超精密加工技术PPT课件
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超精密加工技术PPT培训课件
详细描述
在模具加工中，超精密加工技术能够加工出高精度、高光洁 度的模具表面，提高模具的使用寿命和制件的精度，广泛应 用于塑料模具、压铸模具等领域。
航空航天零件加工
总结词
超精密加工技术在航空航天领域的应 用，涉及发动机叶片、涡轮盘等复杂 零件的加工。
详细描述
由于航空航天领域对零件的精度和性 能要求极高，超精密加工技术能够实 现复杂零件的高精度、高效率加工， 提高航空航天器的性能和安全性。
特种加工原理
特种加工是指利用物理、化学或电学等 非传统机械能来去除材料的一种加工方 法。与传统的切削和磨削加工相比，特 种加工具有更高的加工精度和更广泛的
加工适应性。
常见的特种加工方法包括激光束加工、 电子束加工、离子束加工、等离子体加 工等。这些方法利用高能束流或等离子 体与工件表面相互作用，实现材料的快
误差补偿技术
热误差补偿
通过对机床热误差的测量和建模， 实现对热误差的有效补偿，提高
加工精度。
运动误差补偿
通过对机床运动误差的测量和建 模，实现运动误差的补偿，提高
加工精度。
综合误差补偿
综合运用热误差和运动误差补偿 技术，实现对超精密加工过程中
各种误差的有效补偿。
04 超精密加工技术的应用案 例
光学元件加工
加工精度提升
超精密加工技术面临的技术瓶颈之一是如何进一步提高加工精度 和表面质量。
材料限制
某些特殊材料在超精密加工过程中容易出现裂纹、变形等问题，如 何克服这些材料限制是亟待解决的问题。
加工效率与成本控制
提高加工效率并降低成本是超精密加工技术发展的关键，需要不断 优化工艺参数和设备性能。
新材料加工的挑战
医疗器械
超精密加工技术在医疗器械领域的 应用广泛，如人工关节、心脏瓣膜 等高精度医疗设备的制造。
在模具加工中，超精密加工技术能够加工出高精度、高光洁 度的模具表面，提高模具的使用寿命和制件的精度，广泛应 用于塑料模具、压铸模具等领域。
航空航天零件加工
总结词
超精密加工技术在航空航天领域的应 用，涉及发动机叶片、涡轮盘等复杂 零件的加工。
详细描述
由于航空航天领域对零件的精度和性 能要求极高，超精密加工技术能够实 现复杂零件的高精度、高效率加工， 提高航空航天器的性能和安全性。
特种加工原理
特种加工是指利用物理、化学或电学等 非传统机械能来去除材料的一种加工方 法。与传统的切削和磨削加工相比，特 种加工具有更高的加工精度和更广泛的
加工适应性。
常见的特种加工方法包括激光束加工、 电子束加工、离子束加工、等离子体加 工等。这些方法利用高能束流或等离子 体与工件表面相互作用，实现材料的快
误差补偿技术
热误差补偿
通过对机床热误差的测量和建模， 实现对热误差的有效补偿，提高
加工精度。
运动误差补偿
通过对机床运动误差的测量和建 模，实现运动误差的补偿，提高
加工精度。
综合误差补偿
综合运用热误差和运动误差补偿 技术，实现对超精密加工过程中
各种误差的有效补偿。
04 超精密加工技术的应用案 例
光学元件加工
加工精度提升
超精密加工技术面临的技术瓶颈之一是如何进一步提高加工精度 和表面质量。
材料限制
某些特殊材料在超精密加工过程中容易出现裂纹、变形等问题，如 何克服这些材料限制是亟待解决的问题。
加工效率与成本控制
提高加工效率并降低成本是超精密加工技术发展的关键，需要不断 优化工艺参数和设备性能。
新材料加工的挑战
医疗器械
超精密加工技术在医疗器械领域的 应用广泛，如人工关节、心脏瓣膜 等高精度医疗设备的制造。
精密与超精密加工技术课件
珩磨效果影响因素
珩磨效果受到多种因素的影响 ，如磨石的粒度、粘结剂的类 型、珩磨头的转速和压力等。
电解加工工艺
电解加工工艺概述
电解加工是一种利用电化学反应去除 工件材料的加工方法，具有加工精度 高、表面质量好等特点。
电解加工工艺流程
电解加工工艺通常包括工件表面处理 、电解液的选择和调整、电解加工设 备的设置以及加工参数的控制等步骤 。
、汽车和航空领域。
陶瓷材料
陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性和 耐高温等特点，常用于制造刀具、 磨具和高温部件。
复合材料
复合材料由两种或多种材料组成， 具有优异的综合性能，如碳纤维复 合材料具有高强度和轻质的特点。
复合材料
玻璃纤维复合材料
玻璃纤维复合材料具有高 强度、高刚性和耐腐蚀等 特点，广泛应用于建筑、 船舶和汽车领域。
抛光效果受到抛光轮的材料、转速、抛光膏或抛光液的成分以及抛光 压力等因素的影响。
珩磨工艺
珩磨工艺概述
珩磨是一种利用珩磨头上的磨 石与工件表面进行摩擦，以去 除表面微小凸起和划痕的加工
方法。
珩磨材料
珩磨头上的磨石由硬质颗粒和 粘结剂组成，具有较高的硬度 和耐磨性。
珩磨工艺流程
珩磨工艺通常包括工件表面处 理、涂敷润滑剂、珩磨头的旋 转运动以及工件的往复运动等 步骤。
碳纤维复合材料
碳纤维复合材料具有高强 度、轻质和耐高温等特点 ，常用于制造航空器和体 育用品。
金属基复合材料
金属基复合材料以金属为 基体，加入增强纤维或颗 粒，以提高材料的强度、 刚度和耐磨性。
04
精密与超精密加工工艺
研磨工艺
研磨工艺概述
研磨材料
研磨是一种通过研磨剂去除工件表面微小 凸起和划痕的加工方法，以达到平滑表面 的效果。
珩磨效果受到多种因素的影响 ，如磨石的粒度、粘结剂的类 型、珩磨头的转速和压力等。
电解加工工艺
电解加工工艺概述
电解加工是一种利用电化学反应去除 工件材料的加工方法，具有加工精度 高、表面质量好等特点。
电解加工工艺流程
电解加工工艺通常包括工件表面处理 、电解液的选择和调整、电解加工设 备的设置以及加工参数的控制等步骤 。
、汽车和航空领域。
陶瓷材料
陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性和 耐高温等特点，常用于制造刀具、 磨具和高温部件。
复合材料
复合材料由两种或多种材料组成， 具有优异的综合性能，如碳纤维复 合材料具有高强度和轻质的特点。
复合材料
玻璃纤维复合材料
玻璃纤维复合材料具有高 强度、高刚性和耐腐蚀等 特点，广泛应用于建筑、 船舶和汽车领域。
抛光效果受到抛光轮的材料、转速、抛光膏或抛光液的成分以及抛光 压力等因素的影响。
珩磨工艺
珩磨工艺概述
珩磨是一种利用珩磨头上的磨 石与工件表面进行摩擦，以去 除表面微小凸起和划痕的加工
方法。
珩磨材料
珩磨头上的磨石由硬质颗粒和 粘结剂组成，具有较高的硬度 和耐磨性。
珩磨工艺流程
珩磨工艺通常包括工件表面处 理、涂敷润滑剂、珩磨头的旋 转运动以及工件的往复运动等 步骤。
碳纤维复合材料
碳纤维复合材料具有高强 度、轻质和耐高温等特点 ，常用于制造航空器和体 育用品。
金属基复合材料
金属基复合材料以金属为 基体，加入增强纤维或颗 粒，以提高材料的强度、 刚度和耐磨性。
04
精密与超精密加工工艺
研磨工艺
研磨工艺概述
研磨材料
研磨是一种通过研磨剂去除工件表面微小 凸起和划痕的加工方法，以达到平滑表面 的效果。
超精密与纳米加工技术PPT课件
放光子从高能阶跃迁到较低能 阶
➢受激辐射 - 光子射入物质诱发
电子从高能阶跃迁到低能阶， 并释放光子。
5
激光器
➢固体激光器 ➢YAG（钇、铝和石榴石构成）激光器,红宝石激光器 ➢特点:器件小、坚固、使用方便、输出功率大
➢气体激光器 ➢CO2激光器,氦－氖激光器 ➢结构简单、造价低；操作方便；工作介质均匀，光束质量好；能长时间较
200万左右 )
20
电 子 束 焊 接 车 桥 设 备
21
电子束焊机焊接的车桥
22
谢谢欣赏
23
祝各位身体健康、工作顺利、家 庭幸福。
24
12
超声波加工原理图
13
超声波加工特点及应用
➢适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、陶瓷、
半导体、宝石、金刚石等 。
➢ 可加工各种复杂形状的型孔、型腔、形面。 ➢ 工具与工件不需作复杂的相对运动，机床结构简单。 ➢ 被加工表面无残余应力，无破坏层，加工精度较高，尺寸精度
可达0.01～0.05mm 。
19
电子束焊接
• 焊缝熔深大,熔宽小,焊缝金属纯度高,焊接精度高,可实现精密微细焊 • 可进行薄材料的精密焊接，又可实现厚件焊接，但不适于大批量产品 • 所有用其它焊接方法能进行熔化焊的金属及合金都可以用电子束焊接 • 主要用于高质量焊接,能解决异种金属,易氧化金属及难熔金属的焊接 • 价格昂贵(如用CO2保护焊机焊接后桥,价格仅几万元,而电子束焊机价格在
易达到的狭小空间加工。
➢ 非接触加工方式，热变形小，加工精度较高。 ➢ 可 进 行 微 细 加 工 。 激 光 聚 焦 直 径 理 论 上 可 至 1μm 以 下 ， 实 际 可 实 现
φ0.01mm的小孔加工和窄缝切割。
➢受激辐射 - 光子射入物质诱发
电子从高能阶跃迁到低能阶， 并释放光子。
5
激光器
➢固体激光器 ➢YAG（钇、铝和石榴石构成）激光器,红宝石激光器 ➢特点:器件小、坚固、使用方便、输出功率大
➢气体激光器 ➢CO2激光器,氦－氖激光器 ➢结构简单、造价低；操作方便；工作介质均匀，光束质量好；能长时间较
200万左右 )
20
电 子 束 焊 接 车 桥 设 备
21
电子束焊机焊接的车桥
22
谢谢欣赏
23
祝各位身体健康、工作顺利、家 庭幸福。
24
12
超声波加工原理图
13
超声波加工特点及应用
➢适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、陶瓷、
半导体、宝石、金刚石等 。
➢ 可加工各种复杂形状的型孔、型腔、形面。 ➢ 工具与工件不需作复杂的相对运动，机床结构简单。 ➢ 被加工表面无残余应力，无破坏层，加工精度较高，尺寸精度
可达0.01～0.05mm 。
19
电子束焊接
• 焊缝熔深大,熔宽小,焊缝金属纯度高,焊接精度高,可实现精密微细焊 • 可进行薄材料的精密焊接，又可实现厚件焊接，但不适于大批量产品 • 所有用其它焊接方法能进行熔化焊的金属及合金都可以用电子束焊接 • 主要用于高质量焊接,能解决异种金属,易氧化金属及难熔金属的焊接 • 价格昂贵(如用CO2保护焊机焊接后桥,价格仅几万元,而电子束焊机价格在
易达到的狭小空间加工。
➢ 非接触加工方式，热变形小，加工精度较高。 ➢ 可 进 行 微 细 加 工 。 激 光 聚 焦 直 径 理 论 上 可 至 1μm 以 下 ， 实 际 可 实 现
φ0.01mm的小孔加工和窄缝切割。
《超精密加工技术》PPT课件
X轴滑台
主轴
刀架 z轴滑台
光路护罩
基座
周缘 护板
图3 T形布局的金刚石车床
一、 精细与超精细加工技术
➢ 金刚石车床主要性能指标〔表3〕
表3 金刚石车床主要性能指标
最大车削直径和长度 /mm
最高转速 r/mm
最大进给速度mm /min
数控系统分辩率 /μm
重复精度(±2σ) / μ m
主轴径向圆跳动 / μ m
➢ 例：美国陀螺仪球圆度0.1μm，粗糙度Ra0.01μm， 导弹命中精度控制在50m范围内；英国飞机发电机转子叶 片加工误差从60μm降至12μm，发电机压缩效率从89% 提高到94%；齿形误差从3-4μm减小1μm，单位重量齿 轮➢ 箱精扭细矩加可工提与高超一精倍细加工技术是新技术的生长点
➢ 精细与超精细加工技术涉及多种根底学科和多种新 兴技术，其开展无疑会带动和促进这些相关科学技术的开 展
R 350
AA
6.4
R=0.5～1.2 50 B
R 110～1200 B
6.4
6.4
A-A 60
10 B-B
60
60
图6 金刚石刀具角度
一、 精细与超精细加工技术
金刚石车床
单点金刚石车床加工铜工件 单点金刚石车床的非球面光学超精细加工
图7 金刚石车床及其加工照片
加工4.5mm陶瓷 球
一、 精细与超精细加工技术
精密与超精密加工设备造价高，难成系列。常常针对某一特定产 品设计（如加工直径3m射电天文望远镜的超精密车床，加工尺寸小于 1mm微型零件的激光加工设备）。
◆ 与自动化技术联系紧密
广泛采用计算机控制、适应控制、再线检测与误差补偿技术，以
精密加工和超精密加工 ppt课件
微进给装置
计算机数控
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先进制造技术
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先进制造技术
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先进制造技术
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砂带磨削 珩磨
超精研 研磨
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先进制造技术
单五击、此砂处带编磨削辑：母版标题样式
工艺整合化 在线加工检测一体化
绿色化
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先进制造技术
2.3 精密、超精密磨削加工
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一、概念
精密砂轮磨削：利用精细修正的粒度为60#～80#的普 通砂轮进行磨削，其加工精度可达1µm，表面粗糙度可达 Ra0.025µm。
超精密砂轮磨削：利用经过仔细修正的粒度为W40～ W5的砂轮进行磨削，可以获得加工精度为0.1µm，表面粗 糙度为Ra0.025～Ra0.008µm的加工表面。
不适宜加工铁族金属材料。
立方氮化硼（CBN）
硬度莫氏硬度9.8-10
导热系数、热膨胀系数和研磨 能力也很突出；
稳定性和化学惰性大大优于金 刚石
适合加工普通磨料难以加工且 金刚石又不宜加工的硬而韧的 金属材料如工具钢、模具钢、 不锈钢、耐热合金等特别是高 钒高速钢、铝高速钢等对磨削 温度较为敏感的金属材料。
微刃的微切削作用 微刃的等高切削作用 微刃的滑挤、摩擦、抛光作用
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先进制造技术
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先进制造技术
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1、超精磨削是一种极薄切削，切屑厚度极小，磨削 深度可能小于晶粒的大小，磨削就在晶粒内进行，因此 磨削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力， 从而磨粒上所承受的切应力就极速地增大，可能接近被 磨削材料的剪切强度极限。同时，磨粒切削刃处收到高 温和高压的作用，要求磨粒材料有很高的高温强度和高 温硬度。
计算机数控
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砂带磨削 珩磨
超精研 研磨
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工艺整合化 在线加工检测一体化
绿色化
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先进制造技术
2.3 精密、超精密磨削加工
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一、概念
精密砂轮磨削：利用精细修正的粒度为60#～80#的普 通砂轮进行磨削，其加工精度可达1µm，表面粗糙度可达 Ra0.025µm。
超精密砂轮磨削：利用经过仔细修正的粒度为W40～ W5的砂轮进行磨削，可以获得加工精度为0.1µm，表面粗 糙度为Ra0.025～Ra0.008µm的加工表面。
不适宜加工铁族金属材料。
立方氮化硼（CBN）
硬度莫氏硬度9.8-10
导热系数、热膨胀系数和研磨 能力也很突出；
稳定性和化学惰性大大优于金 刚石
适合加工普通磨料难以加工且 金刚石又不宜加工的硬而韧的 金属材料如工具钢、模具钢、 不锈钢、耐热合金等特别是高 钒高速钢、铝高速钢等对磨削 温度较为敏感的金属材料。
微刃的微切削作用 微刃的等高切削作用 微刃的滑挤、摩擦、抛光作用
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先进制造技术
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先进制造技术
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1、超精磨削是一种极薄切削，切屑厚度极小，磨削 深度可能小于晶粒的大小，磨削就在晶粒内进行，因此 磨削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力， 从而磨粒上所承受的切应力就极速地增大，可能接近被 磨削材料的剪切强度极限。同时，磨粒切削刃处收到高 温和高压的作用，要求磨粒材料有很高的高温强度和高 温硬度。
超精密切削加工 PPT
切削刃的粗糙度。 2) 切削刃的粗糙度。切削时切削刃的粗糙度将决定 加工表面的粗糙度。普通刀刃的粗糙度Ry Ry0 加工表面的粗糙度 。 普通刀刃的粗糙度 Ry0.3~5 金刚石刀具刀刃的粗糙度Ry Ry0 μm ， 金刚石刀具刀刃的粗糙度 Ry0.1~0.2 μm ， 特殊情况Ry nm。 Ry1 特殊情况Ry1nm。 极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量， 3) 极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量， 保证长的刀具寿命。 保证长的刀具寿命。 刀刃无缺陷，足够的强度，耐崩刃性能。 4) 刀刃无缺陷，足够的强度，耐崩刃性能。 化学亲和性小、与工件材料的抗粘结性好、 5) 化学亲和性小、与工件材料的抗粘结性好、摩擦 系数低，能得到极好的加工表面完整性。 系数低，能得到极好的加工表面完整性。
• 一.超精密切削加工简介 • 二.超精密切削的刀具 • 三.超精密加工机床 • 四.影响切削表面粗糙度的因素及发展 趋势
一.超精密切削加工简介 超精密切削加工简介
• 1.超精密切削的历史 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、 60年代初，由于宇航用的陀螺，计算机用的磁鼓、 年代初 磁盘，光学扫描用的多面棱镜， 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， 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， 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、 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 法进行加工，不但加工成本很高， 精度和表面粗糙度的要求。为此，研究、 精度和表面粗糙度的要求。为此，研究、开发了 使用高精度、 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。 削加工的方法。
【机械制造】超精密加工技术ppt模版课件
• 概述 • 超精密加工范畴 • 超精密加工现状 • 超精密加工的设备与环境 • 超精密加工的发展展望
18.03.2021
Page 18
超精密加工范畴
• 在过去相当的一段时期，精密加工、特别是超精 密加工的应用范围很狭窄。近十几年来，随着科 学技术和人们生活水平的提高，精密和超精密加 工不仅进入了国民经济和人民生活的各个领域， 而且从单件小批生产方式走向大批量的产品生产 。
• 概述 • 超精密加工范畴 • 超精密加工的设备与环境 • 超精密加工技术的发展展望
18.03.2021
Page 3
概述
• 超精密加工技术是适应现代技术发展的一种机械 加工新工艺，综合应用了机械技术发展的新成果 及现代电子技术、测量技术和计算机技术中先进 的控制、测试手段等，使机械加工的精度得到进 一步提高，使加工的极限精度向纳米和亚纳米精 度发展。
18.03.2021
Page 16
概述
• 在英国国家纳米技术(NION)计划已开始实行，纳 米技术战略委员会(Nanotechno1ogy Strategy Committee)巳建立，正在实行合作的研究计划， 1990年6月英国正式出版《纳米技术》学术期刊。
18.03.2021
Page 17
超精密加工技术
18.03.2021
Page 34
超精密加工技术的机床设备
• 为实现超精密位置的确定，采用了精密数字伺服方 式，控制部分为内装式CNC装置和激光干涉测长仪 ，实现随机测量定位。为了实现刀具的微量进给， 在DC伺服机构内装有压电式微位移机构，可实现 nm级微位移。该车床采用了恒温油淋浴系统，油温 控制在20士0.0005˚，消除了加工中的热变形。该 车床还采用了压电晶体误差补偿技术，使加工精度 达到0.025μm，该机床可用于加工平面，球面及非 球面，用于加工激光核聚变工程的零件，红外线装 置用零件以及大型天体望远镜。
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超精密加工范畴
• 在过去相当的一段时期，精密加工、特别是超精 密加工的应用范围很狭窄。近十几年来，随着科 学技术和人们生活水平的提高，精密和超精密加 工不仅进入了国民经济和人民生活的各个领域， 而且从单件小批生产方式走向大批量的产品生产 。
• 概述 • 超精密加工范畴 • 超精密加工的设备与环境 • 超精密加工技术的发展展望
18.03.2021
Page 3
概述
• 超精密加工技术是适应现代技术发展的一种机械 加工新工艺，综合应用了机械技术发展的新成果 及现代电子技术、测量技术和计算机技术中先进 的控制、测试手段等，使机械加工的精度得到进 一步提高，使加工的极限精度向纳米和亚纳米精 度发展。
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概述
• 在英国国家纳米技术(NION)计划已开始实行，纳 米技术战略委员会(Nanotechno1ogy Strategy Committee)巳建立，正在实行合作的研究计划， 1990年6月英国正式出版《纳米技术》学术期刊。
18.03.2021
Page 17
超精密加工技术
18.03.2021
Page 34
超精密加工技术的机床设备
• 为实现超精密位置的确定，采用了精密数字伺服方 式，控制部分为内装式CNC装置和激光干涉测长仪 ，实现随机测量定位。为了实现刀具的微量进给， 在DC伺服机构内装有压电式微位移机构，可实现 nm级微位移。该车床采用了恒温油淋浴系统，油温 控制在20士0.0005˚，消除了加工中的热变形。该 车床还采用了压电晶体误差补偿技术，使加工精度 达到0.025μm，该机床可用于加工平面，球面及非 球面，用于加工激光核聚变工程的零件，红外线装 置用零件以及大型天体望远镜。
精密与超精密加工技术.ppt
2.2精密与超精密加工的主要方法
1、 ELID（Electrolytic In-Process Dressing）
金刚石砂轮
（铁纤维结合剂）
电源
电刷
冷却液
＋－
进给
冷却液
图2-8 ELID磨削原理
使用ELID磨削，冷却液为一种特殊电解液。通电后，砂 轮结合剂发生氧化，氧化层阻止电解进一步进行。在切削 力作用下，氧化层脱落，露出了新的锋利磨粒。由于电解 修锐连续进行，砂轮在整个磨削过程保持同一锋利状态。
Ra ＜0.02μm
雷达导波管 平面度垂直度误差 ＜ 0.1μm Ra ＜0.02μm
卫星仪表轴承 圆柱度误差 ＜0.01μm
Ra ＜0.002μm
天体望远镜 形状误差 ＜ 0.03μm
Ra ＜0.01μm
精密加工与超精密加工的发展（图2-1）
2.1 概 述
加工误差（μm）
102 101 100 10-1 10-2 10-3
1140 1020 640 720
2.2精密与超精密加工的主要方法
金刚石刀具
超精切削刀具材料：天然金刚石，人造单晶金刚石
金刚石的晶体结构：规整的单晶金刚石晶体有八面体、
十二面体和六面体，有三根4次对称轴，四根3次对称轴和
六根2次对称轴（图2-4）。
L4 （100）
L2
L3
（111）
（110）
与高新技术产品紧密结合 精密与超精密加工设备造价高，难成系列。常常针对某一 特定产品设计（如加工直径3m射电天文望远镜的超精密车 床，加工尺寸小于1mm微型零件的激光加工设备）。 与自动化技术联系紧密 广泛采用计算机控制、适应控制、再线检测与误差补偿技 术，以减小人的因素影响，保证加工质量。
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.
超精密特种加工
加工精度以纳米，甚至最终以原子单位(原子晶格距离为0.1~0.2纳米) 为目标时，切削加工方法已不能适应，需要借助特种加工的方法，即 应用化学能、电化学能、热能或电能等，使这些能量超越原子间的结 合能，从而去除工件表面的部分原子间的附着、结合或晶格变形，以 达到超精密加工的目的。属于这类加工的有机械化学抛光、离子溅射 和离子注入、电子束曝射、激光束加工、金属蒸镀和分子束外延等。 这些方法的特点是对表面层物质去除或添加的量可以作极细微的控制。 但是要获得超精密的加工精度，仍有赖于精密的加工设备和精确的控 制系统，并采用超精密掩膜作中介物。例如超大规模集成电路的制版 就是采用电子束对掩膜上的光致抗蚀剂(见光刻)进行曝射，使光致抗 蚀剂的原子在电子撞击下直接聚合(或分解)，再用显影剂把聚合过的 或未聚合过的部分溶解掉，制成掩膜。电子束曝射制版需要采用工作 台定位精度高达±0.01微米的超精密加工设备
e.在线加工检测一体化。
由于超精密加工的精度很高，必须发展在线加工检测一体化技术才能
保证产品质量和提高生产率。同时由于加工设备本身的精度有时很难
满足要求，采用在线检测、工况监控和误差补偿的方法可以提高精度，
保证加工质量的要求
.
.绿色化。
磨料加工是超精密加工的主要手段，磨料本身的制造、磨料在加工中的 消耗、加工中造成的能源及材料的消耗、以及加工中大量使用的加工液 等对环境造成了极大的负担。我国是磨料、磨具产量及消耗的第一大国， 大幅提高磨削加工的绿色化程度已成为当务之急发达国家以及中国的台 湾地区均对半导体生产厂家的废液、废气排量及标准实施严格管制
.
超精密加工方法
.超精密切削 超精密切削以SPDT技术开始，该技术以空气轴承主轴、气动滑板、高刚性、
高精度工具、反馈控制和环境温度控制为支撑，可获得纳米级表面粗糙度。 多采用金刚石刀具铣削，广泛用于铜的平面和非球面光学元件、有机玻璃、 塑料制品(如照相机的塑料镜片、隐形眼镜镜片等)、陶瓷及复合材料的加工等。 未来的发展趋势是利用镀膜技术来改善金刚石刀具在加工硬化钢材时的磨耗。 .超精密磨削 超精密磨削是在一般精密磨削基础上发展起来的一种镜面磨削方法,其关键技 术是金刚石砂轮的修整,使磨粒具有微刃性和等高性。超精密磨削的加工对象 主要是脆硬的金属材料、半导体材料、陶瓷、玻璃等。磨削后,被加工表面留 下大量极微细的磨削痕迹,残留高度极小,加上微刃的滑挤、摩擦、抛光作用, 可获得高精度和低表面粗糙度的加工表面，当前超精密磨削能加工出圆度 0.01μm、尺寸精度0.1μm和表面粗糙度为Ra0.005μm的圆柱形零件。
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我国精密和超精密加工发展策略我国精密和超精密加工经过数十年的 努力，日趋成熟。不论是精密机床、金刚石工具，还是精密加工工艺 已形成了一整套完整的精密制造技术系统，为推动机械制造向更高层 次发展奠定了基础。正在向纳米级精度或毫微米精度迈进，随着科学 技术的飞速发展和市场竞争日益激烈,越来越多的制造业开始将大量的 人力、财力和物力投入先进的制造技术和先进的制造模式的研究和实 施策略之中。
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超精密加工对刀具要求
1极高的硬度、和耐用度、弹性模量，以保证刀具有较高的刀具耐用 度
2刃口能磨的极其锋利，刃口半径值极小，能实现超薄的切削厚度。 3刀刃应无缺陷。因切削时刃形将复印在加工表面上，不能得到超光
滑的镜面。 4与工件材料的抗粘性好、化学亲和性小、摩擦因数低，能得到极好
的加工表面完整性
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大型化、微型化。
由于航天航空等技术的发展，大型光电子器件要求大型超精密加工设 备，如美国研制的加工直径为2.4～4m的大型光学器件超精密加工机 床。同时随着微型机械电子、光电信息等领域的发展，超精密加工技 术向微型化发展，如微型传感器，微型驱动元件和动力装置、微型航 空航天器件等都需要微型超精密加工设备。
c.智能化。
以智能化设备降低加工结果对人工经验的依赖性一直是制造领域追求 的目标。加工设备的智能化程度直接关系到加工的稳定性与加工效率， 这一点在超精密加工中体现更为明. 显。
工艺整合化。
当今企业间的竞争趋于白热化，高生产效率越来越成为企业赖以生存 的条件。在这样的背景下，出现了“以磨代研”甚至“以磨代抛”的 呼声。另一方面，使用一台设备完成多种加工(如车削、钻削、铣削、 磨削、光整)的趋势越来越明显。
超精密加工是现代制造业的永恒追求其目的是提高产品的性能，质量 以及可靠性。超精密加工技术是精加工的重要手段超精密加工技术已 经成为全球市场竞争的关键技术；是衡量一个国家先进技术水平的重 要指标之一；
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超精密切削加工
主要有超精密车削、镜面磨削和研磨等。在超精密车床上用经过精细 研磨的单晶金刚石车刀进行微量车削,切削厚度仅1微米左右，常用于 加工有色金属材料的球面、非球面和平面的反射镜等高精度、表面高 度光洁的零件。例如加工核聚变装置用的直径为800毫米的非球面反 射镜，最高精度可达0.1微米，表面粗糙度为Rz0.05微米。
超精密加工技术
机械（二）班 5506120028
徐士豪
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精密及超精密加工 - 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1~0.1µm，表面粗 糙度为Ra0.1~0.01µm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。
将向高精度、高效率、大型化、微型化、智能化、工艺整合化、在线 加工检测一体化、绿色化等方向发展。
a.高精度、高效率。
随着科学技术的不断进步，对精度、效率、质量的要求愈来愈高,高精 度与高效率成为超精密加工永恒的主题。超精密切削、磨削技术能有 效提高加工效率，CMP、EEM技术能够保证加工精度，而半固着磨 粒加工方法及电解磁力研磨、磁流变磨料流加工等复合加工方法由于 能兼顾效率与精度的加工方法，成为超精密加工的趋势
.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。超精密研磨的关键条件是几乎无振动的研 磨运动、精密的温度控制、洁净的环境以及细小而均匀的研磨剂。超 精密研磨加工出的球面度达0.025μm,表面粗糙度Ra达0.003μm
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精密及超精密加工 - 超精密加工发展趋势
超精密特种加工
加工精度以纳米，甚至最终以原子单位(原子晶格距离为0.1~0.2纳米) 为目标时，切削加工方法已不能适应，需要借助特种加工的方法，即 应用化学能、电化学能、热能或电能等，使这些能量超越原子间的结 合能，从而去除工件表面的部分原子间的附着、结合或晶格变形，以 达到超精密加工的目的。属于这类加工的有机械化学抛光、离子溅射 和离子注入、电子束曝射、激光束加工、金属蒸镀和分子束外延等。 这些方法的特点是对表面层物质去除或添加的量可以作极细微的控制。 但是要获得超精密的加工精度，仍有赖于精密的加工设备和精确的控 制系统，并采用超精密掩膜作中介物。例如超大规模集成电路的制版 就是采用电子束对掩膜上的光致抗蚀剂(见光刻)进行曝射，使光致抗 蚀剂的原子在电子撞击下直接聚合(或分解)，再用显影剂把聚合过的 或未聚合过的部分溶解掉，制成掩膜。电子束曝射制版需要采用工作 台定位精度高达±0.01微米的超精密加工设备
e.在线加工检测一体化。
由于超精密加工的精度很高，必须发展在线加工检测一体化技术才能
保证产品质量和提高生产率。同时由于加工设备本身的精度有时很难
满足要求，采用在线检测、工况监控和误差补偿的方法可以提高精度，
保证加工质量的要求
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.绿色化。
磨料加工是超精密加工的主要手段，磨料本身的制造、磨料在加工中的 消耗、加工中造成的能源及材料的消耗、以及加工中大量使用的加工液 等对环境造成了极大的负担。我国是磨料、磨具产量及消耗的第一大国， 大幅提高磨削加工的绿色化程度已成为当务之急发达国家以及中国的台 湾地区均对半导体生产厂家的废液、废气排量及标准实施严格管制
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超精密加工方法
.超精密切削 超精密切削以SPDT技术开始，该技术以空气轴承主轴、气动滑板、高刚性、
高精度工具、反馈控制和环境温度控制为支撑，可获得纳米级表面粗糙度。 多采用金刚石刀具铣削，广泛用于铜的平面和非球面光学元件、有机玻璃、 塑料制品(如照相机的塑料镜片、隐形眼镜镜片等)、陶瓷及复合材料的加工等。 未来的发展趋势是利用镀膜技术来改善金刚石刀具在加工硬化钢材时的磨耗。 .超精密磨削 超精密磨削是在一般精密磨削基础上发展起来的一种镜面磨削方法,其关键技 术是金刚石砂轮的修整,使磨粒具有微刃性和等高性。超精密磨削的加工对象 主要是脆硬的金属材料、半导体材料、陶瓷、玻璃等。磨削后,被加工表面留 下大量极微细的磨削痕迹,残留高度极小,加上微刃的滑挤、摩擦、抛光作用, 可获得高精度和低表面粗糙度的加工表面，当前超精密磨削能加工出圆度 0.01μm、尺寸精度0.1μm和表面粗糙度为Ra0.005μm的圆柱形零件。
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我国精密和超精密加工发展策略我国精密和超精密加工经过数十年的 努力，日趋成熟。不论是精密机床、金刚石工具，还是精密加工工艺 已形成了一整套完整的精密制造技术系统，为推动机械制造向更高层 次发展奠定了基础。正在向纳米级精度或毫微米精度迈进，随着科学 技术的飞速发展和市场竞争日益激烈,越来越多的制造业开始将大量的 人力、财力和物力投入先进的制造技术和先进的制造模式的研究和实 施策略之中。
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超精密加工对刀具要求
1极高的硬度、和耐用度、弹性模量，以保证刀具有较高的刀具耐用 度
2刃口能磨的极其锋利，刃口半径值极小，能实现超薄的切削厚度。 3刀刃应无缺陷。因切削时刃形将复印在加工表面上，不能得到超光
滑的镜面。 4与工件材料的抗粘性好、化学亲和性小、摩擦因数低，能得到极好
的加工表面完整性
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大型化、微型化。
由于航天航空等技术的发展，大型光电子器件要求大型超精密加工设 备，如美国研制的加工直径为2.4～4m的大型光学器件超精密加工机 床。同时随着微型机械电子、光电信息等领域的发展，超精密加工技 术向微型化发展，如微型传感器，微型驱动元件和动力装置、微型航 空航天器件等都需要微型超精密加工设备。
c.智能化。
以智能化设备降低加工结果对人工经验的依赖性一直是制造领域追求 的目标。加工设备的智能化程度直接关系到加工的稳定性与加工效率， 这一点在超精密加工中体现更为明. 显。
工艺整合化。
当今企业间的竞争趋于白热化，高生产效率越来越成为企业赖以生存 的条件。在这样的背景下，出现了“以磨代研”甚至“以磨代抛”的 呼声。另一方面，使用一台设备完成多种加工(如车削、钻削、铣削、 磨削、光整)的趋势越来越明显。
超精密加工是现代制造业的永恒追求其目的是提高产品的性能，质量 以及可靠性。超精密加工技术是精加工的重要手段超精密加工技术已 经成为全球市场竞争的关键技术；是衡量一个国家先进技术水平的重 要指标之一；
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超精密切削加工
主要有超精密车削、镜面磨削和研磨等。在超精密车床上用经过精细 研磨的单晶金刚石车刀进行微量车削,切削厚度仅1微米左右，常用于 加工有色金属材料的球面、非球面和平面的反射镜等高精度、表面高 度光洁的零件。例如加工核聚变装置用的直径为800毫米的非球面反 射镜，最高精度可达0.1微米，表面粗糙度为Rz0.05微米。
超精密加工技术
机械（二）班 5506120028
徐士豪
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精密及超精密加工 - 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1~0.1µm，表面粗 糙度为Ra0.1~0.01µm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。
将向高精度、高效率、大型化、微型化、智能化、工艺整合化、在线 加工检测一体化、绿色化等方向发展。
a.高精度、高效率。
随着科学技术的不断进步，对精度、效率、质量的要求愈来愈高,高精 度与高效率成为超精密加工永恒的主题。超精密切削、磨削技术能有 效提高加工效率，CMP、EEM技术能够保证加工精度，而半固着磨 粒加工方法及电解磁力研磨、磁流变磨料流加工等复合加工方法由于 能兼顾效率与精度的加工方法，成为超精密加工的趋势
.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。超精密研磨的关键条件是几乎无振动的研 磨运动、精密的温度控制、洁净的环境以及细小而均匀的研磨剂。超 精密研磨加工出的球面度达0.025μm,表面粗糙度Ra达0.003μm
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精密及超精密加工 - 超精密加工发展趋势