精密加工论文
超声波加工技术论文
超声波加工技术论文超声波加工是利用工具断面的超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法。
这是店铺为大家整理的超声波加工技术论文，仅供参考!超声波加工技术论文篇一超声加工的应用及发展摘要：陶瓷、光学玻璃、功能晶体、金刚石、宝石和先进复合材料等具有优越的物理、化学和机械性能，在航空、航天、军工、电子、汽车和生物工程等领域正得到越来越广泛的应用，并且其应用还在不断向新的领域扩展。
与此同时，人们开始探索特种加工方式来加工这些难加工材料。
超声加工技术就是在此背景下发展起来的，实践证明，它是加工上述难加工硬脆材料的高效和经济有效的方法之一。
超声技术在工业中的应用开始于20世纪10～20年代，它是以经典声学理论为基础，同时结合电子技术、计量技术、机械振动和材料学等学科领域的成就发展起来的一门综合技术。
超声技术的应用可划分为功率超声和检测超声两大领域。
其中，功率超声是利用超声振动形成的能量使物质的一些物理、化学和生物特性或状态发生改变，或者使这种状态改变加快的一门技术。
功率超声在机械加工方面的应用，按其加工工艺特征大致分为2类，一类是带磨料的超声磨料加工(包括游离磨料和固结磨料)，另一类是采用切削刀具与其他加工方法相结合形成的超声复合加工。
关键词：超生加工发展特点及优势应用潜能一、超声加工技术的发展1927年，美国物理学家伍德和卢米斯最早作了超声加工试验，利用超声振动对玻璃板进行雕刻和快速钻孔。
但当时超声加工并未应用到工业上，直到大约1940年在文献上第一次出现超声加工(USM-Ultrasonic Machining)工艺技术描述以后，超声加工才吸引了大家的注意，并且逐渐融入到其他的工业领域。
1951年，科恩研制了第一台实用的超声加工机，为超声加工技术的发展奠定了基础。
USM提供了比常规机械加工技术更多的优点。
例如，导电和非导电材料它都可以加工，并且加工复杂的三维轮廓也可以像简单形状那样快速。
此外，超声加工过程不会产生有害的热区域，同时也不会在工件表面带来化学/ 电气变化，而且加工时在工件表面上所产生的有压缩力的残余应力可以增加被加工零件的高周期性疲劳强度。
机械加工的毕业论文
机械加工的毕业论文机械加工是现代制造业中的重要环节，涵盖了多种材料的加工，如金属、塑料、陶瓷等，广泛用于制造各种零部件、机器设备、工具等。
因此，机械加工技术的研究和应用越来越受到重视。
本篇毕业论文将探讨机械加工的相关知识和应用，以帮助读者更好的了解这一领域。
一、机械加工的概述机械加工是指通过机械力和刀具加工工序对工件进行削减、切削、捏压等加工方式的过程。
机械加工包含多种加工方法，比如铣削、车削、镗削、线切割等。
各种加工方法都有自己专门的加工设备，如铣床、车床、钻床、磨床等。
机械加工工艺可适用于复杂的轮廓和精度要求高的工件，进行加工时可根据不同的材料选择相应的工艺进行加工。
二、机械加工的应用机械加工被广泛应用于制造业中，特别是在制造精密零部件方面。
机械加工可生产各种大小的零部件，从机械零件到电子零件都有应用。
航空、军事、汽车、机械、医疗等领域都需要机械加工来制造零部件，以满足各种需求。
三、机械加工的挑战在机械加工的过程中，会遇到许多挑战。
比如材料的硬度和强度，会导致刀具的磨损和破裂；材料的脆性和韧性，会影响加工精度和表面质量；加工温度和废弃物问题，会影响加工速度和环境保护等方面。
因此，为了克服这些挑战，必须通过开发新的机械加工技术和使用更高质量的材料来改进加工过程。
四、机械加工中的自动化技术随着科技的发展，机械加工的自动化技术已经成为一种趋势。
自动化技术可提高生产效率和精度，减少人为干预和错误。
例如，数控机床可以自动控制加工工艺，从而提高加工速度和产品质量。
在自动化机械加工领域，还有一些新技术正在被研究和开发，如灵活制造系统和仿生机器人等。
五、机械加工的发展趋势未来，机械加工技术将会继续不断发展和壮大。
这种发展趋势可以从以下几个方面进行预测：1.人工智能和大数据技术的应用会越来越广泛。
2.新型材料的开发和应用将提高加工效率和质量。
3.机器人技术的发展将会使机械加工更加自动化。
4.灵活制造系统的发展将使加工设备更加智能化和灵活。
数控车工技师论文(范例)
数控车工技师论文数控机床的应用与维护科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。
数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。
数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。
它本身又是机电一体化的重要组成部分，是现代机床技术水平的重要标志。
数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。
因此，如何更好的使用数控机床是一个很重要的问题。
由于数控机床是一种价格昂贵的精密设备，因此，其维护更是不容忽视。
一、数控机床1. 数控加工的概念数控机床的工作原理就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。
所以，数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。
数控加工一般包括以下几个内容：(1) 对图纸进行分析，确定需要数控加工的部分六剑客职教园（最大的免费职教教学资源网站）；(2) 利用图形软件（如CAXA制造工程师）对需要数控加工的部分造型；(3) 根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹（包括粗加工、半精加工、精加工轨迹）；(4) 轨迹的仿真检验；(5) 生成G代码；(6) 传给机床加工。
2. 数控机床的特点(1) 具有高度柔性在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。
因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。
数控专业毕业设计(论文)-数控车床加工工艺设计
数控车床加工工艺设计摘要:数控车削加工设计以机械制造中的工艺基本理论为基础，结合数控机床高精度、高效率和高柔性等特点综合多方面的知识，解决数控加工中的工艺问题。
对零件进行编程加工之前，工艺分析具有非常重要的作用。
在比较数控车床加工工艺与传统加工工艺的基础上，对数控车床加工工艺中的关键问题进行了深入分析，总结了数控车床的工艺设计方法。
通过实例，证明了正确地进行数控车床加工工艺分析与设计有助于提高零件加工质量和生产效率。
本文通过对零件图样分析、工艺路线的拟订、切削用量的选择等几方面进行了介绍。
关键词:数控加工工艺分析图样分析工艺路线目录摘要 (I)引言 (II)第1章数控加工概述 (1)1.1 数控加工原理 (1)1.2 数控加工的特点 (1)第2章数控加工工艺分析 (3)2.1 机床的合理选用 (3)2.2 数控加工零件的工艺性分析 (3)2.3 加工方法的选择与加工方案的确定 (3)2.4 工艺与工步的划分 (3)2.5 零件的安装与夹具的选择 (4)2.6 刀具的选择与切削用量的确定 (5)2.7 对刀点和换刀点的确定 (5)2.8 工艺加工路线的确定 (6)第3章数控车床加工实例 (7)3.1 零件图样分析 (7)3.2 工艺措施 (7)3.3 确认定位基准和装夹方式 (7)3.4 加工路线及进给路线 (8)3.5 刀具选择 (9)3.6 工艺卡片 (10)3.7 切削用量选择 (10)3.8 数控加工程序单 (11)第4章数控车加工操作流程 (13)4.1 开机 (13)4.2 参考工艺分析 (13)4.3 编程 (13)4.4 模拟 (13)4.5 用试刀法对刀 (14)4.6 自动循环加工 (15)结论 (16)致谢 (17)参考文献 (18)引言制造业是我国国民经济的支柱产业，其增加值约占我国国内生产总值的40%以上，而先进的制造技术是振兴制造业系统工程的重要组成部分。
21世纪是科学技术突飞猛进、不断取得新突破的世纪，它是数控技术全面发展的时代。
轴类零件加工工艺设计毕业论文
哈尔滨职业技术学院毕业论文题目：轴类零件加工工艺设计院部：机械工程系专业：机械制造及自动化指导教师：张玉兰班级：09机制一班姓名：韩彦龙毕业论文指导教师评语：指导教师（签字）：年月日毕业答辩委员会评定意见：评定成绩：答辩委员会主任（签字）：年月日一、论文题目：轴类零件加工工艺二、论文要求：1.目的2.进度安排3.具体要求指导教师（签字）：年月日摘要随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。
高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。
而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。
并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。
本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。
通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。
关键词工艺分析加工方案进给路线控制尺寸目录第1章前言 0第2章工艺方案分析 (1)2.1 零件图 (1)2.2 零件图分析 (1)2.3 确定加工方法 (1)2.4 确定加工方案 (1)第3章工件的装夹 (3)3.1 定位基准的选择 (3)3.2 定位基准选择的原则 (3)3.3 确定零件的定位基准 (3)3.4 装夹方式的选择 (3)3.5 数控车床常用的装夹方式 (3)3.6 确定合理的装夹方式 (3)第4章刀具及切削用量 (4)4.1 选择数控刀具的原则 (4)4.2 选择数控车削用刀具 (4)4.3 设置刀点和换刀点 (5)4.4 确定切削用量 (5)第5章典型轴类零件的加工 (6)5.1 轴类零件加工工艺分析 (6)5.2 典型轴类零件加工工艺 (8)5.3 加工坐标系设置 (9)5.4 手工编程 (11)第6章结束语 (14)第7章致谢词 (15)参考文献 (16)第1章前言在机械加工工艺教学中，机械制造专业学生及数控技术专业学生都要学习数控车床操作技术。
数控技术毕业论文
数控技术毕业论文目录一、内容概要 (2)1.1 研究背景与意义 (2)1.2 国内外研究现状及发展动态 (4)1.3 论文研究内容与方法 (5)二、数控技术基本理论 (6)2.1 数控技术的定义与发展历程 (8)2.2 数控系统的工作原理 (9)2.3 数控技术的特点与应用领域 (11)三、数控编程方法与技巧 (12)3.1 数控编程的基本概念 (13)3.2 常用数控编程指令与操作 (15)3.3 高级数控编程技巧与策略 (16)四、数控加工工艺规划 (17)4.1 数控加工工艺概述 (18)4.2 工件装夹与定位方案设计 (19)4.3 切削参数选择与优化 (20)五、数控系统开发与实现 (22)5.1 数控系统硬件选型与配置 (23)5.2 数控系统软件设计与实现 (24)5.3 数控系统功能测试与验证 (25)六、数控技术应用案例分析 (27)6.1 案例一 (28)6.2 案例二 (29)6.3 案例三 (30)七、结论与展望 (32)7.1 研究成果总结 (32)7.2 存在问题与不足 (34)7.3 未来发展趋势与展望 (35)一、内容概要本文全面探讨了数控技术在现代制造业中的核心地位及其在各行业中的应用。
概述了数控技术的定义、发展历程及分类，强调了其在提高生产效率、降低成本和提升产品质量方面的显著优势。
深入分析了数控系统的工作原理，包括计算机与机床之间的信号传递、插补运算以及机床的驱动和控制等方面。
本文详细讨论了数控编程的方法和技巧，包括基本编程指令、刀具轨迹生成和数控加工工艺规划等，旨在帮助读者掌握数控编程的核心技能。
结合具体实例，展示了数控技术在机械制造、航空航天、汽车制造等领域的实际应用，以及所取得的显著成果。
本文总结了数控技术的发展趋势和面临的挑战，如智能化、高精度化、绿色化等，并对未来的发展方向进行了展望。
通过本文的研究，读者可以全面了解数控技术的原理、应用及发展趋势，为未来的学习和职业发展奠定坚实基础。
机械制造工艺及精密加工技术研究
机械制造工艺及精密加工技术研究【摘要】本文主要探讨了机械制造工艺及精密加工技术在当今工业发展中的重要性和应用。
首先介绍了相关背景和研究意义，然后描述了研究方法。
接着详细阐述了机械制造工艺的概述，精密加工技术的介绍，数控加工技术的探讨，材料选择与加工优化，以及装配工艺的研究。
通过对这些内容的分析和研究，可以为未来的发展方向、技术创新和产业应用前景提供参考和展望。
本文的研究对于推动机械制造工艺及精密加工技术的发展具有重要意义，有助于提高工业生产效率和产品质量，推动产业升级和发展。
【关键词】机械制造工艺、精密加工技术、数控加工、材料选择、装配工艺、未来发展方向、技术创新、产业应用前景。
1. 引言1.1 背景介绍机械制造工艺及精密加工技术是当今制造业发展中的重要组成部分，随着科技的不断进步，人们对产品的质量和精度要求也越来越高。
机械制造工艺是制造业中最基础的环节之一，它直接关系到产品的质量、工艺流程的合理性和生产效率的提高。
而精密加工技术则是在机械制造领域中的一个重要分支，通过对零部件的加工精度、表面质量和加工效率的提升，实现对产品性能的提高和生产成本的降低。
随着全球经济一体化的推进，制造业正面临越来越激烈的国际竞争，提高机械制造工艺和精密加工技术的研究和应用水平，已经成为制造业发展的迫切需求。
本文旨在探讨机械制造工艺及精密加工技术的相关内容，从工艺流程、技术原理、材料选择、加工优化等方面进行深入研究，为我国制造业的发展提供有益参考和借鉴，推动我国机械制造产业走向优质、高效、可持续发展的道路。
1.2 研究意义机械制造工艺及精密加工技术是现代制造业中非常重要的领域，其研究意义主要体现在以下几个方面：1. 提高生产效率：通过研究机械制造工艺及精密加工技术，可以优化生产流程，提高生产效率，降低生产成本，从而提高企业的竞争力。
2. 提高产品质量：精密加工技术可以保证产品的加工精度和表面质量，在一定程度上可以提高产品的品质和可靠性，满足不同行业的需求。
毕业设计论文-数控雕铣机设计论文
1前言1.1数控雕铣机设计的目的和意义雕铣机（CNC engraving and milling machine）它是一种数控机床。
数控雕铣机像其他数控机床一样是通过数控系统根据加工程序的代码控制雕铣机动作，实现雕刻、铣削的自动化。
在国外加工模具时都用加工中心来加工，并没有雕铣机的概念。
但是加工中心在用小刀具加工小型模具时就会显示出力不从心，会产生高额的成本。
国内在有雕铣机这个概念以前用的是雕刻机，雕刻机的长项在于雕，并不能满足铣削的要求。
雕铣机的出现克服了加工中心和雕刻机的不足。
既可以用小刀具加工小型模具，可以进行雕刻也可以进行铣削，是一种高精度的数控机床。
雕铣机的功能决定了它使用范围。
从工艺上，雕刻可分为二维平面雕刻、三维立体雕刻和全自由度空间雕刻。
其中，全自由度空间雕刻主要用于一些形状复杂的工艺品或大型艺术作品的雕刻工作，此类制品的随意性强、构成形状复杂、工艺性差，因此这类工艺迄今为止雕铣机尚无能为力，只能采用手工雕刻，制品的质量和艺术性完全依赖于雕刻师的技艺水平。
相比之下，在三维立体雕刻和二维平面雕刻工艺中雕铣机就大有可为。
三维立体雕刻类似于三维的铣削加工，可以完成精密模具、艺术浮雕曲面等雕刻加工；而二维平面雕刻工艺主要用于标牌文字及平面几何图形的雕刻加工。
目前，三维立体和二维平面雕刻大部分已采用雕铣机完成，克服了传统手工雕刻存在的缺陷[1]。
现代数控雕铣机床运动系统要求具有高速运算、快速插补、高速通信、主轴高速运转、高精度定位、高分辨率位置检测和数字伺服控制等能力。
数控雕铣机床要实现形状复杂的零件加工，必须要求运动控制系统能进行多种插补运动的控制，如直线插补、圆弧插补、连续插补。
此外控制系统需要具有良好的运动速度控制能力、速度前瞻功能，以保证机床在停止、起动、加工时不产生冲击、失步、颤抖，并在驱动过程中准确运动到制定位置[2]。
1.2 国内外研究现状20世纪90年代以来，微电子技术的突飞猛进直接推动了微型计算机的迅速发展，而微电子技术和微型计算机技术又带动整个高技术群体飞速发展，从而使雕铣机也有了质的飞跃。
数控机床论文
摘要为了适应机械行业的发展趋势，简化一般工厂中工人的劳动量，在本设计中应用简单的数控系统设计。
就实际情况分析，一般的机械加工精度和效率足以完成工作需求，不需要高精密的数控系统，但考虑一般机械系统实现自动化生产相对比较困难，而且实现起来相当复杂，设备比较庞大。
然而这些问题可以在一个非常简单的数控系统中很容易的得到很好的解决。
随着微型计算机系统的发展，性能的不断提高，大范围应用的普及，应用一个简单的数控系统来完成一般的工作，在一般的小型工厂中足可以实现。
本次设计的铣床，除了能进行铣削加工，主轴上安装不同的刀具时，还可以进行钻孔或攻丝加工。
所以我们采用了如下的设计方案：进给系统采用大惯量宽调速直流伺服电动机，滚珠丝杠，双螺母垫片调整预紧间隙，导轨副采用直线滚动导轨副，主传动系统采用无级调速电机。
在设计过程中，我得到了老师的精心指导，帮我收集了很多我无法找到的资料。
袁老师在完成繁重的教学任务之余，经常拖着疲惫的身体，对我们的工作进行仔细地审查，针对我们的情况，进行了耐心的讲解，从设计的原理到结构功能，做出了大量的指导性工作，使我们对所要设计的课题有了更深的了解，在这里也要感谢同组同学的热心帮助，同学们总是微笑着面对我的提问，耐心讲解，使我对有些问题有更加清楚的认识。
关键词：总体结构布局铣床传动方式主传动系统进给系统AbstractIn order to adapt to the machinery industry development trends, simplified general factory workers in the labor, in the design of a simple numerical control system design. On the actual situation analysis, the general machining accuracy and efficiency needs to complete its work, do not need high-precision numerical control system, but considering the general mechanical system to automate production is relatively difficult and very complex to achieve, equipment relatively large. However, these problems can be in a very simple numerical control system in very easy to get a good solution. With the development of micro-computer system, the continuous improvement of performance, large-scale application of the universal application of a simple numerical control system to complete the work in general, the small factories in general can be achieved in full.The processing center, in addition to a milling, spindle installed on a different tool, can also carry out drilling or tapping processing. Therefore, we have adopted the design of the programmes are as follows: feeding system using the inertia of wide speed range DC servo motor, ball screw, double-nut pads adjust preload gap, the rails of a rail line rolling deputy, the main drive system adopts the - Speed Motor.In the design process, I was given the careful guidance of teachers Hsu, To help me collect a lot I can not find the information. Yuan teachers completed the arduous task of teaching, while towing tired of the daily physical, to our work carefully review the situation against us, on a patient, from design to the principles of structure and function, to A lot of guidance, so that we have to design the machine gained a deeper understanding of the same group here also like to thank the enthusiastic help students, the students have always smiling faceof my question, patiently explained to me for some The problem is more clear understanding.Keywords：The overall structure layout Transmission Feed system Main drive system目录1绪论 (2)1.1数控机床的产生及发展 (2)1.2数控机床的组成及分类 (3)1.3数控机床的特点 (3)2设计的主要参数及基本思想 (4)2.1 课题要求 (4)2.2 总结构设计 (4)2.3 铣床总布局的确定 (5)3数铣床的设计和计算 (6)3.1 主传动系统的设计 (6)3.2 进给系统的设计 (9)3.3 进给系统的计算 (10)4 数控系统的介绍及选择 (10)4.1数控及计算机数控 (10)4.2 计算机数控系统的内部工作过程 (10)4.3数控系统的特点 (11)5 夹具的选择及介绍 (11)5.1 数控铣床夹具介绍 (11)5.2 技术要求 (12)5.3 对夹具零部件的要求 (13)结论 (15)致谢 (16)参考文献 (17)1绪论机械制造业是国民经济的支柱产业。
特种加工论文-电子束加工和离子束技术的原理及电子束加工的应用
电子束加工和离子束技术的原理及电子束加工的应用一、电子束加工和离子束技术的原理及其比较1、电子束加工的原理电子束是在真空条件下，利用聚焦后能量极高（106~109w/cm2）的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间（几分之一微妙）内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化，被真空系统抽走。
下面特殊介绍一下快速扫描电子束加工技术原理，通过对电子枪偏转线圈和聚焦线圈的控制，使电子束在工件上按特定的轨迹、速率和能量快速偏转而实现快速扫描电子束加工。
由于电子束几乎没有质量和惯性，可以实现非接触的偏转，而且通过电压控制，可以在不同的位置切换时控制束流通断，这样，束流就可以在构件的不同位置以极高的频率切换。
由于材料的热惯性，通过束流与材料的相互作用，在这些位置上就会同时产生冶金效果，实现电子束的扫描加工。
总的来说，电子束加工的基本原理是：在真空中从灼热的灯丝阴极发射出的电子，在高电压(30～200千伏)作用下被加速到很高的速度，通过电磁透镜会聚成一束高功率密度（105～109w/cm2）的电子束。
当冲击到工件时，电子束的动能立即转变成为热能，产生出极高的温度，足以使任何材料瞬时熔化、气化，从而可进行焊接、穿孔、刻槽和切割等加工。
由于电子束和气体分子碰撞时会产生能量损失和散射，因此，加工一般在真空中进行。
电子束加工机由产生电子束的电子枪、控制电子束的聚束线圈、使电子束扫描的偏转线圈、电源系统和放置工件的真空室，以及观察装置等部分组成。
先进的电子束加工机采用计算机数控装置，对加工条件和加工操作进行控制，以实现高精度的自动化加工。
电子束加工机的功率根据用途不同而有所不同，一般为几千瓦至几十千瓦。
2、离子束技术的原理离子束加工技术是在真空条件下，将氩、氪、氙等惰性气体通过离子源产生离子束，经加速、集束、聚焦后，射到被加工表面上以实现各种加工的方法。
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超精密加工技术的发展及其对策 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。 在简述精密、超精密加工内涵和重要性的基础上,重点分析了影响精密、超精密加工的因素及采取对策。针对世界上一些发达国家研制开发精密、超精密加工技术已达到了很高技术水平的现状,提出了我国超精密加工的主要研究方向及目标。
关键词 超精密加工 扫描隧道 若干建议 1 前言 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 国外概况 美国是最早研制开发超精密加工技术的国家。早在1962年，美国就开发出以单点金刚石车刀镜面切削铝合金和无氧铜的超精密半球车床，其主轴回转精度为 0.125μm，加工直径为?100mm的半球，尺寸精度为±0.6μm，粗糙度为Ra0.025μm。1984年又研制成功大型光学金刚石车床，可加工重1350kg，?1625mm的大型零件，工件的圆度和平面度达0.025μm，表面粗糙度为Ra0.042μm。在该机床上采用多项新技术，如多光路激光测量反馈控制，用静电电容测微仪测量工件变形，32位机的CNC系统，用摩擦式驱动进给和热交换器控制温度等。 美国利用自己已有的成熟单元技术，只用两周的时间便组装成了一台小型的超精密加工车床(BODTM型)，用刀尖半径为5～10nm的单晶金刚石刀具，实现切削厚度为1nm (纳米)的加工。尽管如此，最近美国政府还是继续把微米级和纳米级的加工技术作为国家的关键技术之一，这足以说明美国对这一技术的重视。 英国是较早从事超精加工技术研究的国家之一。从1979年起，开发用于制造X射线望远镜的金属反射镜的立式超精密金刚石刀车床。要求反射镜的精度在30mm 范围内的表面凹凸达到6nm以下，整个镜面的形状精度达1μm以下。该机床为保证超精加工，采用了许多新技术。例如采用封装合成花岗岩作为机床基础(总重 48t)，永久磁铁型DC力矩马达驱动的X轴和Z轴，径向和轴向的回转精度为0.1μm，空气轴承支承的旋转工作台，分辨率为0.015μm的 HP5501型激光干涉仪，由HP9826型计算机等构成的X轴、Z轴工件尺寸及形状精度的测量补偿系统，压电式刀具微进给装置，16位CNC控制系统等。英国在80年代初就已开始实施纳米计划，成立了纳米技术战略委员会。Cranfield理工学院是世界上第二个能制造出用于大型超精密加工机床的高刚度(2kN/μm)气浮精密轴承和主轴系统的单位。 日本的超精密加工技术的研究开发滞后于美国20年，但由于得到有关方面的重视和努力，发展较快。与美国不同，日本完全是出于民用工业的考虑来发展超精密加工技术的，从多棱体反射镜加工机床到磁头微细加工机床，磁盘端面车床，发展到非球面加工机床和短波X射线反射镜面加工机床。1986年日本已把纳米技术作为先进技术探索研究计划中的六大课题之一。日本推行了一个从1991年起，为期 10年，投资250亿日元的研究开发微型机械的大型国家科研计划。在这个计划中，FANUC公司和电气通信大学合作研制的车床型超精密铣床，在世界上首次用切削方法实现了自由曲面的微细加工。这台铣床具有无摩擦伺服系统和用于微细加工的CAD/CAM 系统，最小数控分辨率为1nm。在对直径为1mm高度差为30μm的复杂曲面进行的微细铣削加工中，获得了Ra0.058μm的表面粗糙度。机床的主要性能：X、Z轴的最小分辨率为1nm，C、B轴的最小分辨率分别为0.0001°和0.00001°，当主轴的最大供气压力为6×106Pa 时，回转速度为55000r/min。微细切削用刀具是一种单晶金刚石伪球头立铣刀。刀尖半径为0.01mm，半刀尖角为75°，刀尖圆弧中心与轴心线有 0.1mm的偏移量。日本的超精加工机床生产厂家有十多家，产品大多采用0.01μm高分辨率的CNC系统和激光干涉仪测量，纳米级光刻已超过了美国，居世界领先地位。超精加工机床的加工精度已达亚微米级(0.1μm以下)，粗糙度达Ra0.01μm，最高水平的机床已用于制造超大规模集成电路，刻线宽度可达0.3μm。 德国、荷兰以及中国台湾的超精密加工机床，也都处于世界先进水平。如菲利普公司曾研制出Colath超精车床，最大加工直径?200mm，长度200mm，其加工形状精度为0.5μm，表面粗糙度Ra0.02μm。而德国主要研究超精密测量技术。 目前世界上超精密加工达到的最高技术水平如下：加工精度0.025μm，表面粗糙度Ra0.0045μm，即已进入了纳米级加工精度的时代。在测量技术方面，对小位移的测量：电容式测头分辨率可做到0.5nm(量程为15μm)和0.1nm(量程为5μm)，线性误差小于0.1%；光电子纤维光学测头的分辨率可到0.5nm(量程为30μm)，线性误差为5%；扫描隧道显微镜(STM)的分辨率可达0.01nm(量程20mm时)；X射线干涉仪的分辨率还做到0.003nm(量程200μm时)。对大长度尺寸的测量，外差式激光干涉仪的分辨率可做到1.25nm(量程±2.6m)；氦氖激光(实验室)的分辨率可做到0.01μm(量程为2mm)；莫尔条纹光学尺的分辨率可做到10nm(量程1m)，精度为1μm/m。对角度测量，莫尔条纹角度光学尺的分辨率可做到0.005"(360°范围)，精度0.1"，因此测量方面基本上满足了纳米级加工技术要求。 3 用STM进行微细加工 扫描隧道显微镜(STM)在纳米级尺度上对各种表面进行刻蚀与修饰，实现纳米加工，这是其应用的一个重要领域。 用STM进行表面加工的方法主要有两类：第一类是在金属、半导体或绝缘体表面上直接写入点、线或规定的图形符号。具体方法通常是在STM的恒流模式工作状态下，在针尖上加一定的电压脉冲，或突然缩短针尖与样品间的距离，使针尖下样品表面形成坑、丘等结构变化。 第二类方法是通过STM的电子束引起化学反应，在针尖下的表面微区淀积金属材料。 第一台STM是G·Bining等于1981年研制成功的。现在装置的结构、防震、稳定性和分辨率等方面都日趋完善。在原理上，STM与通常的电子束一样，在固体器件制造中可用来进行平面制版加工。其优点是能显示表面的结构形貌，具有原子尺度的分辨率；所涉及的电子能量低(<100eV)，对材料的损伤少；可以在真空、大气、甚至液体中工作；结构远比需聚焦、偏转的离子、电子束装置简单，如直接用于平面结构的制版加工，使现有的VLSI微细工艺水平提高到一个新的量级，对科学技术发展将产生巨大影响。假定写入点的直径为1nm，点中心间距为2nm，数据存贮器的记忆密度可达1013bits/cm2，可以存下300页的书100万本；对于3.5英寸大小的软盘，存入500万本书是可能的。这几乎是我国省级图书馆的全部藏书。 4 我国对超精密加工技术的研究 我国对超精密加工技术的研究起步不晚。基本做法与日本有类似之处，先从电子工业开始，用于加工磁盘、磁鼓、磁头。1965年前后研制出镜面外圆磨床，加工圆度优于0.3μm，表面粗糙度Ra0.01μm以下。1968年研制成功单晶金刚石刀镜面车床，可使黄铜件的表面粗糙度达Ra0.025μm以下。70年代后期制成了ST186高精度磁盘车床。SI-235型超精密车床，主轴回转精度值优于0.2μm，还有超精球面车床。进入80年代，研制了回转精度达 0.025μm的精密轴系，单晶金刚石刀切削的超精车床和超精铣床，最高分辨率为0.01μm的CNC数控超精密车床等产品，可加工球面和抛物面体、菲涅尔镜等零件。加工形状精度达0.1μm，表面粗糙度达Ra0.025μm以下。最近哈尔滨工业大学研制成功HCM-1亚微米超精密加工机床，其技术性能如表所示。还研制成CSPM-930型STM、AFM 等一批扫描隧道显微镜和原子力显微镜。但与美日相比，还有不小差距，特别是在大型光学和非金属材料的超精加工方面，在超精加工的效率和自动化技术方面差距尤为明显。 国内外典型超精密车床性能指标
型号(生产厂家) HCM-1 (中国哈工大) M-18AG (美国Moore Special Tool Co.)
超精密CNC机床 (日本Toshiba Co.) 超精密车床 (德国IPT)
主 轴
径向跳动
(µm) ≤0.075 ≤0.05(500r/min) ≤0.048
轴向跳动 ≤0.05 ≤0.05(500r/min) (µm) 径向刚度(N/µm) 200 100
轴向刚度(N/µm) 160 200
Z向(主轴)直线度 <0.2µm/100mm ≤0.5µm/230mm 0.044µm/80mm
X向(刀架)直线度 <0.2µm/100mm ≤0.5µm/410mm 0.044µm/80mm
X、Z向垂直度(") ≤1 1
重复定位精度(µm) 1(全程)0.5(25.4mm)
加工工 件精度 形面精度(µm) 圆度：0.1 平面度：0.3 <0.1(P-V值) 0.1
表面粗糙度(µm) Ra0.0042 0.0075(P-V值) Ra0.002 0.002～0.005RMS 位置反馈系统分辨率(µm) 25 2.5 10
温控精度(X) ≤0.004 ±0.006 ±0.1
隔振系统固有频率(HZ) ≤2 2
加工范围(mm) Ø320 Ø356 Ø650×Ø250
5 加强我国超精加工技术开发的若干建议 把发展我国超精密加工技术作为一个科技战略任务来抓，在发展我国超精密加工技术时，应当得到国防工业部门及有关研究单位的大力关心和支持。 “十五”期间，在生产线上实现亚微米级、纳米级加工精度，在大型超精加工商品化机床上实现超精加工的自动化。再用10年左右的时间，大体达到美国目前的水平。 单晶金刚石刀具镜面切削作为实现超精密加工的主要方向。 必须抓好以下6个方面的研究工作： 提高主轴回转精度，如开发高精度(回转误差小于0.02μm甚至8nm)，高刚度(大于2kN/μm)的新型轴承和主轴系。 提高直线运动精度，结构上采用空气静压(直线度可达0.1～0.2μm/250mm)和液体静压导轨，并利用均化作用提高运动精度。如尽快开发高分辨率(如设定值≤0.01μm至纳米级的定位分辨率)和跟踪误差为零的数控伺服系统，以实现微量进给的驱动系统。 大力开展在线检测技术的研究，主要抓以下三个方面：①提高检测精度：由于加工精度向紫外线、X射线波长区域移动，所以要不断提高检测精度。②在线检测变被动测量为主动测量。这是实现超精加工自动化的重要手段。③发展动态测量：检测技术中，主要开发纳米精度的长度测量技术和具有?级或亚?级(0.01nm)分辨率的表面形貌测量技术；环境温度引起