精密超精密机械加工技术
精密与超精密加工-机械制造技术
≤0. 1
主轴轴向圆跳动 / μ m
≤0. 1
滑台运动的直线度 / μ m
≤1/150
横滑台对主轴的垂直度 / μ m
≤2/100
主轴前静压轴承（φ100mm）的刚 径向
度 /（N/μm）
轴向
1140 1020
主轴后静压轴承（φ80mm）的刚度 /（N/μm） 640
纵横滑台的静压支承刚度 /（N/μm）
基座
周缘 护板
T形布局的金刚石车床
11
➢ 金刚石车床主要性能指标
金刚石车床主要性能指标
最大车削直径和长度 /mm
400×200
最高转速 r/mm
5000～10000
最大进给速度mm /min
5000
数控系统分辩率 /μm
0. 1～0.01
重复精度(±2σ) / μ m
≤0. 2/100
主轴径向圆跳动 / μ m
3
◆ 精密加工与超精密加工的发展
加工误差（μm）
加工设备
测量仪器
102
普通加工
车床,铣床 精密车床
卡尺 百分尺
磨床
比较仪
101
精密加工
坐标镗床
气动测微仪
坐标磨床
光学比较仪
100
金刚石车床 光学磁尺
10-1 超精密加工
10-2
精密磨床
电子比较仪
超精密磨床 激光测长仪 精密研磨机 圆度仪轮廓仪
超高精密磨床 激光高精度
720
12
◆ 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7-20）。
先进制造技术-3精密与超精密加工技术
先进制造技术之四
精密与超精密加工技术
6、3、1 研磨加工的机制和特点
超微细加工以电子束、离子束和激光束三束加工 为基础，采用沉积、刻蚀、溅射和蒸镀等加工手段进 行各种处理。
先进制造技术之四
精密与超精密加工技术
4、超精密加工的主要研究领域包括:
超精密加工技术是以高精度为目标的技术， 它必须综合应用各种新技术，在各个方面精益 求精的条件下，才有可能突破常规技术达不到 的程度界限，实现新的高精度指标。
6、2 超精密磨削
加工精度：0.1um，Ra0.002~0.02um的磨削方法 超精密磨削一般采用细粒度（80＃－400＃)砂轮，经过 精细修整，光磨4－6次，便可获得粗糙度为Ra 0.005 ~ 0.02 um的加工表面。
先进制造技术之四
精密与超精密加工技术
（1）超精密磨削表面的形成机制
超精密磨削获得的极低的表面粗糙度，主要靠砂轮精 细修整得到的大量的、等高性很好的微刃来实现微量切削 作用。
升，以后磨损逐渐减慢。 注：由于积屑瘤的原因，一般将研磨好的锋利刀
尖有意加工成理想的稳定的磨损状态。 2）切削速度和振动
提高切削速度有利于获得良好的加工表面，但注意 以不产生振动为准则。
先进制造技术之四
精密与超精密加工技术
(a) 直线刃刀头 (b) 直线刃刀头
(c) 圆弧刃刀头
先进制造技术之四
精密与超精密加工技术
精密与超精密加工技术
常用精密加工和超精密加工方法
常用精密加工和超精密加工方法(1)钻削加工：是将工件上的金属材料在刀具作用下进行来回转动，把车削面旋转出来，是加工圆柱形、锥形、凹形孔和凹陷、螺纹等零部件表面等的单一机床加工方法。
(2)车削加工：是指加工零件时借助车刀切削，用于加工外螺纹、花键、形状方程式曲面及其他复杂曲面等外形精密零部件。
(3)铣削加工：是指利用滚筒式或刀片式的刀具的移动和旋转，把工件表面形成各种曲面的一种机床加工方法，主要用于加工工件体上的平面、槽、沟等工件表面。
(4)磨削加工：是指采用研磨轮加工工件表面，采用悬磨或抛光技术将其加工精度提高，使其表面光洁度、粗糙程度达到要求的一种机床加工方法。
(5)拉铆加工：是指拉铆头将两个工件紧固在一起，从而使两个工件处于相对固定的位置，而不受旋转影响的一种加工方法，是将机械元件拉铆加工的技术。
(1)水切削加工：是将工件表面由削刀削成薄片，然后由水冲刷把薄片去除，达到精密加工表面粗糙度和平整度要求的一种加工方法。
(2)气刀加工：是将刀具用空气喷射动力使得刀具旋转，切削工件的加工方法，可以实现高速、大功率的切削，适用于切削金属界面、铸件、钢材等表面加工。
(3)超声波加工：是指使用超声波让工件表面产生振动，来切削、拉分和焊接工件表面等加工方法，可以达到更高的精度和更小的表面粗糙度，并且可以实现连续加工。
(4)电火花加工：是一种快速高效的切削方法，主要是通过产生火花后，再通过冲击脉冲和热能来融化微小部份表面材料，从而实现准确切削的一种加工方法。
(5)激光加工：是通过产生强大的激光能，对工件表面进行破碎溶解而实现加工的一种加工方法，可以获得极高的切削精度、平整度和极好的加工质量，和小尺寸孔、槽加工。
精密和超精密加工技术现状和发展趋势
精密和超精密加工技术现状和发展趋势1.引言国际上在超精密加工技术方面处于领先地位的国家有美国、德国和日本发达国家中，美国、日本、德国等在高技术领域（如国防工业、集成电路、信息技术产业等）之所以一直领先，与这些国家高度重视和发展精密、超精密制造技术有极其重要的关系。
由于加工技术水平的发展，精密和超精密加工划分的界限逐渐向前推移，但在具体数值上没有确切的定义。
被加工零件的尺寸精度在 1.0～0.1μm，表面粗糙度Ra在0.1～0.03μm之间的加工方法称为精密加工。
超精密加工当前是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm，以及所用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，且正在向纳米级加工技术发展超精密加工技术主要包括:超精密加工的机理,超精密加工的设备制造技术,超精密加工工具及刃磨技术,超精密测量技术和误差补偿技术,超精密加工工作环境条件。
2.发展现状美国是开展研究最早的国家，也是迄今处于世界领先地位的国家。
早在50年代末，由于航天等尖端技术发展的需要，美国首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床，用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面、非球面大型零件。
20世纪80年代后期,美国通过能源部“激光核聚变项目”和陆、海、空三军“先进制造技术开发计划”,对超精密金刚石切削机床的开发研究,投入了巨额资金和大量人力,实现了大型零件的微英寸超精密加工。
如美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室已经研制出一台大型光学金刚石车床(Large Op tics Diam ond Turn ing Machine, LODTM ), 是一台最大加工直径为1.63m的立式车床,定位精度可达28nm,借助在线误差补偿能力,它已实现了距离超过1m而直线度误差只有±25nm 的加工。
在美国能源部支持下，LLI实验室和Y-12工厂合作，与1983年成功地研制出大型超精密金刚石车床(DTM—3型)。
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。
超精密加工技术在机械制造中的应用
超精密加工技术在机械制造中的应用随着科技的不断进步和人们对产品质量要求的提高，超精密加工技术在机械制造中扮演着越来越重要的角色。
本文将探讨超精密加工技术的定义、原理以及在机械制造中的应用。
一、超精密加工技术的定义和原理超精密加工技术是一种利用先进的加工设备和工艺，对材料进行高精度、高效率的加工方法。
其主要原理是通过控制切削工具与工件之间的相对运动，利用微细的切削力和切削热量，对工件进行精确的切削、磨削或电火花加工，从而获得高精度的加工表面。
二、1. 高精度零件制造：超精密加工技术可以用于制造各种高精度零件，如光学元件、精密仪器仪表的零部件等。
通过控制加工参数和使用高精度的加工设备，可以获得表面粗糙度、尺寸精度和形状精度都非常高的零件。
2. 精密模具制造：在模具制造领域，超精密加工技术可以用于制造高精度的模具。
通过超精密加工技术，可以获得模具表面的高精度、高光洁度和低粗糙度，从而提高产品的加工精度和表面质量。
3. 微机电系统（MEMS）制造：MEMS技术是一种将微观尺度的机械、电子和光学元件集成在一起的技术。
超精密加工技术在MEMS制造中发挥着重要作用，可以实现微米级的加工精度和纳米级的表面光洁度，从而提高MEMS器件的性能和可靠性。
4. 纳米加工技术：随着纳米科技的发展，纳米级加工技术成为了机械制造领域的热点之一。
超精密加工技术可以用于纳米级加工，通过控制加工参数和使用纳米级切削工具，可以实现对材料的原子级加工，从而获得纳米级的表面粗糙度和尺寸精度。
总结：超精密加工技术在机械制造中的应用范围广泛，涉及到高精度零件制造、精密模具制造、MEMS制造和纳米加工技术等领域。
通过控制加工参数和使用高精度的加工设备，可以实现对材料的高精度加工，从而提高产品的加工精度和表面质量。
随着科技的不断进步，超精密加工技术将继续发展，为机械制造领域带来更多的创新和突破。
第5章 精密、超精密加工技术
• 和表面粗糙度的检验，而且要测量加工设备 的精度和基础零部件的精度。 • 高精度的尺寸和几何形状可采用分辨率为 0.1~0.01µ m，的电子测微计、分辨率为 0.01~0.001µ m的电感测微仪或电容测微仪来 测量。圆度还可以用精度为0.01µ m的圆度仪 来测量。
加工设备必须具有高精度的主轴系统、进给 系统（包括微位移装臵），现在的超精密车 床，其主轴回转精度可达0.02µ m，导轨直线 度可达1000000：0.025，定位精度可达 0.013µ m，进给分辨率可达0.005µ m。其回转 零件应进行精密的动平衡。
• 2）高刚度
• 包括静刚度和动刚度，不仅要注意零件本身
• 精密和超精密磨料加工是利用细粒度的磨粒 和微粉主要对黑色金属、硬脆材料等进行加 工，按具体地加工方法分为精密和超精密磨 削,加工精度可达5~0.5µ m，表面粗糙度 Ra0.05~0.008µ m）；精密和超精密研磨（加 工精度可达10~0.1µ m，表面粗糙度 Ra0.01~0.008µ m）；
合金等刀具进行精密和超精密切削，这些刀
具材料的切削效果不如金刚石，但能加工黑
色金属。对黑色金属等硬脆材料的精密加工
和超精密加工，一般多采用磨削、研磨、抛
光等方法。
• 精密和超精密磨削时，通常采用粒度240#~W7
或更细的白刚玉或铬刚玉磨料和树脂结合剂
制成的紧密组织砂轮，经金刚石精细修整后
• 进行加工。
• 出现了精密电火花加工、精密电解加工、精
密超声波加工、分子束加工、电子束加工、
离子束加工、原子束加工、激光加工、微波
加工、等离子体加工、光刻、电铸及变形加
工等。
• 4.复合加工
• 复合加工是将几种加工方法叠合在一起，发 挥各种加工方法的长处，达到高质量（加工
精密和超精密加工技术复习题
精密和超精密加工技术复习题精密和超精密加工技术第一章1.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。
2、现代机械工业之所以要至于提高加工精度，其主要原因在于：提高制造精度后可提高产品的性能和质量，提高其稳定性和可靠性；促进产品的小型化；增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配。
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、金刚石刀具的超精密切削加工技术，主要应用于两个方面：单件的大型超精密零件的切削加工和大量生产的中小型零件的超精密切削加工技术。
5、金刚石刀具有两个比较重要的问题：一是晶面的选择，二是切削刃钝圆半径r。
6、超稳定环境条件主要是指恒温、防振、超净和恒湿。
相应发展起恒温技术、防振技术、净化技术。
7、我目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。
答：根据我国的当前实际情况，参考国外的发展趋势，我国应开展超精密加工技术基础的研究，其主要内容包括以下几个方面：1)超精密切削磨削的基本理论和工艺；2)超精密设备的精度，动特性和热稳定性；3)超精密加工精度检测及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。
第二章8、金刚石刀具超精密切削的切削速度应如何选择?答：超精密切削实际选择的切削速度，经常是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，因为在该转速时表面粗糙度最小，加工质量最高，获得高质量的加工表面是超精密切削的首要问题。
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精密超精密机械加工技术
作者：王勇王飞亚
来源：《农家科技下旬刊》2014年第01期
摘要：精密超精密机械加工技术是获得高形状精度、表面精度、完整性的必要手段，伴随着高科技产品质量和多样化要求的不断提高，对精密超精密机械加工技术也提出了更高的要求。
本文分析了精密超精密加工技术的发展状况，并对其未来进行了展望。
关键词：精密超精密加工技术；发展状况；未来展望
近些年，随着社会经济的不断发展，精密超精密加工技术引起了人们越来越广泛的的关注。
目前，精密超精密加工技术已经成为国际竞争中取得成功的关键。
发展尖端技术、国防工业以及电子工业等，都需要精密超精密加工制造出来的设备。
精密超精密加工技术不仅影响一个国家尖端技术和国防工业的发展，而且还影响其机械产品的制造质量及其在国际市场上的竞争力。
一、精密超精密加工技术的起源
精密超精密加工技术是20世纪50年代末发展起来的一项新技术。
由于电子技术、计算机技术、宇航技术的发展需要，美国组织有关公司和研究机构对微米级加工技术进行研究，在美国诞生的金刚石刀具镜面车削技术催生了超精密加工技术。
二、精密超精机加工技术理论阐述
通常按加工精度划分，可将机械加工分为一般加工、精密加工和超精密加工。
超精密加工就是在超精密机床上，利用零件和刀刃之间产生的具有严格约束的相对运动对材料进行微细切削，以获得高形状精度和表面精度的加工过程。
目前学术界一般认为加工精度为0.1～1微米、表面粗糙度为0.025～0.1微米为精密加工，而加工精度高于0.1微米、表面粗糙度小于0.025微米称之为超精密加工。
精密超精密加工技术包括：精密超精密加工的机理研究，精密超精密加工设备、精密超精密加工工具、精密超精密测量与补偿技术，精密超精密特种加工技术等。
通过这些技术可以实现普通加工方法无法达到的加工精度。
三、精密超精密加工技术发展现状
目前，精密和超精密加工技术已经取得了重大进展，精密超精密加工已经不再是一个独立的加工方法或单纯的工艺问题，而成为了一个应用广泛的系统工程。
对于精密超精密工艺技术的研究而言，国外要早于我国。
目前美国、日本是在该技术上处于领先地位的国家。
这些国家的精密超精密工艺技术不仅总体成套水平高，商品化的程度也很高。
1.国外精密超精密加工技术发展
美国是研究该技术最早也是目前研究和发展水平最高的国家。
20世纪50年代末期，美国首先开始了精密超精密加工技术的研究，60年代初精密超精密机床开始商品化，出现了加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人航天飞船用零件的超精密加工机床。
到80年代末，精密超精密加工技术已经日趋成熟。
精密超精密加工技术的发展使美国在航空、航天、核能方面取得了重要的成就。
美国在超精密机床生产方面处于世界领先地位。
如LLNL国家实验室的大型金刚石车床和3型金刚石车床（DTM-3），是世界公认的水平最高、代表当前最前沿技术的超精密车床。
另外，日本对精密超精密加工技术的研究起步较晚，但也是世界上发展最快的国家之一。
与美国不同，日本主要是出于民用目的来发展超精密机械加工技术。
日本研究的方向包括办公室自动化设备、视频设备、精密测量设备、医疗器械和人造器官等。
同时日本在声、光、图像、办公室设备中的小型电子和光学零件等超精密加工技术方面具有优势，甚至超过了美国。
另外德国、荷兰、英国和中国台湾的超精密加工技术亦处于世界先进水平，如菲利普公司曾研究出Co-lath超精密机床等。
2.国内精密超精密加工技术发展状况
我国的精密超精密加工技术在上世纪70年代有了长足的进步，80年代中期出现了具有世界先进水平的超精密机床和部件，北京机床研究所是国内进行超精密机械加工技术研究的主要单位之一，研制出了多种不同类型的超精密机床、部件和相关的高精度测试仪器等。
如精度达到0.025微米的精密轴承、JCS-027超精密机床、JCS-031超精密铣床、JCS-035超精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机床，红外大功率激光反射镜等均处于国际先进水平。
哈尔滨工业大学在金刚石超精密切削、金刚石刀具晶体定向和刃磨、金刚石微粉砂轮电解在线修整技术等方面进行了卓有成效的深入研究。
清华大学在集成电路超精密加工设备、磁盘加工及检测设备、微位移工作台、超精密砂带磨削及研抛等方面进行了深入研究，并有成果问世。
此外，中科院长春光机所、华中科技大学、沈阳第一机床厂、国防科技大学等均对这一领域进行了研究。
总体而言，我国在超精密加工的效率、精度可靠性，特别是规格和技术配套性方面与国外相比还有相当大的差距。
四、精密超精密加工技术未来方向
精密超精密加工技术肩负着支撑未来最新科技进步的重任。
所以如果不将分散在各个领域中的技术综合起来，而使加工精度提高1-2个数量等级是很困难的。
在美国的国家科研计划中，超精密加工技术的研究在材料方面从传统的铝、铜扩展到很难切割的材料和非金属的硬脆材料。
从加工方式上来看，从切削扩展到开发带有检测反馈的超精密技术以及最终表明涂层处理方案的综合性研究。
而从日本的规划来看，早在上世纪80年代日本就提出了超精密加工发展的规划。
借鉴国外超精密加工的发展趋势，结合我国的实际情况，我国开展的精密超精密加
工技术的基础研究应涵盖以下几个方面：超精密切削、磨削的基本理论和工艺；超精密设备的关键技术；超精密加工的精度检测；在线监测以及误差补偿；超精密加工的环境条件；以及超精密加工的材料。
五、结束语
精密超精密加工技术是一项系统的工程。
我们要想把该项工作做好，必须做好以下几项工作：一，我们对精密超精密加工技术及其相关理论有一个系统清晰的认识；二，要对该技术各个时期的发展状况有一个个准确的分析；三，要借鉴国外精密超精密技工技术的经验并结合我国的实际情况，对精密超精密加工技术给予足够的重视，投入相当的人力和物力进行研究和开发。
作者简介：王勇（1990-），男，安徽蒙城，汉，本科，研究方向：机械电子工程。
王飞亚（1993-），男，江苏连云港，汉，本科，研究方向：工业设计。