超精密加工
超精密加工技术PPT培训课件
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。
超精密加工的原理
超精密加工的原理概述超精密加工是一种高精度、高效率的加工方法，广泛应用于电子、光学、航空航天等领域。
本文将从原理、设备和应用三个方面探讨超精密加工的相关知识。
原理超精密加工的原理主要包括以下几个方面： 1. 基于材料理论 - 材料塑性变形的特性 - 材料的热变形 - 材料的热处理对机械性能的影响2.基于机械理论–刀具的材料选择及形状设计–刀具的旋转轴心与工件表面的相对运动方式–切削力的传递及控制方法3.基于控制理论–精密伺服系统的设计与控制–运动平台的阻尼、刚性及动力学特性–跟随误差的修正算法设备超精密加工的设备主要包括以下几个方面： 1. 精密机床 - 高刚性床身结构 - 高精度的滚珠丝杆传动系统 - 紧密密封的工作室，防止外界温度、湿度的影响2.精密主轴系统–高速、高精度的主轴–降低热变形的冷却系统–精密的轴承及润滑系统3.精密传感系统–高精度的位移传感器–高精度的温度传感器–高灵敏度的力传感器4.控制系统–高性能的数控系统–高速、高精度的驱动系统–稳定可靠的供电系统应用超精密加工在许多领域都有广泛的应用，下面列举了其中的几个方面： 1. 光学元件的制造 - 高精度透镜的加工 - 高精度光学表面的抛光 - 高精度反射镜的加工2.微电子芯片的制造–高精度半导体材料的切割–高精度线路板的制作–高精度芯片的封装3.航空航天领域–高精度涡轮叶片的加工–高精度发动机零件的制造4.医疗领域–高精度人工关节的制造–高精度医疗器械的加工结论超精密加工是一种重要的加工技术，其原理基于材料、机械和控制理论。
在具备高精度的设备和控制系统的支持下，超精密加工可以应用于光学、电子、航空航天和医疗等领域，为这些领域的发展提供了关键支持。
随着科技的不断进步，相信超精密加工将在未来发挥更加重要的作用。
超精密加工技术的概念
超精密加工技术的概念
嘿，朋友们！今天咱来唠唠超精密加工技术。
你说这超精密加工技术啊，就好比是一位超级细腻的艺术家，在微观世界里精雕细琢。
咱平常生活里用的好多东西，可都离不开它呢！比如说你那手机，里面的芯片，那可都是经过超精密加工技术打磨出来的呀。
要是没有它，咱的手机能那么厉害吗？能那么流畅地玩游戏、看视频吗？
你再想想那些高端的医疗器械，那得精细到啥程度啊！这超精密加工技术就像是一双神奇的手，能把各种材料雕琢成我们需要的模样，而且精度高得吓人。
这就好像是在头发丝上绣花，难不难？当然难啦！但人家就是能做到。
你说这技术咋就这么牛呢？它能把误差控制在极小极小的范围内，小到你都没法想象。
就好比你要在一粒米上刻字，还得刻得特别清楚，这得有多厉害啊！而且它加工出来的东西，表面光滑得像镜子一样，这可都是技术的功劳啊。
你看看那些航天设备，里面的零件哪个不是靠超精密加工技术打造的？要是精度不够，那还不得出大问题啊！这就像是盖房子，根基不牢，房子能稳吗？超精密加工技术就是那个稳固的根基呀。
咱普通人可能觉得这离我们挺远的，其实不然。
咱生活中的点点滴滴都有它的影子呢。
就说你戴的眼镜吧，镜片的制作也得靠它呀。
还有那些精密的仪器仪表，没有超精密加工技术，它们能那么准确地工作吗？
这超精密加工技术就像是一个隐藏在幕后的英雄，默默地为我们的生活贡献着。
它让我们的科技不断进步，让我们的生活变得更加美好。
咱可得好好珍惜这技术带来的便利呀，可别不当回事儿。
反正我觉得吧，超精密加工技术就是牛，不服不行啊！它就是那个能创造奇迹的魔法，让一切不可能都变成可能。
你说呢？。
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。
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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。
超精密加工
一 超精密加工的概念
起源：1962年，美国Union Carbide公司研制成功首台超精密车床。 定义：在一定的发展时期，加工精度和加工表面质量达到最高水平 的各种加工方法的总称。 超精密加工的概念及其与一般加工和精密加工的精度界限是相对的。 目前，在工业发达国家，一般加工是指加工精度不高于1m的加工技 术，与此相应，精密加工是指加工精度为1~0.1m、表面粗糙度小于 Ra0.1~0.02m的加工技术，超精密加工是指加工精度高于0.1m、表 面粗糙度小于0.01m的加工技术。
（美国）光学金刚石超精水平的重要标志之一。 在尖端科技产品和现代化武器的制造中占有重要地位。
作为测量标准的所谓“原器”（ “标准球”、“光学平 晶”），卫星的姿态轴承，大规模集成电路的硅片，计 算机磁盘，复印机磁鼓和激光打印机的多面镜等都需要 进行超精密加工。 现代机械工业之所以要致力于提高加工精度，主要原因 在于提高制造精度后：
飞机发动机转子叶片：加工精度由60m提高到12m， 表面粗糙度Ra由0.5m减小到0.2m，则发动机的压缩 效率将从89%提高到94%。
三 超精密加工的特点、应用范围及分类
1. 超精密加工的特点
1) 遵循精度“进化”原则 2) 属于微量切削(极薄切削) 3) 影响因素众多，是一个系
统工程 4) 与自动化技术关系密切 5) 综合应用各种加工方法 6) 加工和检测一体化
图5-19 (美)光学金刚石超精 密车床
2. 超精密加工的分类和应用范围
1) 超精密切削加工，如金刚石刀具 超精密车削，微孔钻削等；
2) 超精密磨料加工，如超精密磨削， 超精密研磨等；
3) 超精密特种加工，如电子束加工，
离子束加工及光刻加工等；
超精密加工技术的发展现状
超精密加工技术的发展现状超精密加工技术的发展现状，哎呀，真是个让人觉得又神奇又复杂的话题啊！咱们得先了解一下超精密加工是什么。
它其实就是用极高的精度来加工材料，想想看，能把东西做到这么精准，真是令人叹为观止。
现在的制造业可离不开它，尤其是在航空、医疗、电子这些领域，越是高端的东西，越离不开超精密加工。
想象一下，微米级别的加工，那得多细腻啊！说真的，这技术的发展，真的是让人感觉到科技的力量。
在这过程中，咱们得提到几项关键技术，比如说光刻、超声波加工，还有激光加工。
光刻技术可谓是个“大明星”，在芯片制造中大显身手，像是在细致的画布上作画，光线勾勒出无数精致的图案。
超声波加工呢，哎，别小看它，利用声波的振动来加工，能把很多材料轻松处理掉，真是个“小帮手”。
激光加工嘛，嘿，那可是一把双刃剑，精准又快速，火花四溅的场景让人忍不住想为它点赞。
不过，话说回来，技术再先进，也得面对一些挑战。
比如说，成本问题。
超精密加工的设备可不是白菜价，维护保养更是个大开销。
这让很多小企业在这条路上犹豫不决，真是让人心疼。
材料的选择也非常重要，有些材料在超精密加工中表现得特别好，而有些则像个“死胖子”，怎么都弄不动。
为了追求更好的效果，研究人员们可是费尽心思，真是“煞费苦心”啊。
还有就是人才的培养。
这方面可不能马虎，超精密加工需要的人才既要有理论知识，又要有丰富的实践经验。
现在的大学里，很多学校已经开始设置相关课程，目的就是希望能培养出更多的技术人才，未来可得靠他们“撑门面”呢。
真心希望越来越多的人能加入这个行业，给我们带来更多的惊喜。
说到应用，超精密加工的舞台可大了！像航天器、手术刀、手机的内部零件等等，几乎无处不在。
你看看，航天器上那些复杂的零部件，没有超精密加工，恐怕就飞不起来了！还有手术刀，医生可不能用个普通的刀子，精细的切口直接关系到手术的成功与否，这可是关乎生命的大事啊！而手机的微小零件，哪个能离开超精密加工的加持？所以说，这技术的重要性，不用多说，大家都懂。
超精密加工技术的应用案例
超精密加工技术的应用案例说起来这超精密加工技术，可真是个了不得的玩意儿，你别看它名字听起来挺高大上，其实跟咱们的生活那是息息相关。
今儿个我就给你讲讲几个应用案例，保管让你觉得这技术啊，真是神乎其技。
先说个近的，就咱们平时用的手机，那屏幕你知道是怎么来的吗？就是靠这超精密加工技术磨出来的。
你瞅瞅那屏幕，光滑得跟婴儿的脸似的，一点瑕疵都没有，看着就舒服。
记得有一次我去参观一个手机制造厂，那车间里头，机器嗡嗡作响，技术员跟我说，这屏幕啊，得经过几十道工序，每一道工序都是微米级的精度控制，稍有差池，那屏幕就废了。
你说这技术牛不牛？再说个远的，航空航天领域。
咱国家的卫星、火箭，那上面的零件，哪一个不是要求极高？超精密加工技术就在这里面发挥着关键作用。
有一次我跟一个航天专家聊天，他跟我说，火箭发动机里的一个喷嘴，就那么一点点大，但是要求加工精度要达到纳米级，你说这难不难？可咱们的技术人员就是能把这活儿干得漂漂亮亮的，让火箭能够顺利地飞上天。
还有医疗领域，这个你可能没想到吧？现在的医疗器械，那精度要求也是极高的。
比如手术刀、人工关节这些，都得用超精密加工技术来制作。
有一次我去医院，碰上一个医生朋友，他跟我说，他们医院引进了一套新的手术设备，那手术刀锋利得不得了，切起来跟切豆腐似的，病人恢复得也快。
我一问，才知道这手术刀也是超精密加工出来的。
说到这，我还想起一个有趣的事情。
有一次我去一个工厂参观，那工厂是生产精密零件的，我进去一看，哎呀妈呀，那车间里头全是机器，连个人影都看不见。
我正纳闷呢，突然听到一阵笑声，我循声找去，原来是一个技术员在跟一个机器对话。
他说：“你这家伙，今天表现不错嘛，加工出来的零件精度又提高了。
”我当时就乐了，心想这技术真是越来越智能了，连机器都能跟人聊天了。
不过话说回来，这超精密加工技术虽然厉害，但也不是万能的。
它得靠人来操作，靠人来维护。
有一次我去跟一个技术团队交流，他们就跟我说，这技术啊，得不断学习，不断创新，不然就会被淘汰。
超精密加工名词解释
超精密加工名词解释
超精密加工是一种高精度制造技术，通过使用特殊的设备和工艺方法，对工件进行精确的
切削、磨削、雕刻等加工，以达到非常高的尺寸精度、形状精度和表面质量。
它在微米、
亚微米甚至纳米级别上进行操作，通常用于生产高精度零部件、光学元件、微电子器件等。
超精密加工具有高加工精度、低加工误差、优良的表面质量和轮廓形状控制等特点，广泛
应用于精密机械、光学、电子、航空航天等领域。
该技术要求高精密加工设备、有良好的
机械稳定性和控制能力，并且需要严格控制工件的环境条件，以确保加工过程的稳定性和
精度。
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超精密加工
背景：20世纪60年代为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的需要而发展起来的精度极高的一种加工技术。
到80年代初，其最高加工尺寸精度已可达10纳米（1纳米=0.001微米）级，表面粗糙度达1纳米，加工的最小尺寸达1微米，正在向纳米级加工尺寸精度的目标前进。
纳米级的超精密加工也称为纳米工艺(nano-technology) 。
超精密加工是处于发展中的跨学科综合技术。
20 世纪50 年代至80 年代为技术开创期。
20 世纪50 年代末，出于航天、国防等尖端技术发展的需要，美国率先发展了超精密加工技术，开发了金刚石刀具超精密切削——单点金刚石切削(Single point diamond turning，SPDT)技术，又称为“微英寸技术”，用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面、非球面大型零件等。
分类：
（1）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。
如机械化学抛光、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。
（2）超精密切削加工：超精密车削、镜面磨削和研磨。
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。
超精密加工技术发展趋势：向更高精度、更高效率方向发展；向大型化、微型化方向发展；向加工检测一体化方向发展；机床向多功能模块化方向发展；不断探讨适合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。
21世纪初十年将是超精密加工技术达到和完成纳米加工技术的关键十年。