对精密和超精密加工技术的认识
超精密加工技术及其影响因素
超精密加工技术及其影响因素摘要：超精密加工是处于发展中的跨学科综合技术。
随着科技的发展，各个领域对零件的加工精度要求越来越高，传统的加工方法已满足不了需求，超精密加工依靠自动化技术可以达到纳米级的加工精度。
本文就国内外超精密机床加工研究现状做了简单介绍，概述了超精密加工的关键技术以及影响超精密加工的环境因素，为超精密加工在各行业的应用提供理论参考。
关键词：超精密加工；机床；纳米加工1 引言超精密加工技术在国防建设与国民经济发展中具有不可替代的作用，它是现代高技术战争的重要支撑技术，也是现代基础科学技术发展的重要保障。
超精密加工技术在航空航天、光学、医学和民用设备等都用很大作用。
从某种意义上说，超精密加工技术是衡量一个国家科技实力的重要标志之一。
超精密机床是实现超精密加工的关键载体，它直接决定了零件加工的精度、效率和可靠性。
由于超精密机床的重要性和特殊性，发达国家长期对我国进行技术封锁，因此研究和发展超精密机床对我国科技和工业的发展而言既具有重要的现实意义，也是必由之路[1]。
2 国内外超精密机床研究现状当前，超精密加工技术处于国际领先地位的主要有美国、英国和日本等，为此他们都曾设有专门研究机构，制定专门的研究计划，如20世纪80年代美国制定面向超精密机床研究的计划。
在工业界，美国，日本，德国，英国和源于精密工程研究所的等都研制了多种高端超精密机床，并有成熟的商品化产品，在20世纪60年代初就已开发了单点金刚石刀具切削技术及相应的超精密机床，以应对国防航天领域尖端技术的需要。
我国于20 世纪80年代初才开始超精密加工技术与机床方面的研究，起步较晚，近30年来，经过政府和相关研究单位的努力，取得了很大进步，某些方面达到了世界先进水平，如目前已经成功研制出回转精度达0. 025 μm的超精密轴系，并装备到超精密车床和铣床，解决了长期以来由于国外技术封锁给超精密机床开发带来的巨大阻力．但是，与国外发达国家相比，总体上还有不小的差距．目前，我国研究和开发超精密机床的单位主要有：北京机床研究所，北京航空精密机械研究所，哈尔滨工业大学，天津大学等。
精密与超精密制造-整理版
几个人合力找的一些答案，有些可能也不是太准确，可以结合泰杰上传的那份一起看！！！编辑：郑重超然宗毅沛军景森志勇仕炫宇健耀坚小强（精密加工装备部分）1.试论述精密制造装备在精密加工技术中的地位和作用。
精密制造装备是实现精密加工的首要基础条件。
制造技术装备的水平和质量，将直接影响生产技术水平的高低和经济效益的好坏。
（P1和P77）2.试列举您所熟知的国际上著名的精密机床研发、生产的机构或企业。
瑞士的Schaub-lin、前西德的Boley、美国Hardinge、美国Brown Sharp、美国LawrenceLivermore国家实验室、英国Cranfield Precision Engineering等（P77起）3.精密机床主轴有哪些基本要求？精密机床主轴要求达到极高的回转精度，转动平稳，无振动。
（P86)4.精密和超精密主轴的轴承主要采用何种轴承？为什么目前超精密机床主轴很少使用滚动轴承？精密和超精密主轴的轴承主要采用液体静压轴承和空气静压轴承。
很少采用滚动轴承是因为高精度的滚动轴承主轴是不易制造，要进一步提高主轴精度困难。
（P86）5.精密机床采用液体静压轴承时，为什么其推力轴承一般的两个相对的止推面做要做在轴的同一端？因为液压静压轴承工作转动时常产生较大的温升，若两个相对的止推面分别做在轴的两端，当温度升高时轴的长度增长，造成推力轴承间隙的明显变化，使轴承的刚度和承载能力显著下降。
（P86）6.试比较液体静压轴承和空气静压轴承都有哪些优缺点?○1液体静压轴承优点：较高的刚度和回转精度。
缺点：a、控制轴承油温保持恒温较难。
温度升高易造成热变形，影响主轴精度。
b、静压油回油时将空气带入油源，形成微小气泡悬浮在油中，不易排出，因此将降低轴承的刚度和动特性。
○2空气静压轴承优点：很高的回转精度，在高速转动时温升甚小，热变形误差小。
缺点：刚度低，能承受载荷小。
（P87）7.精密机床主轴空气静压轴承有哪些常用的结构形式?圆柱径向轴承、端面止推空气静压轴承、双半球空气轴承、前部用球形，后部用圆柱径向空气轴承、立式空气轴承、大平面铣床的主轴承。
精密加工简答题
Part1 精密加工1.制造技术的发展的两个主要方向是什么？答：精密和超精密加工技术：追求加工上的精度和表面质量的极限；自动化智能制造技术：追求自动化技术的极限：包括了产品设计、制造和管理的自动化。
2.精密和超精密加工技术有何特点？答：(1) 精密加工和超精密加工技术的内涵具有相对性，具体数值随时间的推移而变化，界限是相对的；(2) 超精密加工具有不普及性、保密性；(3) 超精密加工属于尖端技术，是国际竞争取得成功的关键；(4) 超精密加工与测量技术密切相关。
3.为什么研磨、抛光等工艺属于“进化加工”？答：此类工艺均采用游离磨料对零件进行加工，加工所用工装设备要求相对较低，加工后表面质量与机床精度没有直接关系，因此可以用此类加工工艺获得很高的加工质量。
4.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)超精密切削和磨削加工：2)精密和超精特种加工：3)复合超精密加工技术：传统加工和特种加工的复合，如机械化学抛光、精密电解磨削、精密超声珩磨等5.金刚石刀具又哪些优异性能？答：1)硬度最高，（莫氏硬度10，显微硬度为6000~10000HV）；2)非常耐磨，其相对耐磨性约为钢的9000倍；3)有较大的热容量和良好的导热性，线膨胀系数很小，熔点高于3550℃；4)和有色金属间的摩擦系数低；5)不溶于酸和碱，但能溶于硝酸钠、硝酸钾等盐溶液；在800℃以上的高温下，能与铁或者铁合金反应和溶解；6)可以研磨出极锋利的刃口，没有其他材料可以磨到如此锋利且能长期切削而磨损很小。
6.金刚石刀具磨损或破损的标志？金刚石刀具破损的主要原因是？答：加工质量是否下降超差，粗糙度是否超过规定值。
微小振动引起的微观解理，造成微小崩刃7.什么是刀具锋锐度？表示锋锐度指标是什么？答：刃口锋锐度是指：刀具刃口的锋利程度指标：切削刃钝圆半径ρ的大小。
8.解释金刚石刀具设计时，通常选择100晶面做刀面，而不选择110和111晶面的理由？答：1)100：（100）耐磨性优于（110）；（100）晶面的微观破损强度高于（110）晶面，（100）晶面受载荷时的破损机率比（110）晶面低很多；也更容易磨出高质量的刃口（精磨时不容易微观崩刃，反而容易减小研磨时间--尽管粗磨时费时，效率低些）；（100）晶面和有色金属之间的摩擦系数要低于（110）晶面的摩擦系数。
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
本章内容
I. 特种加工技术概述 II. 电火花加工 III.电解加工 IV. 高能束加工
特种加工技术概述
➢ 非传统加工又称特种加工，通常被理解为别于传统切 削与磨削加工方法的总称。
➢非传统加工方法 产生于二次大战后。两方面问题传统 机械加工方法难于解决：
1）难加工材料的加工问题。宇航工业等对材料高强度、 高硬度、高韧性、耐高温、耐高压、耐低温等的要求，使 新材料不断涌现。
电火花加工工作要素
➢脉冲宽度与间隔——影响加工速度、表面粗糙 度、电极消耗和表面组织等。脉冲频率高、持 续时间短，则每个脉冲去除金属量少，表面粗 糙度值小，但加工速度低。通常放电持续时间 在2μs至2ms范围内，各个脉冲的能量2mJ到20J （电流为400A时）之间。
电火花加工类型
➢电火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等 ➢电火花线切割
➢ 拓宽现有非传统加工方法的应用领域。
➢ 探索新的加工方法，研究和开发新的元器件。
➢ 优化工艺参数，完善现有的加工工艺。
➢ 向微型化、精密化发展。 ➢ 采用数控、自适应控 2084 制、CAD/CAM、专家系统
等 技 术 ， 提 高 加 工 过 程1104
70年代 80年代 90年代
自动化、柔性化程度。
232
424 244 142
441 321 214
353 252 316
激光加工 电火花加工 超声加工 电化学加工 EI 收录文章数比较
几种代表性特种加 工方法
电火花加工的原理示意 图
电火花加工
原理：利用工具电极与工件电极之间脉冲性火花放电， 产生瞬时高温，工件材料被熔化和气化。同时，该处绝 缘液体也被局部加热，急速气化，体积发生膨胀，随之 产生很高的压力。在这种高压作用下，已经熔化、气化 的材料就从工件的表面迅速被除去
精密和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶段
1、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2、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。
3、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。
4、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；5、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。
6、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。
7、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。
8、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。
9、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。
10、单晶金刚石刀具破损或磨损不能继续使用的标志是？加工表面粗糙度超过规定值。
11、简述超精密切削时切削参数对积屑瘤生成的影响？见书本P13-14。
12、简述超精密切削时积屑瘤对切削力和加工表面粗糙度的影响？见书本P14-15。
13、分别用1-2句话总结切削速度、进给量、修光刃、切削刃、背吃刀量变化对加工表面质量的影响？在常用超精密切削速度范围内，切削速度对加工表面粗糙度基本无影响；带有修光刃的刀具，当f<0.02mm/r时，进给量再减小对表面粗糙度影响不大；修光刃的长度过长，对加工表面粗糙度影响不大。
《精密和超精密加工技术(第3版)》第3章精密磨削和超精密磨削
2018/3/11
第1节 概述
二、精密和超精密砂轮磨料磨具
磨料及其选择
超硬磨料制作的磨具在以下几方面能够满足精密加工和超精密加工 的要求,因此使用广泛。
1)磨具在形状和尺寸上易于保持,使用寿命高,磨削精度高。
2)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。
3)磨削时,一般工件温度较低,因此可以减小内应力、裂纹和烧伤等缺
磨具的形状和尺寸及其基体材料
根据机床规格和加工情况选择磨具的 形状和尺寸。 基体材料与结合剂有关。
2018/3/11
第1节 概述
三、精密和超精密涂覆磨具
涂覆磨具分类
根据涂覆磨具的形状、基底材料和工作条件与用途等,分类见下表
涂 覆 磨 具
工 作 条 件
基 底 材 料
形 状
耐 水 (N)
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精密砂带磨削：砂带粒度F230～F320，加
工精度1μm，Ra0.025; 超精密砂带磨削：砂带粒度W28～W3，加工精 度0.1μm，Ra0.025～0.008μm。
2018/3/11
第1节 概述
一、精密和超精密加工分类
游离磨料加工
磨料或微粉不是固结在一起， 而是成游离状态。 传统方法：研磨和抛光 新方法：磁性研磨、弹性发射 加工、液体动力抛光、液中研 抛、磁流体抛光、挤压研抛、 喷射加工等。
第3章 精密磨削和超精密磨削 3.1 概述
3.2 精密磨削 3.3 超硬磨料砂轮磨削
3.4 超精密磨削
3.5 精密和超精密砂带磨削
2018/3/11
第1节 概述
精密和超精密磨料加工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,得到高 加工精度和低表面粗糙度值。对于铜、铝及其 合金等软金属,用金刚石刀具进行超精密车削是 十分有效的,而对于黑色金属、硬脆材料等,用 精密和超精密磨料加工在当前是最主要的精密 加工手段。
超精密加工技术综述
超精密加工技术综述摘要超精密加工技术的发展，直接影响到一个国家尖端技术和国防工业的发展，因此世界各国对此都极为重视，投入很大力量进行研究开发，同时实行技术保密，控制关键加工技术及设备出口。
关键词超精密加工金刚石刀具的切削1.前言超精密加工技术，是现代机械制造业最主要的发展方向之一。
在提高机电产品的性能、质量和发展高新技术中起着至关重要的作用，并且已成为在国际竞争中取得成功的关键技术。
超精密加工是指亚微米级(尺寸误差为0.3～0.03µm，表面粗糙度为Ra0.03～0.005µm)和纳米级(精度误差为0.03µm，表面粗糙度小于Ra0.005µm)精度的加工。
实现这些加工所采取的工艺方法和技术措施，则称为超精加工技术。
加之测量技术、环境保障和材料等问题，人们把这种技术总称为超精工程。
超精密加工主要包括三个领域：超精密切削加工如金刚石刀具的超精密切削，可加工各种镜面。
它已成功地解决了用于激光核聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜的加工。
超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盘的涂层表面加工和大规模集成电路基片的加工。
超精密特种加工如大规模集成电路芯片上的图形是用电子束、离子束刻蚀的方法加工，线宽可达0.1µm。
如用扫描隧道电子显微镜(STM)加工，线宽可达2～5nm。
2.工作原理近年来，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，如磁性研磨、磁流体抛光、电解研磨、超声珩磨等，在加工机理上均有所创新。
3.设备对精密和超精密加工所用的加工设备有下列要求。
(1)高精度。
包括高的静精度和动精度，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，如主轴回转精度、导轨运动精度、分度精度等；(2)高刚度。
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对精密和超精密加工技术的认识
一、引言
精密加工技术是一种高精度、高效率的制造方法，广泛应用于电子、航空航天、医疗器械等领域。
而超精密加工技术则是在精密加工技术的基础上进一步提高了加工的精度和表面质量。
本文将对精密和超精密加工技术进行深入的探讨和分析。
二、精密加工技术的概念和应用
精密加工技术是一种通过在加工过程中控制和调整各种工艺参数，使加工零件达到高精度要求的加工方法。
它主要包括数控加工、激光加工、电火花加工等多种技术手段。
精密加工技术在电子领域的应用尤为广泛，如半导体芯片加工、PCB板制造等。
三、精密加工技术的特点和优势
1. 高精度：精密加工技术可以实现亚微米甚至纳米级别的加工精度，满足对零件精度要求极高的应用领域。
2. 高效率：精密加工技术采用自动化控制和高速切削等方法，加工效率高，能够大大提高生产效率和产品质量。
3. 灵活性：精密加工技术具有灵活性强的特点，可以根据不同产品的要求进行个性化加工，满足市场需求的多样化。
四、超精密加工技术的概念和原理
超精密加工技术是在精密加工技术的基础上，通过进一步提高加工
设备的精度和加工工艺的控制精度，实现更高精度加工的一种技术手段。
超精密加工技术主要包括超精密车削、超精密磨削、超精密拓扑等方法。
五、超精密加工技术的应用领域
超精密加工技术在光学仪器、航空航天、精密仪器等领域具有广泛的应用。
例如，在光学仪器领域，超精密加工技术可以用于制造高精度的光学元件，提高光学系统的分辨率和成像质量。
六、精密和超精密加工技术的发展趋势
随着科技的进步和工业制造的需求，精密和超精密加工技术也在不断发展和创新。
未来的发展趋势主要包括以下几个方面：
1. 加工精度的提高：随着需求的增加，对加工精度的要求也越来越高，未来的精密和超精密加工技术将进一步提高加工的精度和表面质量。
2. 加工效率的提高：随着自动化技术和智能化技术的发展，精密和超精密加工技术将更加高效，加工速度更快，生产效率更高。
3. 加工材料的拓展：未来的精密和超精密加工技术将涉及更多的材料加工，如陶瓷、复合材料等，以满足不同领域的需求。
七、结论
精密和超精密加工技术作为一种高精度、高效率的制造方法，对于提高产品质量和生产效率具有重要意义。
随着科技的不断进步，精
密和超精密加工技术将在更多领域得到应用，并不断发展和创新，为人们的生活和工作带来更多便利和效益。