性问题。
切削液纯净度控制
采用高精度过滤设备和检测技术，确保切削液的纯净度满足超精密 切削加工的要求。
精密仪器制造
光学仪器
精密机械
超精密切削加工技术可用于制造高精 度光学仪器，如显微镜、望远镜等， 以提高其成像质量和稳定性。
超精密切削加工技术可用于制造精密 机械，如钟表、精密机床等，以提高 其运动精度和稳定性。
测量仪器
超精密切削加工技术可用于制造高精 度测量仪器，如传感器、测微器等， 以提高其测量准确性和可靠性。
微电子行业
集成电路
超精密切削加工技术可用于制造 集成电路，如芯片、微处理器等，
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2015 届毕业（设计）论文题目超精密加工的环境条件与控制策略专业班级2011级机制03班学号1103010303学生姓名曹锦波指导教师胡国祥指导教师职称副教授学院名称机电工程学院完成日期：2015 年6月1日超精密加工的环境条件与控制策略Environmental Conditions and Control Strategy for Ultra-precision Machining学生姓名曹锦波指导教师胡国祥摘要超精密加工是现代国家高新科技产业发展的前进基础和保障，是各个国家综合国力的象征，推动着国家高新制造产业的不断前进。
加工精度和效率的提高促进了超精密加工技术的向更高层面迈进，但是环境条件尤其是振动条件是影响超精密加工精度和效率的主要因素。
为了研究超精密加工中环境条件特别是振动环境的控制，本文主要研究超精密加工主要影响超精密加工的环境条件及其控制的策略；研究超精密加工中环境振动的分类和来源以及其对超精密加工的影响；研究超精密加工中控制环境振动所采用的技术和材料装置，并对其采用后的效果进行评估和相对应振动的分类。
通过对上述内容的研究，初步掌握环境振动对于超精密加工的影响，并对环境振动采取有效的隔振消振处理和探索，为超精密加工中的环境振动的控制提出合理有建设性意义的建议。
关键词：超精密加工；环境振动；隔振措施；消振措施AbstractUltra-precision machining is the Foundation of modern national high and new technology industry development and protection,it is a symbol of each country’s national-strength,promoting The national high-tech manufacturing industry forward.Improvement of machining accuracy and Efficiency of ultra-precision machining technology to a higher level,but environmental conditions,especially the vibration conditions were the main factors affecting the accuracy and efficiency of ultra-precision machining.In order to study ultra-precision machining environment conditions,especially to control vibration environment,this paper research ultra-precision machining effects of ultra-precision machining environment and its control strategy.Research the classification of environmental vibration in ultra-precision machining and sources,as well as its impact on the ultra precision machining.Research controlling vibration in ultra-precision machining technology and materials used by device and using after effects correspond to the assessment and classification of vibration.Through the study of the above,initial grasping of environmental vibration effects for ultra-precision machining and to respond effectively to environmental vibration processing and exploration meaning reasonable constructive suggestions for the control of ultra-precision machining of environmental vibration.Keywords:Ultra-precision machining;Environmental-vibration;Isolation measures;Anti-vibration measures目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第一章绪论 (1)1.1课题研究背景与意义 (1)1.2超精密加工及其环境条件的研究 (2)1.2.1国外超精密加工发展概况 (2)1.2.2国内超精密加工发展概况 (3)1.2.3超精密加工环境条件的研究 (4)1.3超精密加工中环境条件控制策略概述 (5)1.4本课题的主要研究内容 (5)第二章超精密加工中振动环境的研究 (7)2.1振动环境与对超精密加工影响概述 (7)2.1.1环境振动的形成 (7)2.1.2振动条件对周围环境影响概述 (8)2.1.3振动条件对于超精密加工的影响 (9)2.2国外超精密加工的振动环境的研究 (10)2.3国内超精密加工的振动环境的研究 (11)第三章超精密加工中关于振动环境的控制策略 (12)3.1被动控制 (12)3.1.1隔振 (12)3.1.2消振 (16)3.1.3动力吸振 (16)3.2主动控制 (17)3.3半主动控制 (17)3.4混合控制 (18)第四章总结与展望 (19)4.1全文总结 (19)4.2研究展望 (19)参考文献 (21)致谢 (23)附录1 文献摘要 (1)第一章绪论1.1课题研究背景与意义超精密加工制造技术是当今高新科技工业发展的基本要素，同样也成为了将来制造科学前进的方向，在国际竞争中，超精密加工制造技术也是至关重要的高新顶尖技术步骤之一。
它综合运用了机械制造技术发展的最新的研究成果以及现代电子讯息技术、光学技术、现代测量和电脑技术等高新技术，是衡量一个国家科技水平和综合国力的重要依据，因此受到各个工业发达国家的高度重视。
从应用的角度来看，在关系国家安全和综合国力的行业如国防科技、探空技术、核子能、高新电子等高科技的高新技术领域中超精密加工及其制造的高精仪器起着相当重要的角色，在这些领域的使用中有探空火箭技术、高新仪器里的齿轮、人工智能机器等。
超精密加工的加工材料范围广泛，包括软金属、淬火钢、不锈钢、高速钢、硬质合金等较难加工的材料，也包括半导体、玻璃、陶瓷等硬脆非金属材料，不受材料外形的限制，使用的未来远景极为广[1]。
跟着现代加工制造技术和高新产业产品对产品的精度以及表面完整性的要求愈来愈高,超精密加工制造技术的重要性逐渐体现。
有关范畴的技术开发和发展就开始竭力于加工精度的一直提升,从微米级、亚微米级到纳米级,甚至现在的亚纳米级,比如航空航天产业里陀螺仪的轴承、电子信息产业里的集成电路和光学工业上的集成光路等,这些技术使生产的产品的体积减小,使产品质量和性能得到提升,并减少了这些工业产品使用成本。
总体上看，产品精度的不断提升促使产业有产品微型化的趋势,并且提高了产品零件之间的可置换性,有效提升了组装装配的效率,提高产业的整体自动化程度。
对于超精密加工生产中产品加工精度产生影响的主要是因为加工生产中的环境振动。
尽管超精密加工机床在设计生产之初就已经尽可能减少了环境振动对于超精密加工的不良影响,但由于生产加工环境和加工技术的转变,环境振动还是会存在在一些超精密加工的机床设备里,从而使产品加工精度的下降,这个现象严重影响了超精密加工制造的未来成长与壮大。
所以处理环境振动对超精密加工设备的干扰就变得格外迫切。
1.2超精密加工及其环境条件的研究1.2.1国外超精密加工发展概况国际上其他国家超精密加工开展较早，上个世纪六十年代初期，上个世纪五十年代至八十年代为技术发展初期。
这一个时间段，美国首先开始研究了以单点金刚石切削（SPDT）为象征的超精密加工技术，主要适用于航空技术、国家防御、天文等领域的激光核聚变反射镜、球面、非球面大型零件的加工[2]。
欧美一些发达国家陆续成功研制成功了用于超精密加工的超精密金刚石车床，用于一些常见软金属的超精密加工，加工的形状也只限于简单的轴对称图形零件。
上个世纪八十年代至九十年代进入民间工业的应用初期。
美国、日本、欧洲的一些领头的超精密加工研究的公司在政府的支持下，将超精密加工技术开始投向市场，一开始是民用的精密镜头的生产。
但是由于超精密加工设备的缺少和代价高昂，初期主要是少量的专门订制。
在这时间段还出现了可处理硬质金属的超精密金刚石磨削磨床，但尽管如此，超精密加工的效率还是无法赶上金刚石车床。
上个世纪八十年代末期，美国投入大量研究资金和人力，成功研制了大型光学超精密加工车床，也成功成为了超精密加工领域的一个里程碑。
上个世纪九十年代后，民用超精密加工技术渐渐完善和成熟。
在民用交通、环境工程、光电信息、医疗仪器设备等产业的推动下，这些产业中光学镜片、超精密制造的模具、半导体元件等成了超精密加工广泛应用的平台。
随着超精密加工设备的相关技术的逐渐成熟，超精密加工设备成为工业生产中比较习见的生产设备。
另外，产品的加工精度也渐渐达到纳米级水平、可处理加工的零件材料的尺寸也越来越大，使用的领域也越来越广泛。
当今国际范围内的超精密加工技术大国以日本、欧洲和美国为首，但是它们各自发展的关注重点又不尽相同。
美国在超精密加工中已经投入大量资金，而大型X射线探测望远镜的大口径反射镜是其一直研究的重点方向。
当下这类反射镜的材料为重量小且导热性较好的碳化硅，但这种材料的硬度较高，对于这种材料的超精密加工会遇到较高的技术要求。
日本研究超精密加工的时间要晚于欧洲和美国，但是日本研究发展的速度很快。
日本超精密发展偏向于电脑硬盘磁片、民用光学透镜等民用产品。
现如今，日本在办公器材、光学透镜、声、微型电子等超精密加工方面相较于欧美有相当的技术领先。
1.2.2国内超精密加工发展概况我国于上个世纪六十年代中期开始研究镜面外圆磨床，加工圆度小于0.3μm，表面粗糙度能低于Ra0.01μm。