精密和超精密加工技术
第一章精密和超精密加工技术及其发展展望精密和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶段，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、超精密加工三个阶段。
什么叫精密加工？加工精度在0.1～1µm，加工表面粗糙度在Ra0.02～0.1µm之间的加工方法称为精密加工。
什么叫超精密加工？加工精度高于0.1µm，加工表面粗糙度小于Ra0.01µm之间的加工方法称为超精密加工。
以下哪些是精密和超精密加工的分类？A.去除加工；B.结合加工；C.变形加工；D.切削加工；E.磨粒加工；F.特种加工；G.复合加工；影响精密与超精密加工的因素有哪些？加工机理、被加工材料、加工设备及其基础元部件、加工工具、检测与误差补偿、工作环境等。
我国今后发展精密与超精密加工技术的重点研究内容包括什么？（1）超精密加工的加工机理；（2）超精密加工设备制造技术；（3）超精密加工刀具、磨具及刃磨技术；（4）精密测量技术及误差补偿技术；（5）超精密加工工作环境条件。
第二章超精密切削与金刚石刀具举例说明超精密切削的应用范围有哪些？陀螺仪、激光反射镜、天文望远镜的反射镜、红外反射镜和红外透镜、雷达的波导管内腔、计算机磁盘、激光打印机的多面棱镜、录像机的磁头、复印机的硒鼓、菲尼尔透镜等由有色金属和非金属材料制成的零件。
超精密切削速度是如何选择的？超精密切削实际速度的选择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。
金刚石刀具的尺寸寿命甚高，高速切削时刀具磨损亦甚慢，因此刀具是否磨损以加工表面质量是否下降超差为依据，切削速度并不受刀具寿命的制约。
第二章超精密切削与金刚石刀具•举例说明超精密切削的应用范围有哪些？陀螺仪、激光反射镜、天文望远镜的反射镜、红外反射镜和红外透镜、雷达的波导管内腔、计算机磁盘、激光打印机的多面棱镜、录像机的磁头、复印机的硒鼓、菲尼尔透镜等由有色金属和非金属材料制成的零件。
•超精密切削速度是如何选择的？超精密切削实际速度的选择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。
•金刚石刀具的尺寸寿命甚高，高速切削时刀具磨损亦甚慢，因此刀具是否磨损以加工表面质量是否下降超差为依据，切削速度并不受刀具寿命的制约。
•刃口锋锐度对加工表面粗糙度的影响？刃口锋锐度对加工表面有一定的影响，相同条件下（背吃刀量、进给量），更锋锐的刀具切出的表面粗糙度更小。
•刀刃锋锐度对切削变形和切削力的影响？刀刃锋锐度不同，切削力明显不同。
刃口半径增大，切削力增大，即切削变形大。
背吃刀量很小时，切削力显著增大。
•刀刃锋锐度对切削表面层的冷硬和组织位错的影响？刃口半径越小，加工表面变质层的冷硬度越小，位错密度越小，切削变形越小，表面质量越高。
•刀刃锋锐度对加工表面残留应力的影响？刃口半径越小，残留应力越低；背吃刀量越小，残留应力越小，但当背吃刀量减小到临界值时，背吃刀量减小，残留应力增大。
•超精密切削时极限最小切削厚度是多少？1nm。
•金刚石刀具不同晶面的摩擦因素如何？（100）晶面的摩擦系数最低，（110）最高；（100）晶面的摩擦系数差别最大；（111）晶面最小。
•金刚石刀具磨损和破损的特点是什么？书P26。
•超精密切削对刀具有什么要求？极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量。
刃口能磨得极其锋锐，刃口半径值极小，能实现超薄切削厚度。
刀刃无缺陷，切削时刃形将复制在被加工表面上，从而得到超光滑的镜面。
与工件材料的抗粘性好、化学亲和性小、摩擦系数低，以得到极好的加工表面完整性。
•金刚石属于什么晶系？不同面体金刚石主要有哪几个晶面和晶轴？见书本P31。
•金刚石刀具不同晶面的面网及面网密度是如何计算？其比例是多少？见书本P31-32。
•什么叫金刚石晶体的解理现象？哪个晶面最容易解理？为什么？解理现象是某些晶体特有的现象，晶体受到定向的机械力作用时，沿平行于某个平面平整的劈开的现象（111）面的宽的面间距（0.154nm）是金刚石晶体中所有晶面间距中的最大的一个，并且其中的连接共价键数最少，只需击破一个价键就可使其劈开。
金刚石的解理现象即沿解理面（111）平整的劈开两半，且金刚石的破碎和磨损都和解理现象直接有关。
•金刚石刀具各晶面的耐磨性如何？好磨和难磨方向又是如何？与摩擦因素有何关系？见书本P33-34。
•金刚石刀具的磨损，主要属于机械磨损，本质是微观解理的积累；金刚石晶体的破损机理，主要产生于（111）晶面的解理。
当垂直于该晶面的拉力超过某特定值时，两相邻的晶面分离，产生解理劈开。
•刀刃处的解理破损是磨损和破损的主要形式，所以刀刃的微观强度是刀具设计选择晶面的主要依据。
•金刚石各晶面的微观破损强度关系是？（110）面破损的机率最大，（100）面破损机率最小。
•金刚石晶体的定向主要有哪几种方法？人工目测定向、X射线定向、激光定向。
•简单讲述激光定向的原理过程？见书本P38.•衡量金刚石刀具的标准是什么？能否加工出高质量的超光滑表面（Ra＝0.005～0.02μm）；能否有较长的切削时间保持刀刃锋锐（切削长度数百千米）。
•试比较直线修光刃和圆弧修光刃的优缺点？见书本P40.•单晶金刚石刀具的前面应该选择哪个晶面？（100）晶面。
•金刚石刀具小刀头的固定方法哪几种？机械夹固；粉末冶金法固定；粘结或钎焊固定•影响金刚石刀具精研的因素有哪些？见书本P45.第三章精密磨削和超精密磨削•什么叫精密和超精密磨料加工？•所谓精密和超精密磨料加工，就是利用细粒度的磨粒和微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值。
•精密和超精密磨料加工可分为固结磨料和游离磨料两大类加工方式。
•固结磨料加工主要有哪几种？•精密和超精密砂轮磨削、精密和超精密砂带磨削等。
•精密和超精密砂轮磨料主要有那几种？•普通磨料：包括碳化物系，如碳化硼、碳化硅；刚玉系。
•超硬磨料系：包括金刚石，如天然金刚石和人造金刚石；立方氮化硼。
•超硬磨粒有什么优越性？•磨具在形状和尺寸上易于保持，使用寿命高，磨削精度高；磨料本身磨损少，可较长时间保持切削性，修整次数少，易于保持精度；磨削时，一般工件温度较低，可减小内应力、裂纹和烧伤等缺陷；能加工各种高硬的难加工材料，可磨削陶瓷、光学玻璃、宝石、硬质合金以及高硬度合金钢、耐热钢、不锈钢等。
•常用的结合剂有：树脂结合剂、陶瓷结合剂、技术结合剂。
•普通磨具中磨料的含量用组织表示，反映了磨料、结合剂和气孔三者之间体积的比例关系。
•超硬磨具中磨料的含量用组织表示，它是指磨料层中每1cm3体积中所含超硬磨粒的重量。
•超硬磨具一般由磨料层、过渡层、基体三个部分组成。
•常用的涂覆磨具有：砂纸、砂布、砂带、砂盘、砂布页轮和砂布套等。
•常用的涂覆磨料有：棕刚玉、白刚玉、铬刚玉、锆刚玉、黑色碳化硅、绿色碳化硅、氧化铁、人造金刚石等。
•粘接剂的种类包括：动物胶、树脂、高分子化合物•涂覆磨具的制造方法有重力落砂法、涂覆法、静电植砂法等。
•精密磨削的加工精度和表面粗糙度范围是什么？主要用途？•加工精度为1~0.1μm、表面粗糙度达到Ra0.2~0.025μm。
多用于机床主轴、轴承、滚动导轨、量规等精密加工。
•精密磨削时砂轮的选择以什么为原则？•以易产生和保持微刃及其等高性为原则。
•精密磨削砂轮修整方法有：单粒金刚石修整、金刚石粉末烧结修整器修整和金刚石超声波修整等。
•精密磨床应满足要求：高几何精度、低速进给运动的稳定性、减少振动。
•精密磨削砂轮速度一般为15-30m/s，工件速度为6-12m/s，工件纵向进给量一般为50-100mm/min或0.06-0.5mm/r（工件），横向进给量一般取0.6-2.5μm/单行程，横向进给次数约为2-3次/单行程。
•超硬磨粒砂轮磨削的特点是什么？•可用来加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料；磨削能力强，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及实现加工自动化；磨削力小，磨削温度低，加工表面质量好，无烧伤、裂纹和组织变化；磨削效率高；加工成本低。
•超硬磨料砂轮修整的方法主要有哪些？简述其原理及优缺点。
•包括：车削法、磨削法、软钢磨削整修法、金刚石滚轮修整法、滚压轧制法、喷射法、电加工法、超声波振动修整法等。
原理及优缺点略。
•超硬磨料砂轮磨削速度一般为金刚石：12-30m/s；立方氮化硼：45-60m/s，磨削深度为0.002-0.01mm，工件速度一般为10-20m/min纵向进给速度一般取0.45-1.5m/min 。
•什么叫极压性？•极压性是指磨削液与金属表面起作用，形成一层牢固的润滑膜，在磨削区域的高压下有良好的润滑和抗粘着性能。
•超精密磨削的加工精度和表面粗糙度是什么范围？其特点什么？•超精密磨削的加工精度达到或高于0.1μm，表面粗糙度低于0.025μm，是一种亚微米级的加工方法。
超精密磨削的特点可归纳为：1）超精密磨床是超精密磨削的关键；2）超精密磨削是一种超微量去除加工；3）超精密磨削是一个高精度、高稳定性的系统工程。
•看图简述超精密磨削机理及其加工过程。
（答案略）•超精密磨削砂轮线速度一般为1860m/min，工件线速度为4-10m/min ，工作台纵向进给速度50-100mm/min ，磨削深度0.5-1μm 。
磨削横向进给次数2-4次；磨削余量为2-5μm 。
•超硬微粉砂轮磨削的特点及其应用？•1）粒度很细，可同时获得极小的表面粗糙度和很高的几何尺寸和形状精度。
2）是一种固结磨粒的微量去除加工方法，加工效率高。
3）容屑空间很小，磨削容易堵塞，需要进行在线修整。
4）磨削机床应有微进给装置，设备价格高。
用于加工各种非金属材料和有色金属及其合金材料零件的各种表面加工。
•树脂-金属复合结合剂金刚石微粉砂轮的结构和特点是什么？•答案见书本P66。
•砂带磨削方式从总体上可以分为：闭式砂带磨削和开式砂带磨削两大类。
按砂带与工件接触形式可分为：接触轮式、支承板（轮）式、自由浮动接触式和自由接触式。
按照加工表面类型可分为：外圆、内圆、平面、成形表面等磨削方式。
•砂带磨削具有“弹性”、“冷态”、“高效”、“廉价”、“万能”磨削之称。
•什么叫磨削比？•切除工件重量与磨料磨损重量之比。
•闭式砂带头架的主要组成包括？•接触轮（或支撑板）、主动轮、张紧轮、张紧机构、调偏机构、电动机、基座。
•开式砂带头架的主要组成包括？•卷带轮、接触轮、砂带轮、电动机、基座。
•接触轮外缘表面形状和外缘截面形状有那些？•外缘表面形状：平滑形、标准齿形、宽齿形、交叉齿形4种；外缘截面形状：平滑形、齿形和填充形3种。
•砂带磨削用量选择是什么？•书本P75。
第四章精密和超精密加工的机床设备精密主轴部件是超精密机床保证加工精度的核心。
精密和超紧密加工技术
2.2 超精亲密削时积屑瘤旳生成规律 文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
2、进给量f和背吃刀量 p旳影响
➢ 由图2-8能够看出在进给量很小时，积屑瘤旳高度很大， 在f＝5μm/r时，h0值最小，f值再增大时，h0值稍有增 长。
➢ 由图2-9所示，在背吃刀量<25μm时，积屑瘤旳高度变 化不大，但在背吃刀量> 25μm后， h0值将伴随背吃 刀量旳增长而增长。
12/9/2023
2.3 切削参数变化对加工表面质量旳影响 文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
一、切削速度、进给量、修光刃和背吃刀量旳影响 4、背吃刀量旳影响
在刀具刃口半径足够小时，超精亲密削范围内，背吃 刀量变化对加工表面粗糙度影响很小。
背吃刀量降低，表面残留应力也降低，但超出某临界 值时，背吃刀量降低反而使加工表面残留应力增长。
由图2-12知，在有切削液旳条件下，切削速度对加工表面粗 糙度旳影响很小。 图2-13阐明，不同切削速度下均得到表面粗糙度极小旳加工 表12面/9/2—02镜3 面。
2.3 切削参数变化对加工表面质量旳影响 文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
一、切削速度、进给量、修光刃和背吃刀量旳影响 2、进给量旳影响
2.11金刚石刀具旳设计与制造
12/9/2023
2.1 超精亲密削时刀具旳切削速度、磨损和耐用度 文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
➢ 切削速度向来是影响刀具耐用度最主要旳原因，但 是切削速度旳高下对金刚石刀具旳磨损大小影响甚 微，刀具旳耐用度极高。原因是：金刚石旳硬度极 高，耐磨性好，热传导系数高，和有色金属间旳摩 擦系数低，所以切削温度低，在加工有色金属时刀 具耐磨度甚高，可用很高旳切削速度1000～ 2023m/min，而刀具旳磨损甚小。
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
精密和超精密加工
精密和超精密加工一、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1~0.1μm，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。
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，具体如下：a.砂带磨削是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。
b.精密切削，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。
c. 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Ra0.4~0.1μm，最好可到Ra0.025μm，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。
d.精密研磨与抛光是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≤0.025μm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。
e.抛光是利用机械、化学、电化学的方法对工件表面进行的一种微细加工，主要用来降低工件表面粗糙度，常用的方法有手工或机械抛光、超声波抛光、化学抛光、电化学抛光及电化学机械复合加工等。
精密和超精密加工的机床设备
高精度、高效率、高表面质量、 低误差、低能耗等。
应用领域
01
02
03
04
航空航天
制造飞机发动机叶片、涡轮盘 等关键部件。
汽车制造
加工发动机缸体、曲轴等精密 零部件。
能源领域
制造核聚变反应堆中的超导线 圈、太阳能电池板等。
医疗器械
制造人工关节、牙科种植体等 医疗器件。
发展历程与趋势
发展历程
从20世纪50年代开始，精密和超精密加工技术经历了从简单磨削 到复杂切削，再到超精密切削的发展过程。
航空航天领域的应用案例
案例一
某航空发动机制造企业使用超精密加 工机床，对涡轮叶片进行高精度磨削 和抛光，提高了发动机性能和可靠性 。
案例二
某飞机制造企业采用精密加工机床， 对机身结构件进行高精度切割和加工 ，确保飞机整体装配精度和质量。
汽车工业领域的应用案例
案例一
某汽车零部件制造企业使用精密加工 机床，对发动机缸体进行高精度加工， 提高缸体质量和性能，降低发动机故 障率。
柔性化
为了满足多品种、小批量生产的需求，未来精密和超精密加工机床将采用模块化设计、可 重构制造系统等技术，提高机床的加工范围和适应能力。
新材料、新工艺的应用
新材料
随着新材料技术的发展，未来精密和超精密加工机床将采用新型高强度、高硬 度、轻质材料，提高加工效率和加工质量。
ห้องสมุดไป่ตู้新工艺
为了满足复杂形状和特殊材料的加工需求，未来精密和超精密加工机床将采用 新的切削工艺、光整加工工艺和复合加工工艺等，提高加工精度和表面质量。
伺服驱动技术
采用先进的伺服驱动技术， 实现高精度的位置控制和 速度控制。
插补算法
精密和超精密加工技术
1、通常将加工精度在0.1-1um、加工表面粗糙度R在0.02-0.1um之间的加工方法称为精密加工。
而将加工精度高于0.1um、加工表面粗糙度R小于0.01um的加工方法称为超精密加工。
2、提高加工精度的原因：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、精密和超精密加工目前包含三个领域：超精密切削；精密和超精密磨削研磨‘精密特种加工。
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：晶面的选择；切削刃钝圆半径。
6、超稳定环境条件主要是指恒温、防振、超净和恒湿五个方面的条件。
7、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四个方面：1）超精密切削、磨削的基本理论和工艺。
2）超精密设备的关键技术、精度、动特性和热稳定性。
3）超精密加工的精度检测、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。
8、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。
9、超精密切削实际能达到的最小切削厚度和金刚石刀具的锋锐度、使用的超精密机床的性能状态、切削时的环境等都直接有关。
10、为实现超精密切削，刀具应具有如下性能：1）极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量，以保证刀具有很长的寿命和很高的尺寸耐用度。
2）切削刃钝圆能磨得极其锋锐，切削刃钝圆半径r值极小，能实现超薄切削厚度。
3）切削刃无缺陷，切削时刃形将复印在加工表面上，能得到超光滑的镜面。
4）和工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦因素低，能得到极好的加工表面完整性。
11、SPDT——金刚石刀具切削和超精密切削。
12、晶体受到定向的机械力作用时，可以沿平行于某个平面平整地劈开的现象称为解理现象。
精密和超精密加工的机床设备
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缺点：电机发热，容易使主轴产生热变形。
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措施：电动机采用强制通气冷却，或通过恒温油（水）冷却。
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将机床主轴与电机轴合二为一，即将电机的定子、转子直接装入主轴组件的内部，期间不再使用皮带或齿轮传动副，也称电主轴。
单击此处添加大标题内容
轴承内圆柱面上，等间隙地开有几个油腔（通常为4个）。 各油腔之间开有回油槽。 用过的油一部分从这些回油槽流回油箱（径向回油），另一部分则由两端流回油箱（轴向回油）。 油腔四周形成适当宽度的轴向封油面和周向封油面，它们和轴颈之间的间隙一般为0.02～0.04mm。 油泵供油压力为ps，油液经节流器T进入各油腔，将轴颈推向中央，油液最后经封油面流回油箱，压力降低为零。 当主轴不受载荷且忽略自重时，则各油腔的油压相同，保持平衡，轴在轴承正中心，这时轴颈表面与各腔封油面之间的间隙相等，均为h0。 当主轴受径向载荷（包括自重）F作用后，轴颈向下移动产生偏心量e。
立式空气轴承
特点： 下止推面大于上止推面，平衡主轴重量； 圆弧面径向轴承，自动调心、提高精度。
三、超精密机床主轴和轴承的材料
要求：不易磨损，不易生锈腐蚀，热膨胀系数小，且主轴和轴套的热膨胀系数要接近，材料的稳定性好。 主要材料：轴和轴套均采用38CrMoAl氮化钢，经表面氮化和低温稳定处理；不锈钢、多孔石墨和轴承钢；此外还有铟钢、花岗岩、线膨胀系数接近零的微晶玻璃、陶瓷等。
缺点：
圆柱径向轴承和端面止推空气静压轴承
结构与液体静压轴承主轴结构基本相同，只是节流孔和气腔大小形状不同。要求有很高的同轴度和垂直度。 1号车床的径向轴承的轴套制成外面鼓形，能自动调整定心。轴套的外表面做凸形球面，与轴承盖及轴承座上的凹形球面相配合。当轴变形时，轴套可以自动调整位置，从而保证轴颈与轴鼓为面接触。用多孔石墨的轴衬代替小节流孔。
精密与超精密加工技术
精密与超精密加工技术综述0 前言就先进制造技术的技术实质性而论，主要有精密和超精密加工技术和制造自动化两大领域1。
前者包括了精密加工、超精密加工、微细加工，以及广为流传的纳米加工，它追求加工上的精度和表面质量的极限，可统称为精密工程；后者包括了设计、制造和管理的自动化，它不仅是快速响应市场需求、提高生产率、改善劳动条件的重要手段，而且是提高产品质量的有效方式。
两者有密切联系，许多精密和超精密加工要靠自动化技术才能达到预期目标，而不少制造自动化则有赖于精密加工才能达到设计要求。
精密工程和制造自动化具有全局性的、决策性的作用，是先进制造技术的支柱。
精密和超精密加工与国防工业有密切关系。
导弹是现代战争的重要武器，其命中精度由惯性仪表的精度所决定，因而需要高超的精密和超精密加工设备来制造这种仪表。
例如，美国“民兵”型洲际导弹系统的陀螺仪其漂移率为0.03～0.05°/h，加速度计敏感元件不允许有0.05μm的尘粒，它的命中精度的圆概率误差为500m；MX战略导弹(可装载10个核弹头)，由于其制导系统陀螺仪精度比“民兵—Ⅲ”型导弹要高出一个数量级，因而其命中精度的圆概率误差仅为50～150m。
对射程4000km的潜射弹道导弹，当潜艇的位置误差对射程偏差的影响为400m、潜艇速度误差对射程偏差的影响为800m、惯性平台的垂直对准精度对射程偏差的影响为400m时，要求惯性导航的陀螺仪的漂移精度为0.001°/h、航向精度在1′以上、10小时运行的定位精度为0.4～0.7海里，因此，陀螺元件的加工精度必须达到亚微米级，表面粗糙度达到Ra0.012～0.008μm。
由此可知，惯性仪表的制造精度十分关键。
如1kg重的陀螺转子，其质量中心偏离其对称轴为0.5nm时，就会造成100m的射程误差和50m的轨道误差；激光陀螺的平面反射镜的平面度为0.03～0.06μm，表面粗糙度要求为Ra0.012μm以上；红外制导的导弹，其红外探测器中接受红外线的反射镜，其表面粗糙度要求达到Ra0.015～0.01μm［2］。
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
发展精密和超精密加工技术的重要性
发展精密和超精密加工技术的重要性精密和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶段，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，超精密加工三个阶段精密加工；加工精度在0.1 -1um，讲表面粗糙度在Ra 0.02-0.1um之间的加工方法称为精密加工超精密加工；加工精度高于0.1um，加工表面粗糙度小于Ra 0.01um的加工方法称为超精密加工。
(微细加工、超微细加工、光整加工、精整加工等)二提高加工精度的原因提高制造精度后可提高产品的性能和质量，提高产品稳定性和可靠性；促进产品小型化；增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配。
三发展超精密加工的重要性1 超精密加工是国家制造工业水平的重要标志之一超精密加工所能达到的精度、表面粗糙度、加工尺寸范围和几何形状是一个国家制造技术水平的重要标志之一。
金刚石刀具切削刃钝圆半径的大小是金刚石刀具超精密切削的一个关键技术参数，日本声称已达到2nm，而我国尚处于亚微米水平，相差一个数量级(国际上公认0.1nm~100nm为纳米尺度空间，100nm~1000nm为亚微米体系，小于1个纳米为原子团簇)；金刚石微粉砂轮超精密磨削在日本已用于生产，使制造水平有了大幅度提高，突出地解决了超精密磨削磨料加工效率低的问题。
2 精密和超精密加工是先进制造技术的基础和关键计算机工业的发展不仅要在软件上，还要在硬件上，即在集成电路芯片上有很强的能力，我国集成电路的制造水平约束了计算机工业的发展。
美国制造工程研究者提出的汽车制造业的“两毫米工程”（车身尺寸变动量控制在２ｍｍ以内）使汽车质量赶上欧、日水平，其中的举措都是实实在在的制造技术。
3 国防工业上的需求陀螺仪的加工涉及多项超精密加工，导弹系统的陀螺仪质量直接影响其命中率，1kg的陀螺转子，其质量中心偏离其对称轴0.0005μm，则会引起100m的射程误差和50m的轨道误差。
大型天体望远镜的透镜、直径达 2.4m，形状精度为0.01μm，如著名的哈勃太空望远镜，能观察140亿光年的天体（六轴CNC研磨抛光机）（图）。
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。