超精密加工技术的发展与展望

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超精密加工技术的应用与发展创新

超精密加工技术的应用与发展创新

超精密加工技术的应用与发展创新随着工业化程度的不断提高,各行各业对于产品加工精度的要求也越来越高。

超精密加工技术作为一种高精度加工手段,在多种行业中得到了广泛的应用和重要的发展。

本文将从超精密加工技术的概念和特点、应用领域以及发展创新方面,探讨这一技术的现状与未来。

一、超精密加工技术的概念和特点超精密加工技术作为先进的制造技术,是一种在非接触条件下通过高度控制精度和极小加工力实现的超精度制造过程。

其主要特点在于能够完成高精度、高透明度的加工,同时实现最大限度的纳米级表面精度和形状控制,并实现极高的材料利用率和能源效率。

当前,超精密加工技术已经成为了生产微电子元件、高精度仪器、光学设备、医疗器械以及航空、航天等领域的重要手段。

二、超精密加工技术的应用领域1. 微电子元件制造微电子元件制造是超精密加工技术的重要应用领域之一。

超精密加工技术主要应用于微电子元件的表面处理和制造过程。

通过高度精密的加工,能够最大限度地实现微电子元件的纳米级精度和优异的表面平整度。

2. 光学设备制造光学设备制造是超精密加工技术的另一个重要应用领域。

通过超精密加工技术,能够实现近乎完美的光学表面加工,达到光学元件的超精度。

该技术广泛应用于反射镜,激光器器件,非球面透镜增益校准等领域,为光学设备的制造和优化提供了可靠的手段。

3. 生物医疗设备生物医疗设备是超精密加工技术引入的新领域之一。

超精密加工技术能够实现各种医疗设备的高精度加工,例如人工关节、医疗导管、人工晶体等生物医疗设备。

通过超精密加工技术,这些医疗设备得以轻松地实现形状的精确定位和表面的高质量加工,从而拓展了生物医疗设备的应用领域。

4. 航空航天领域超精密加工技术在航空航天领域的发展也非常突出。

通过超精密加工技术,可以实现各种轻量化和高精度零部件的制造,包括发动机组件、喷气口、舵机组件和其他高温材料。

这种高质量加工技术能够提高飞行器的飞行效率和安全性,并显著提高其性能和使用寿命。

我国精密超精密加工技术发展展望

我国精密超精密加工技术发展展望

我国超精密加工技术发展展望朱锟鹏,李科选,姜丽丽,叶冬森中国科学院先进制造研究所精密制造实验室超精密加工技术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,对材料进行超精密微量切削,以获得极高形状精度和表面光洁度的零件加工过程。

超精密加工技术对于提高产品的性能、成本和质量具有重要的意义,已经成为高精尖产品制造中不可缺少的加工手段。

1983年日本Taniguchi 教授提出,并于2000年由McKeown 教授更新的20世纪40年代以来加工精度的发展情况,如图1所示。

可以看出,精密与超精密加工技术以不断提高加工精度和表面质量为目标,在不同的发展阶段具有不同的定义,并没有严格的分界线。

目前超精密加工技术已经发展成为一门综合多学科的高新技术,涉及材料、加工设备、电子、计算机、检测和工作环境等各个方面,在高技术领域和军用工业以及民用工业中都有广泛应用,已成为衡量一个国家先进制造技术水平的重要指标之一。

加工方法与设备1001010.10.010.0010.00011940196019802000年度加工精度P /μm图1 20世纪40年代后加工精度的发展多年以来,美国、英国和日本等工业发达国家均十分重视精密/超精密加工技术的研究,取得了长足的发展,达到了较高的水平。

美国国家实验室曾于1983~1984 年研制了两台大型金刚石超精密车床,目前仍然是世界公认的最高水平的大型超精密机床。

英国也较早从事超精密加工技术的研究,是迄今为止第二个能制造大型超精密机床的国家。

日本曾设定专门的研究机构从事精密/超精密加工技术的研究,目前在中小型精密机床的生产上,已基本与美国并驾齐驱。

我国的超精密加工技术自20世纪90年代以来取得了较快的发展,出现了具有世界水平的超精密机床和部件,如北京航空精密机械研究所、国防科技大学研制的非球曲面超精密复合加工系统和北京机床研究所研制的纳米数控车床等。

然而我国虽然在超精密加工技术上取得了一定的进步,但与国际领先水平相比还有很大差距。

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

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。

超精密加工技术的发展与展望

超精密加工技术的发展与展望

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。

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

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。

超精密加工的关键技术及发展趋势

超精密加工的关键技术及发展趋势

车辆工程技术90机械电子1 超精密加工的技术范畴 在工业的加工领域当中,通常情况下按照加工的精度来划分的话,可以将机械加工一般可以分为三类,分别是:一般加工、精密加工和超精密加工。

随着生产技术的飞速发展,关于加工精度的划分标准也在随着时间的发展而变化,加工的进程也会随之而向前推移,可能过去的精密加工已经沦落为现今社会当中的一半加工的程度了。

因此,可以知道这个划分界限并不是一定的,它是会随着科学技术的发展而提高的,毕竟在如今的数据记录当中并没有主体的数值限制。

超精密加工的环境是在机床设备上进行的,利用刀具与零件之间产生的具有严格约束性的相对运动,从而达到加工出精度超高的产品,接着需要对加工好的材料进行相应的摩擦和去除毛刺,从而获得高形状、高精度的零件。

一般在学术界领域,超精度加工的加工精度通常在0.1μm 以上的,其表面的粗糙度也都是低于0.025μm的。

近年来,随着纳米技术的兴起,超精密加工目前已经进入纳米级精度阶段,逐渐的出现了纳米加工及其相关联的纳米技术。

经过近年来对纳米技术的使用和完善,这项技术已经逐渐的走向成熟,形成了一整套的超精密加工体系,其中包含了超精密切削、超精密磨削、超精密微细加工以及超精密计量等等,慢慢的向更高层次进行突破。

但是影响超精密加工的因素很多,目前只有在现有的基础上,经过研究和采用各种各样新型的技术、并且能够在各个方面融入这些新型技术,真正做到精益求精,达到更高的精度,才能突破传统加工模式的加工精度的界限。

实际上超精密的加工技术就是超精度切削、磨削和细微加工技术的综合应用。

2 超精密加工的关键技术2.1 主轴 目前阶段,在超精密加工机床的使用过程中,使用最高精度的主轴是空气静压轴承主轴,就我国制作出来的磁悬浮列车的轴承也远远达不到空气静压轴承主轴的加工精度,因此磁悬浮列车至今为止还是需要利用空气轴承。

就目前的超精密加工技术而言,空气静压轴承主轴的精度可以达到0.05μm,国内已经达到了这个加工精度的水平,然而国外甚至可以达到0.03μm,即使已经达到了如此精确的加工精度,却依旧不能满足纳米加工技术对于主轴的加工精度要求。

超精密加工技术在未来机械领域的发展前景概述

超精密加工技术在未来机械领域的发展前景概述

超精密加工技术在未来机械领域的发展前景概述超精密加工技术在未来机械领域的发展前景[前言]近二十年以来机械制造业正以迅猛的发展步伐向精密加工、超精密加工发展,在未来的发展过程中精密加工、超精密加工将成为在国际竞争、市场竞争中取胜的关键技术。

现代制造业之所发要致力于提高加工精度,其主要原因在于提高产品的性能和质量,提高其质量的稳定性和性能的可靠性,促进产品的小型化、功能性强,零件互换性好,产品的装配、调试生产率高,并促进制造装配自动化。

随着制造业的发展,现在的精密机械加工正在从微米、亚微米级工艺发展,在今后的加工中,普通机械加工、精密加工与超精密加工精度可分别达到1μm、0.01μm、0.001μm(即1nm),而且超精密加工正在向原子级加工精度逼进(0.1nm)。

随着极限加工精度的不断提高,为科学技术的发展和进步创造了条件,也为机械冷加工提供了良好的物质手段。

关键词超精密加工发展趋势发展策略后续研发一、引言我们一提到超精密这个词语,就觉得它比较神秘,但跟任何其他复杂的高新技术一样,经过一段时间的熟悉、适应,都会被大众所了解,也就不再是所谓的高科技了,超精密加工也是如此。

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。

二、正文超精密加工当前是指被加工零件的尺寸和形状精度高于0.1μm,表面粗糙度Ra小于0.025μm,以及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,目前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是美国、英国和日本。

美国是开展超精密加工技术研究最早的国家,也是迄今处于领先地位的国家。

英国的克兰菲尔德精密工程研究所(简称CUPE)享有较高声誉,是当今世界上精密工程的研究中心之一。

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

行业综述超精密加工技术的发展现状与趋势北京机床研究所精密机电有限公司(100102) 贺大兴 盛伯浩 在全球技术竞争日益激烈的今天,超精密加工作为机械制造业中极具竞争力的技术之一,目前已受到许多国家的关注。

超精密加工技术是尖端技术产品发展不可缺少的关键手段,它不仅适于国防应用,而且可以大量应用于高端民用产品中,例如惯导仪表的关键部件、核聚变用的透镜与反射镜、大型天文望远镜透镜、大规模集成电路的基片、计算机磁盘基底及复印机磁鼓、现代光学仪器设备的非球面器件、高清晰液晶及背投显示产品等。

超精密加工技术促进了机械、计算机、电子、光学等技术的发展,从某种意义上来说,超精密加工技术担负着支持最新科学技术进步的重要使命,也是衡量一个国家制造技术水平的重要标志[1]。

超精密加工是一个相对的概念,它是相对于精密加工而言的。

当前普遍认为超精密加工是指加工精度高于0.1μm,加工表面粗糙度小于R a0.02μm 的加工方法。

超精密加工通常包括超精密切削(车削、铣削、刻划等)、超精密磨削、超精密研磨和抛光等,另外广义的超微细加工、纳米级以及原子级的加工等也属于超精密加工的范畴。

1 超精密加工技术的发展现状商业化的超精密加工技术应用可以追溯到上一世纪60年代美国,由于军事领域精密元件的需求,促使这一技术迅速发展。

到80~90年代,由于激光在各领域的广泛应用,各种类型的金刚石车床和镜面铣削机床不断出现,超精密加工技术在许多国家相继发展,除美国以外,英国、德国、前苏联、法国、日本、荷兰等许多国家都发展了这一技术,它的应用领域也不局限于军事领域,扩展到大量需求的民用领域。

到90年代中后期,超精密加工技术的多种配套技术包括工艺技术进入成熟期,定型的超精密设备逐渐增加,开始出现专业化制造的特点。

国际上从事超精密开发应用的公司以及机构经历了市场筛选和优势重组的阶段(例如新的Precitech公司合并了Pneumo超精密公司、Moore Nanotechnology Sys2 tem的形成等),众多分散的小的超精密单位逐步淡出,具有优势的典型企业和机构的进一步突显。

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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磨加工工艺;到了青铜器时代后人类制作了各类表面光滑的铜镜,这种制作方式就是研磨及抛光工艺。

但是到了近代才出现了真正意义上的精密加工,最典型的例子就是精密镗床的发明。

1769年瓦特取得实用蒸汽机专利后,汽缸加工精度的高低就成了蒸汽机能否提高效率并得到实际应用的关键问题。

1774年英国人威尔金森发明了炮筒镗床,可用于加工瓦特蒸汽机的汽缸体。

1776 年他又制造了一台更为精确的汽缸镗床,加工直径为75inch(1inch=2.54cm)的汽缸,误差还不到一个硬币的厚度。

加工精度的提高促使了蒸汽机的大规模应用,从而推动了第一次工业革命的发展。

20 世纪60年代初期,随着航天、宇航的发展,精密超精密加工技术首先在美国被提出,并由于得到了政府和军方的财政支持而迅速发展。

到了20世纪70 年代,日本也成立了超精密加工技术委员会并制定了相应发展规划,将该技术列入高新技术产业,经过多年的发展,使得日本在民用光学、电子及信息产品等产业处于世界领先地位。

近年来,美国开始实施了“微米和纳米级技术”国家关键技术计划,国防部成立了特别委员会,统一协调研究工作。

美国目前至少有30多家公司研制和生产各类超精密加工机床,如国家劳伦斯利佛摩尔实验室(LLNL)、摩尔(Moore)公司等在国际超精密加工技术领域久负盛名。

同时利用这些超精密加工设备进行了陶瓷、硬质合金、玻璃和塑料等材料不同形状和种类零件的超精密加工,并应用于航空、航天、半导体、能源、医疗器械等行业。

日本现有20多家超精密加工机床研制公司,重点开发民用产品所需的超精密加工设备,并成批生产了多品种商品化的超精密加工机床,日本在相机、电视、复印机、投影仪等民用光学行业的快速发展与超精密加工技术有着直接的关系。

英国从60 年代起开始研究超精密加工技术,现已成立了国家纳米技术战略委员会,正在执行国家纳米技术研究计划,德国和瑞士也以生产精密加工设备闻名于世。

1992 年后,欧洲实施了一系列的联合研究与发展计划,加强和推动了精密超精密加工技术的发展。

国内真正系统地提出超精密加工技术的概念是从20世纪80 年代~90 年代初,由于航空、航天等军工行业的发展对零部件的加工精度和表面质量都提出了更高的要求,这些军工行业投入了资金支持行业内的研究所和高校开始进行超精密加工技术基础研究。

由于当时超精密加工技术属于军用技术,无论从设备还是工艺等方面,国外都实施了技术封锁,所以国内超精密加工技术的开展基本都是从超精密加工设备的研究开始。

由于组成超精密加工设备的基础是超精密元部件,包括空气静压主轴及导轨、液体静压主轴及导轨等,所以各家单位也正是以超精密基础元部件及超精密切削加工用的天然金刚石刀具等为突破口,并很快就取得了一些进展。

哈尔滨工业大学、北京航空精密机械研究所等单位陆续研制了超精密主轴及导轨等元部件,并进行了天然金刚石超精密切削刀具刃磨机理及工艺研究,同时陆续搭建了一些结构功能简单的超精密车床、超精密镗床等超精密加工设备,开始进行超精密切削工艺实验。

非球面、曲面超精密加工设备的研制成功是国内超精密加工技术发展的里程碑,非球面光学零件由于具有独特的光学特性在航空、航天、兵器以及民用光学等行业开始得到应用,从而简化了产品结构并提高了产品的性能。

当时加工设备只有美国、日本及西欧等少数国家能够生产,国内引进受到严格限制而且价格昂贵,国家从“九五”开始投入了人力物力支持研发超精密加工设备。

到“九五”末期,北京航空精密机械研究所、哈尔滨工业大学、北京兴华机械厂、国防科技大学等单位陆续研制成功代表当时超精密加工最高技术水平的非球面超精密切削加工设备,彻底打破了国外的技术封锁。

之后其他各类超精密加工设备,如超精密磨削设备、小计算机数控磨头抛光设备、磁流变抛光设备、离子束抛光设备、大口径非球面超精密加工设备、自由曲面多轴超精密加工设备、压印模辊超精密加工设备等也陆续研制成功,缩小了超精密加工技术国内外的差距。

同时由于有了超精密加工设备的支撑,在超精密加工工艺方面也有了很大进展,如ELID 超精密镜面磨削工艺、磁流变抛光工艺、大径光学透镜及反射镜超精密研抛及测量工艺、自由曲面的超精密加工及测量工艺、光学薄膜超精密加工工艺,超精密加工技术的应用领域也从军工业转向了民用行业。

超精密加工技术的发展随着时代的进步其加工精度也不断提高,目前已经进入到纳米制造阶段。

纳米级制造技术是目前超精密加工技术的巅峰,其研究需要具有雄厚的技术基础和物质基础条件,美国、日本及欧洲一些国家以及我国都在进行一些研究项目,包括聚焦电子束曝光、原子力显微镜纳米加工技术等,这些加工工艺可以实现分子或原子级的移动,从而可以在硅、砷化镓等电子材料以及石英、陶瓷、金属、非金属材料上加工出纳米级的线条和图形,最终形成所需的纳米级结构,为微电子和微机电系统的发展提供技术支持。

2、超精密加工技术的分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于R0.01μm,实际应用的一般为R0.05μm,可加工出优于Ra0.01μm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Ra0.005μm,且最先用于铜的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[3]。

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[4]。

超精密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。

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。

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