超精密加工的主要方法
精密和超精密加工技术
电子材料，磁性材料的镜面磨削：大尺寸硅片；铁金氧磁头 光学材料的镜面磨削：记录用光学材料，光学镜片研磨抛光前 陶瓷材料的镜面磨削 高精度钢铁材料及复合材料，硬质合金
4、脆性材料精密磨削
尖锐压头下的材料变形过程
(a) 初始加载: 接触区产生—永久塑性变形区，没有任何 裂纹破坏。变形区尺寸随载荷增加而变大。 (b) 临界区: 载荷增加到某一数值时，在压头正下方应力 集中处产生中介裂纹(M edian Crack)。 (c) 裂纹增长区: 载荷增加, 中介裂纹也随之增长。 (d) 初始卸载阶段: 中介裂纹开始闭合，但不愈合。 (e) 侧向裂纹产生: 进一步卸载，由于接触区弹塑性应力 不匹配，产生一个拉应力叠加在应力场中，产生系列向侧 边扩展的横向裂纹(L ateral Crack)。 (f) 完全卸载: 侧向裂纹继续扩展，若裂纹延伸到表面则 形成破坏的碎屑。
精密、超精密磨削、镜面磨削形成的零散刻痕
1、精密和超精密磨削加工基础
精密和超精密磨削分类
将磨料或微粉与结合剂粘合在一起， 形成一定的形状并具有一定强度，再 采用烧结、粘接、涂敷等方法形成砂 轮、砂条、油石、砂带等磨具。
精密和超精 密磨料加工 固结磨 料加工
磨料或微粉不是固结在一起， 而是成游离状态。
3、在线电解磨削技术
ELID磨削的特点
磨削过程具有良好的稳定性； ELID修整法使金刚石砂轮不会过快的磨耗，提高了贵重磨料的利用率； ELID修整法使磨削过程具有良好的可控性；
采用ELID磨削法，容易实现镜面磨削，并可大幅度减少超硬材料被磨零件的 残留裂纹。
3、在线电解磨削技术
1、精密和超精密磨削加工基础
切削和磨削的比较
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。
超高速超精密加工技术主要内容
加工方法及机理研究 刀具、 刀具、磨具的研究 加工装备技术研究 测量技术研究
超精密加工技术的应用 超精密加工技术的发展趋势
作 业
（1）超高速、超精密加工技术二者选择其一。 超高速、超精密加工技术二者选择其一。 （2）按照上述提纲要求查阅文献，然后归纳总结写出 按照上述提纲要求查阅文献， 文献综述” “文献综述”。 （3）要求条理清晰，内容精练，3000～5000字。 要求条理清晰，内容精练，3000～5000字 （4）必需手写，不能打印。 必需手写，不能打印。 （5）该作业作为本课程平时成绩的一部分，占15％。 该作业作为本课程平时成绩的一部分， 15％。
超高速超精密加工技术主要内容
一 超高速加工技术
超高速加工技术的内涵 超高速加工技术的关键技术（重点） 超高速加工技术的关键技术（重点）
加工机理研究 主轴单元制造技术研究 进给单元制造技术研究 刀具、 刀具、磨具研究
Байду номын сангаас
超高速加工技术的应用 超高速加工技术的发展趋势
二 超精密加工技术
超精密加工技术的内涵 超精密加工技术的关键技术（重点） 超精密加工技术的关键技术（重点）
超精密加工原理及其在航空领域中的应用
超精密加工原理及其在航空领域中的应用超精密加工是指在数微米级别以内进行的加工。
它对材料的处理具有极高的精度和极小的尺寸容差，常用于精密器械和高科技制造领域。
本文将介绍超精密加工原理及其在航空领域中的应用。
一、超精密加工原理超精密加工主要包括微电子加工、微细加工、光学加工、纳米加工等多种处理技术。
其中，微电子加工主要利用电子束刻蚀、光刻技术，刻制非常细小的线路和元件；微细加工主要采用大概率绿光装置、纳米喷射等方法制造极小的部件；而光学加工则是通过激光加工、电子束加工、电火花加工等方法，处理更加精密的零件和表面纹理。
最近几年，纳米加工已成为超精密加工中重要的分支之一。
纳米加工是指在纳米级别下进行的加工过程，它涉及了量子力学、扫描探针显微镜等多种技术。
纳米加工可以制造出非常小的太阳能电池、微型芯片等高科技产品，更适用于生物科技和医药领域的应用。
二、航空领域中的超精密加工应用由于航空零部件体积小、强度高、质量轻的特点，航空领域是超精密加工技术的重要应用领域之一。
超精密加工技术在航空制造过程中被广泛运用，可以为飞机的设计、制造和性能提升带来显著的效果。
（一）超精密加工在发动机制造领域的应用发动机是航空领域中最重要的零部件之一，其制造工艺直接影响到飞机的性能。
超精密加工技术可以为发动机的制造和性能提升提供支持。
例如，采用光学加工可以大大提高发动机叶轮的表面平整度和大气动性能。
此外，采用微电子加工也可以将零件的尺寸缩小至几微米，使得机能大幅提升。
（二）超精密加工在航空材料加工领域的应用超精密加工可以在航空材料加工领域中发挥很大的作用。
例如，采用微细加工可以生产出直径仅有几微米的纳米线，进而制造出更加高效的太阳能电池等零部件。
此外，光学加工技术也可以加工出类似钻石一样的晶体，用于加固飞机骨架，提升航空材料的承载能力。
（三）超精密加工在航空测量领域的应用超精密加工技术在航空测量领域中也被广泛采用。
例如，采用激光加工技术可以生产出更加精密的测量工具，以提高航空制造质量和装配精度。
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。
2.3精密和超精密加工技术
现代制造技术
2. 非机械超精密加工技术——特种精密加工方法
包括精密电火花加工、精密电解加工、精密超声加工、
电子束加工、离子束加工、激光束加工等一些非传统加工方 法；
3. 复合超精密加工方法
传统加工方法的复合 特种加工方法的复合 传统加工方法和特种加工方法的复合
（例如机械化学抛光、精密电解磨削、精密超声珩磨等）。
1~0.1 0.1~ 0.001 0.1~ 0.01 1~0.1 1~0.1 5 5 1~0.1
0.025~ 0.008 0.025~ 0.008 0.025~ 0.008 0.01 0.01 0.01 0.01~ 0.02 0.01~ 0.008
黑色金属、铝合金 黑色金属、非金属 材料 黑色金属、非金属 材料、有色金属 黑色金属、非金属 材料 黑色金属、非金 属材料、有色金属 黑色金属等 黑色金属等 黑色金属、非金属 材料、有色金属
发展：超精密磨削应用比较成熟的首推金刚石微粉砂轮 超精密磨削。
现代制造技术 1）金刚石微粉砂轮 采用粒度为F240～F1000的金刚石微粉作为磨料，树脂、 陶瓷、金属为结合剂烧结而成；也可采用电铸法和气相沉积 法制作。 用筛选法分级，粒度号以磨粒通过的筛网上每英寸长度 内的孔眼数来表示。如60 # 的磨粒表示其大小刚好能通过每 英寸长度上有60孔眼的筛网。对于颗粒尺寸小于40 μ m的磨 料，称为微粉。 • 用显微测量法分级，用W和后面的数字表示粒度号，其W后 的数值代表微粉的实际尺寸。如W20表示微粉的实际尺寸为 20 μ m
• 精密加工是指加工精度达到1～0.1μm，表面粗
糙度Ra在0.1～0.01μm的加工工艺。
• 超精加工则是指加工尺寸精度高于0.1μm，表 面粗糙度Ra小于0.025μm的精密加工方法。
精密和超精密加工技术
《精密和超精密加工技术》学习总结11机械1班 2011411011070. 引言精密和超精密加工技术不仅直接影响尖端技术和国防工业的发展，还影响着国家的机械制造业的国际竞争力，因此，全球各国对此十分重视！本文就从超精密切削、精密和超精密磨削、精密研磨与抛光、精密加工的机床设备和外部支撑环境、微纳加工技术等相关的超精密加工技术进行研究与总结。
1. 超精密切削超精密切削是国防和尖端技术中的重要部分，受到了各国的重视和发展。
一、超精密切削的切削速度选择超精密切削所使用的刀具是天然单晶金刚石刀具，它是目前自然界硬度最高的物质，具有耐磨性好、热传导系数高和有色金属间摩擦系数小。
因此，在加工有色金属时，切削温度低，刀具寿命很高，亦可使用1000-2000m/min的高速切削。
而这一点（切削速度并不受刀具寿命的制约）是和普通切削规律不同的。
超精密切削的速度选择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所决定的，即选择振动最小的转速。
换而言之，要高效地切削出高质量的加工表面，就应该选择动特性好，振动小条件下最高转速的超精密机床。
例如沈阳第一机厂圣工场的SI-255液体静压主轴的超精密车床在700-800r/min时振动最大，故要避开该转速范围，选择低于或者高于该速度范围进行切削，则可得到较好的加工表面。
二、超精密切削时刀具的磨损和寿命天然单晶金刚石刀具超精密切削应用于加工铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料，比如激光反射镜、雷达的波导管内腔、计算机磁盘等。
判断金刚石刀具是否破损或磨损而不能继续使用的标准是根据工件加工的表面粗糙度有无超过规定值。
而金刚石刀具的切削路程的长度则是其寿命长短的标志。
倘若切削条件正常，刀具的耐用度可达数百千米。
但是在实际使用中，金刚石刀具常是达不到这个耐用度，因为加工过程中切削刃会产生微小崩刃而不能继续使用，而这主要是由于切削时的振动或切削刃的碰撞引起的。
因此，金刚石刀具只能使用在机床主轴转动非常平稳的高精度机床上，而刀具的维护对机床的要求亦是如此。
精密与超精密加工技术
空气静压轴承主轴能够得到高于轴承零件本身的回转精度。
2) 导轨及进给驱动装置：动作灵活，无爬行等不连续动作， 直线精度 好。通常采用空气静压导轨 。
空气静压导轨
精密与超精密加工技术
摩擦驱动原理图
精密与超精密加工技术
（3）超精密加工的工作环境
超精密加工必须在超稳定的环境下进行，主要衡量指标有三个：
等离子体辅助抛光(PACE)
等离子体辅助抛光又称化学蒸发加工(chemical vaporization machining， CVM)，是在真空环境下进行将化学气体(通常为卤素类气体，如CF、Cl2等) 激发成活性等离子体，与加工面产生化学反应，生成挥发性物质从而达到 材料去除的目的。这种加工方法实用化的一种就是等离子腐蚀。
金刚石的热传导率是矿物中最大的，切削加工中发热量非常小。
精密与超精密加工技术
天然金刚石的加工多采用研磨加工方法，通常采用空气轴承 研磨机，由于振动小，可达到很低的粗糙度和极小的刃口半径。
精密与超精密加工技术
1）刀尖的磨损 在切削距离到达100km以前，后刀面磨损急剧上升，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。
精密与超精密加工技术
（1）超精密加工刀具
超精密加工要求刀具能均匀地去除不大于工件加工精度且厚度极薄 的金属层或非金属层。 超精密切削中的加工刀具，一般指天然单晶金刚石刀具。超精密切 削中必须保证金刚石刀具的刀面与刃口质量。 超精密磨削的加工刀具砂轮的磨料品级与力度均匀性在加工中十分 重要。
精密与超精密加工技术
精密与超精密加工技术
7、超精密加工的发展趋势
高精度、高效率 工艺整合化 两极化（大型化、微型化） 在线检测 智能化 绿色化
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研究生课程考核试卷
科目：先进制造技术教师：周忆
姓名：张林刚学号：20110713312 专业：机械设计及理论
上课时间：2011年12 月至2012 年 1 月
阅卷评语：
阅卷教师(签名)
超精密加工的主要方法
-机设一班张林刚 20110713312 超精密加工技术是20世纪60年代发展和完善起来的，现已成为当代高技术产品的关键制造技术。
近20年来，超精密加工不仅进入到国民经济的各个领域，而且正从单件小批生产方式走向规模生产，可以预见，随着新产品的不断涌现，超精密加工的应用范围将进一步扩大。
而我国超精密加工技术起步较晚，技术水平与发达国家相比也有一定差距，因此，寻求超精密加工新的方法并探讨其影响因素就成为目前迫在眉睫的问题。
一、超精密加工技术简介
目前，超精密加工是指精度在0.1～0.01μm，表面粗糙度Ra 值在0.03～0.05μm 的加工技术，如金刚石刀具超精密切削、超精密磨料加工、超精密特种加工和复合加工等。
它适用于精密元件、计量标准元件、大规模和超大规模集成电路的制造。
而且，超精密加工的精度正处在亚纳米级工艺，日趋向纳米级工艺发展。
二、超精密加工方法
根据加工方法的机理和特点，超精密加工方法可以分为去除加工、结合加工和变形加工三大类，如表1 所示。
下面对三类超精密加工方法分别加以分析。
（一）去除加工
去除加工又称为分离加工，是从工件上去除一部分材料，传统的机械加工方法，如车削、铣削、磨削、研磨和抛光，以及特种加工中的电火花加工、电解加工等，均属这种加工方法。
（二）结合加工
结合加工利用物化方法，将不同材料结合在一起。
按结合的机理不同，它又分为附着、注入和连接加工三种。
1.附着加工又称为沉积加工，是在工件表面上覆盖一层物质，是一种弱结合，其中典型的加工方法是镀；2.注入加工又称为渗入加工，是在工件表面上注入某些元素，使之与基体材料产生物理化学反应，是具有共价键、离子键、金属键的强结合，用以改变工件表层材料的力学机械性质，如渗碳、渗氮等；3.连接加工将两种相同或不同材料通过物化方法连接在一起。
（三）变形加工
变形加工又称为流动加工，利用力、热、分子运动等手段，使工件产生变形，从而改变其尺寸、形状和性能。
［1］
三、超精密加工技术的影响因素
影响超精密加工技术的因素很多，主要表现为以下几点：
（一）加工机理
近年来，在传统加工方法中，金刚石刀具超精密切削、金刚石微粉砂轮超精密磨削、精密高速切削、精密砂带磨削等已占有重要地位；在非传统加工中，出现了电子束、离子束、激光束等高能加工、微波加工、超声加工、蚀刻、电火花和电化学加工等多种方法，特别是复合加工，在加工机理上均有所创新，尤其以快速成型为代表的“堆积”加工，在加工技术领域具有里程碑意义。
（二）被加工材料
超精密加工的零件，其材料的化学成分、物理力学性能、加工工艺性能均有严格要求。
例如，要求被加工材料质地均匀、性能稳定、无外部及内部微观缺陷，不能含有杂质；其物理力学性能，如拉伸强度、硬度、延伸率、弹性模量、热导率和膨胀系数等应达到一定数量级；材料在冶炼、铸造、辗轧、热处理等工艺过程中，应严格控制熔渣过滤、辗轧方向、温度等，使材质纯净、晶粒大小匀称、无方向性，能满足物理、化学、力学等性能要求。
（三）加工设备及其基础元部件
对超精密加工所用的加工设备有下列要求：1.高精度。
包括高静精度和高动精度，主要的性能指标有几何精度、定位精度和重复定位精度、分辨率等；2.高刚度。
包括高静刚度和高动刚度，除本身刚度外，还应注意接触刚度，以及由工件、机床、刀具、夹具所组成的工艺系统刚度；
（四）加工工具
加工工具主要是指刀具和磨具。
用金刚石刀具超精密切削，值得研究的问题有：金刚石刀具的超精密刃磨，其刃口钝圆半径应达到2～4nm，同时应解决其检测方法，刃口钝圆半径与切削厚度关系密切，若切削的厚度欲达到10nm，则刃口钝圆半径应为2nm。
磨具当前主要采用金刚石微粉砂轮超精密磨削，这种砂轮有磨料粒度、粘接剂、修整等问题，通常采用粒度为W20～W0.5 的微粉金刚石，粘接剂采用树脂、铜、纤维铸铁等。
（五）工作环境
超精密加工的工作环境是保证加工质量的必要条件，环境因素主要指温度。
环境温度可根据加工要求控制在±1℃～±0.02℃，甚至达到±0.0005℃。
达到恒温的办法是采用多层套间，可逐步得到大恒温间、小恒温间，温度控制的精度愈来愈高，再采用局部恒温的方法，达到更精确的控制温度。
[2]
基于超精密加工技术的重要性，国内外对该技术的研究和开发都投入了大量的人力和财力，很多学者也在这方面做着大量的研究和实验，相信在不久的将来超精密加工技术一定会取得更大的进展。
参考文献：
[1]袁哲俊，王先逵．精密和超精密加工技术[M]．北京：机械工业出版社，1999.33.
[2]朱焕池．机械制造工艺学[M]．北京：机械工业出版社，2004.6-10.。