精密加工和超精密加工的研究与对策
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。
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。
精密和超精密加工技术的发展
精密和超精密加工技术的发展我国目前已是一个“制造大国”,制造业规模名列世界第四位,仅次于美国、日本和德国,近年来在精密加工技术和精密机床设备制造方面也取得了不小进展。
但我国还不是一个“制造强国”,与发达国外相比仍有较大差距。
目前国外已开发了多种精密和超精密车削、磨削、抛光等机床设备,发展了新的精密加工和精密测量技术。
为了使我国的国防和科技发展不受制于人,我们必须投入必要的人力物力,自主发展精密和超精密加工技术,争取尽快将我国的精密和超精密加工技术水平提升到世界先进水平。
下面对国内外精密和超精密加工技术的最新发展情况介绍如下。
精密机床技术的发展精密机床是精密加工的基础。
当今精密机床技术的发展方向是:在继续提高精度的基础上,采用高速切削以提高加工效率,同时采用先进数控技术提高其自动化水平。
瑞士DIXI公司以生产卧式坐标镗床闻名于世,该公司生产的DHP40高精度卧式高速镗床已增加了多轴数控系统,成为一台加工中心;同时为实现高速切削,已将机床主轴的最高转速提高到24000r/min。
瑞士MIKROM公司的高速精密五轴加工中心的主轴最高转速为42000r/min,定位精度达5μm,已达到过去坐标镗床的精度。
从这两台机床的性能可以看出,现在的加工中心与高速切削机床之间已不再有严格的界限划分。
使用金刚石刀具的超精密切削技术超精密切削技术的进展金刚石刀具超精密切削技术是超精密加工技术的一个重要组成部份,不少国防尖端产品零件:如陀螺仪、各种平面及曲面反射镜和透镜、精密仪器仪表和大功率激光系统中的多种零件等:都需要利用金刚石超精密切削来加工。
使用单晶金刚石刀具在超精密机床上进行超精密切削,可以加工出光洁度极高的镜面。
超精密切削的切削厚度可极小,最小切削厚度可至1nm。
超精密切削使用的单晶金刚石刀具要求刃口极为锋锐,刃口半径在0.5,0.01μm。
因刃口半径甚小,过去对刃口的测量极为困难,现在已可用原子力显微镜:AFM:方便地进行测量。
精密与超精密加工技术
就目前的发展来说,先进制造技术可以定义为：
制造业不断吸收机械、电子、信息(计算机与通讯、 控制理论、人工智能等)、能源及现代系统管理等方面
的成果,并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管 理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程,以实现
优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多 变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总 称。
7
5.2.2 金刚石刀具超精密切削 1. 金刚石刀具超精密切削机理 金刚石刀具超精密切削是微细切削，切深一般小于晶格的尺寸，切削
就在晶格内进行。这时，切削力一定要超过晶体内部非常大的原子、 分子结合力，刀刃上所承受的剪切应力也急速地增加并变得非常大， 产生很大的热量，导致刀刃切削处的温度极高，因此要求刀具材料不 但具有高温强度和高温硬度（10000HV）性能，而且本身质地细密， 经过精细研磨，切削刃钝圆半径可达0.02~0.002 µm，表面粗糙度可以 很低，能够进行Ra 0.05~0.008 µm的镜面切削，达到比较理想的效果。 金刚石刀具超精密切削是在高速、小切深、小进给量下，以及高应力 和高温度下进行。由于切屑极薄，切速高，不会波及工件内层，因此 塑性变形小，同样可以获得高精度、低表面粗糙度的加工表面。
撑面、反射镜等需要高精度的场合，可 以达到表面粗糙度0.01µm。在可加工材 料上，包括塑性材料、有色金属、有机 玻璃、各种塑料制品、脆性材料，如硅、 锗、红外光学晶体。 金刚石超精密切削的一个典型代表是由 美国国防部高等研究计划局（DARPA） 投资，LLL实验室和空军Wright航空研 究所等单位合作研制的LODTM-大型光 学金刚石车床。该机床可以加工直径 1635 mm×500 mm，重1360 kg的大型 反射镜，如图5-1所示。
精密加工技术的研究与应用
精密加工技术的研究与应用1. 前言精密加工技术在当今制造业中具有非常重要的地位和作用。
近年来，国内外对精密加工技术的研究和应用越来越深入，涉及到的领域也越来越广泛。
本文将从加工技术、加工材料、加工设备等角度进行探讨，力求全面深入地介绍精密加工技术的研究和应用。
2. 精密加工技术的介绍精密加工技术是指在工件尺寸和形状精度、表面光洁度，甚至在物理、化学性质等方面要求很高的情况下，采用先进的加工方法和手段，对工件进行精细加工或微加工。
精密加工技术是制造业中的一个重要分支，其应用领域十分广泛，例如：微机电系统（MEMS）、半导体、LCD显示等显示器件、航空、航天等高科技行业中的精密零部件等制造。
精密加工技术包括传统的机械加工、化学加工、光学加工、电子束加工、激光加工等。
其中，激光加工是最具代表性的一种精密加工技术，具有高加工精度、工艺灵活、可对多种材料进行加工等优点，目前已成为精密加工领域中的热门技术。
3. 精密加工技术的应用3.1 微机电系统（MEMS）微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）是一种应用集成电路加工技术制作微机械结构和机电系统的技术，被广泛应用于传感器、微型电动机、光学器件、计量器等领域。
MEMS具有结构微小、功能强大、集成度高、响应速度快等特点，广泛应用于汽车、医疗设备、航空航天、家电、智能手机等领域。
精密加工技术在MEMS制造中具有重要作用，激光加工、电子束加工、光刻、微影、干法蚀刻、电化学蚀刻等是MEMS的常用加工方法。
在MEMS生产中，精密加工技术大量使用的同时，还需要具有较高的自动化程度、高性能的设备和高水平的工程技术人员。
3.2 半导体半导体是现代化学中的基础元素之一。
随着集成电路领域的快速发展，半导体产业已经成为世界各国争相发展的战略产业之一。
在半导体生产过程中，需要进行多次制造、修饰、刻蚀、涂布等处理过程，其中精密加工技术占据了非常重要的位置。
精密与超精密加工技术.ppt
2.2精密与超精密加工的主要方法
1、 ELID（Electrolytic In-Process Dressing）
金刚石砂轮
（铁纤维结合剂）
电源
电刷
冷却液
＋－
进给
冷却液
图2-8 ELID磨削原理
使用ELID磨削，冷却液为一种特殊电解液。通电后，砂 轮结合剂发生氧化，氧化层阻止电解进一步进行。在切削 力作用下，氧化层脱落，露出了新的锋利磨粒。由于电解 修锐连续进行，砂轮在整个磨削过程保持同一锋利状态。
Ra ＜0.02μm
雷达导波管 平面度垂直度误差 ＜ 0.1μm Ra ＜0.02μm
卫星仪表轴承 圆柱度误差 ＜0.01μm
Ra ＜0.002μm
天体望远镜 形状误差 ＜ 0.03μm
Ra ＜0.01μm
精密加工与超精密加工的发展（图2-1）
2.1 概 述
加工误差（μm）
102 101 100 10-1 10-2 10-3
1140 1020 640 720
2.2精密与超精密加工的主要方法
金刚石刀具
超精切削刀具材料：天然金刚石，人造单晶金刚石
金刚石的晶体结构：规整的单晶金刚石晶体有八面体、
十二面体和六面体，有三根4次对称轴，四根3次对称轴和
六根2次对称轴（图2-4）。
L4 （100）
L2
L3
（111）
（110）
与高新技术产品紧密结合 精密与超精密加工设备造价高，难成系列。常常针对某一 特定产品设计（如加工直径3m射电天文望远镜的超精密车 床，加工尺寸小于1mm微型零件的激光加工设备）。 与自动化技术联系紧密 广泛采用计算机控制、适应控制、再线检测与误差补偿技 术，以减小人的因素影响，保证加工质量。
精密加工工艺技术研究
精密加工工艺技术研究第一章绪论1.1 研究背景随着科技的不断发展，对于精密加工工艺技术的要求也在不断提高，尤其是在高端制造领域，表面粗糙度、形状和尺寸公差的精度都有着更高的要求。
因此，研究高效、高精度、高质量的加工工艺技术对于产业升级和发展具有十分重要的意义。
1.2 研究意义随着社会进步和科技发展的需要，精密加工工艺技术已经逐步成为当代工业发展的必备技术，是高技术制造中不可或缺的一项重要技术手段。
通过对精密加工工艺技术的研究，可以提高产品质量和生产效率，降低加工成本和提高工业品的附加值，具有显著的经济和社会效益。
1.3 研究内容本文将从以下几个方面对精密加工工艺技术的研究进行探讨：1.3.1 精密加工工具材料的分析和评估1.3.2 精密加工工艺的研究和优化1.3.3 精密加工设备和控制技术研究1.3.4 精密加工过程监测与控制技术研究1.3.5 精密加工应用案例的分析和评估第二章精密加工工具材料的分析和评估2.1 工具材料的种类和特性2.1.1 高速钢2.1.2 硬质合金2.1.3 陶瓷2.1.4 超硬材料2.2 工具材料的选择原则2.2.1 加工物料的性质2.2.2 加工工艺的特点2.2.3 工具的形状和尺寸2.3 工具材料的评估标准2.3.1 切削性能指标2.3.2 耐磨性能指标2.3.3 抗断裂性能指标第三章精密加工工艺的研究和优化3.1 精密加工的基本原理3.1.1 精密加工的概念和定义3.1.2 精密加工的加工方法3.1.3 精密加工的表面质量的概念和评价指标3.2 精密加工工艺的优化3.2.1 工艺参数的优化3.2.2 工艺流程的优化3.2.3 加工方案的优化3.3 精密加工加工后的表面处理3.3.1 表面处理的作用3.3.2 常用表面处理方法第四章精密加工设备和控制技术研究4.1 精密加工设备的发展4.1.1 精密加工机床的技术特点4.1.2 精密加工机床的分类4.1.3 精密机床的特点和适用范围4.2 精密加工设备的控制技术4.2.1 数控技术4.2.2 伺服控制技术4.2.3 智能控制技术4.3 精密加工的质量检测技术4.3.1 检测方法及原理4.3.2 检测指标及其评价方法第五章精密加工过程监测与控制技术研究5.1 精密加工过程监测技术5.1.1 监测技术的分类5.1.2 监测技术参数及其应用方法5.2 精密加工过程控制技术5.2.1 过程控制的作用5.2.2 过程控制方法和技术5.3 精密加工过程优化控制技术5.3.1 过程优化控制的目标5.3.2 过程优化控制的方法第六章精密加工应用案例的分析和评估6.1 微细加工案例6.1.1 微型机器人6.1.2 微制造器件6.2 精密加工在高端设备制造中的应用6.2.1 航空航天装备6.2.2 光学器件制造6.2.3 精密机械制造6.3 精密加工在医学领域的应用6.3.1 人造器官制造6.3.2 医疗器械制造第七章结论本文探讨了精密加工工艺技术的研究，分析了精密加工工具材料、工艺、设备和控制技术、过程监测与控制技术，以及应用案例等方面的内容。
超精密加工的环境条件与控制策略
超精密加工的环境条件与控制策略摘要：超精密加工是现代国家高新科技产业发展的前进基础和保障，是各个国家综合国力的象征，推动着国家高新制造产业的不断前进。
加工精度和效率的提高促进了超精密加工技术的向更高层面迈进，但是环境条件尤其是振动条件是影响超精密加工精度和效率的主要因素。
为了研究超精密加工中环境条件特别是振动环境的控制，本文主要研究超精密加工主要影响超精密加工的环境条件及其控制的策略；研究超精密加工中环境振动的分类和来源以及其对超精密加工的影响；研究超精密加工中控制环境振动所采用的技术和材料装置，并对其采用后的效果进行评估和相对应振动的分类。
通过对上述内容的研究，初步掌握环境振动对于超精密加工的影响，并对环境振动采取有效的隔振消振处理和探索，为超精密加工中的环境振动的控制提出合理有建设性意义的建议。
关键词：超精密加工；环境振动；隔振措施；消振措施1.1介绍超精密加工制造技术是当今高新科技工业发展的基本要素，同样也成为了将来制造科学前进的方向，在国际竞争中，超精密加工制造技术也是至关重要的高新顶尖技术步骤之一。
它综合运用了机械制造技术发展的最新的研究成果以及现代电子讯息技术、光学技术、现代测量和电脑技术等高新技术，是衡量一个国家科技水平和综合国力的重要依据，因此受到各个工业发达国家的高度重视。
从应用的角度来看，在关系国家安全和综合国力的行业如国防科技、探空技术、核子能、高新电子等高科技的高新技术领域中超精密加工及其制造的高精仪器起着相当重要的角色，在这些领域的使用中有探空火箭技术、高新仪器里的齿轮、人工智能机器等。
超精密加工的加工材料范围广泛，包括软金属、淬火钢、不锈钢、高速钢、硬质合金等较难加工的材料，也包括半导体、玻璃、陶瓷等硬脆非金属材料，不受材料外形的限制，使用的未来远景极为广[1]。
跟着现代加工制造技术和高新产业产品对产品的精度以及表面完整性的要求愈来愈高,超精密加工制造技术的重要性逐渐体现。
机械制造工艺学课件第7章 精密、超精密及微细加工工艺
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
➢ 精密、超精密磨削和磨料加工
超精密磨削和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，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：超精密砂轮磨削和超硬材 料微粉砂轮磨削、超精密砂带磨削、ELID 磨削、双 端面精密磨削以及电泳磨削等。
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
7.1 概述
现代制造业持续不断地致力于提高加工精度和加
工表面质量，主要目标是提高产品性能、质量和可靠性
，改善零件的互换性，提高装配效率。超精密加工技术
是精加工的重要手段，在提高机电产品的性能、质量和
发展高新技术方面都有着至关重要的作用，因此，该技
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
游离磨料类加工是指在加工时磨粒或微粉成游离状态，如研磨时的研磨 剂、抛光时的抛光液，其中的磨粒或微粉在加工时不是固结在一起的。 游离磨料加工的典型方法是超精密研磨与抛光加工。
① 超精密研磨技术
研磨是在被加工表面和研具之间置以游离磨料和润滑液，使被加工表面
和研具产生相对运动并加压，磨料产生切削、挤压作用，从而去除表面
7
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
② 超精密砂带磨削技术 随着砂带制作质量的迅速提高，砂带上砂粒的等高性和 微刃性较好，并采用带有一定弹性的接触轮材料，使砂 带磨削具有磨削、研磨和抛光的多重作用，从而可以达 到高精度和低表面粗糙度值。
砂带磨削机构示意图
8
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
③ ELID（电解在线修整）超精密镜面磨削技术
术是衡量一个国家先进制造技术水平的重要指标之一，