現(xiàn)代超精密加工技術(shù)(已修改)
2025-11-07 04:34 本頁面
【正文】 現(xiàn)代超精密加工技術(shù) 字體 : 小 中 大 | 打印 發(fā)布 : 2020319 10:53 作者 : webmaster 來源 : 本站原創(chuàng) 查看 : 50次 機(jī)械制造技 術(shù)從提高精度與生產(chǎn)率兩個(gè)方面同時(shí)迅速發(fā)展起來。在提高生產(chǎn)率方面，提高自動化程度是各國致力發(fā)展的方向，近年來，從 C N C 到 C I M S發(fā)展迅速，并且在一定范圍內(nèi)得到了應(yīng)用。從提高精度方面，從精密加工發(fā)展到超精密加工，這也是世界各主要發(fā)達(dá)國家致力發(fā)展的方向。其精度從微米到亞微米，乃至納米，其應(yīng)用范圍日趨廣泛，在高技術(shù)領(lǐng)域和軍用工業(yè)以及民用工業(yè)中都有廣泛應(yīng)用。如激光核聚變系統(tǒng)、超大規(guī)模集成電路、高密度磁盤、精密雷達(dá)、導(dǎo)彈火控系統(tǒng)、慣導(dǎo)級陀螺、精密機(jī)床、精密儀器、錄象機(jī)磁頭、復(fù)印機(jī)磁鼓、煤氣灶轉(zhuǎn)閥等都要采用超精 密加工技術(shù)。 它與當(dāng)代一些主要科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有密切的關(guān)系，是當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，超精密加工技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了機(jī)械、液壓、電子、半導(dǎo)體、光學(xué)、傳感器和測量技術(shù)以及材料科學(xué)的發(fā)展。 1 超精密加工技術(shù)概述 超精密加工目前就其質(zhì)來說是要實(shí)現(xiàn)以現(xiàn)有普通精密加工手段還達(dá)不到的高精度加工，就其量來說是要加工出亞微米乃至毫微米級的形狀與尺寸賴皮并獲得納米級的表面粗糙度，但究竟多少精度值才算得上超精密加工一段要視零件大小、復(fù)雜程度以及是否容易變形等因素而定。 超精密加工主要包括超精密切削 (車、銑 ) 超精密 磨削、超精密研磨 (機(jī)械研磨、機(jī)械化學(xué)研磨、研拋、非接觸式浮動研磨、彈性發(fā)射加工等 )以及超精密特種加工 (電子束、離子束以及激光束加工等 )。上述各種方法均能加工出普通精密加工所達(dá)不到的尺寸精度、形狀精度和表面質(zhì)量。每種超精密加工方法都是針對不同零件的要求而選擇的。 1． 1 超精密切削加工 超精密切削加工的特點(diǎn)是采用金剛石刀具。金剛石刀具與有色金屬親和力小，其硬度、耐磨性以及導(dǎo)熱性都非常優(yōu)越，且能刃磨得非常鋒利 (刃口圓弧半徑可小于 ρ0． 01 μm，實(shí)際應(yīng)用一般 ρ0， 05 μm) 可加工出優(yōu)于 Ra0． 01 μm的表面粗糙度。此外，超精密切削加工還采用了高精度的基礎(chǔ)元部件 (如空氣軸承、氣浮導(dǎo)軌等 )、高精度的定位檢測元件 (如光柵、激光檢測系統(tǒng)等 )以及高分辨率的微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)。機(jī)床本身采取恒溫、防振以及隔振等措施，還要有防止污染工件的裝置。機(jī)床必須安裝在潔凈室內(nèi)。進(jìn)行超精密切削加工的零件材料必須質(zhì)地均勻，沒有缺陷。在這種情況下加工無氧銅，表面粗糙度可達(dá)到 Ba0． 005μm，加工 φ800mm的非球面透鏡，形狀精度可達(dá) 0． 2／ μm。超精密加工技術(shù)在航空航天、光學(xué)及民用等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛 (見表 1) 并向更高精度等方向發(fā)展 (見表 2)。 1． 2 超精密磨削 超精密磨削技術(shù)是在一般精密磨削基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。超精密磨削不僅要提供鏡面級的表面粗糙度，還要保證獲得精確的幾何形狀和尺寸。為此，除要考慮各種工藝因素外，還必須有高精度、高剛度以及高阻尼特征的基準(zhǔn)部件，消除各種動態(tài)誤差的影響，并采取高精度檢測手段和補(bǔ)償手段。 目前超精密磨削的加工對象主要是玻璃、陶瓷等硬脆材料，磨削加工的目標(biāo)是范成 3—5nm的平滑表面，也就是通過磨削加工而不需拋光即可達(dá)到要求的表面粗糙度。作為納米級磨削加工，要求機(jī)床具有高精度及高剛度，脆性材料可進(jìn)行可延性磨削 (Ductile Grinding)。納米磨削技術(shù)對燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，特別是對要求高疲勞強(qiáng)度材料 (如飛機(jī)的噴氣發(fā)動機(jī)渦輪用的陶瓷材料 )的加工，是重要而有效的加工技術(shù)。 此外，砂輪的修整技術(shù)也相當(dāng)關(guān)鍵。盡管磨削比研磨更能有效地去除 物質(zhì)，但在磨削玻璃或陶瓷時(shí)很難獲得鏡面，主要是由于砂輪粒度太細(xì)時(shí)，砂輪表面容易被切屑堵塞。日本理化學(xué)研究所學(xué)者大森整博士發(fā)明的電解在線修整 (ELID)鑄鐵纖維結(jié)合劑(CIFB)砂輪技術(shù)可以很好地解決這個(gè)問題。 當(dāng)前的超精密磨削技術(shù)能加工出 0． 0 1μm圓度， O． 1μm尺寸精度和 Ra0． 005μm粗糙度的圓柱 形零件，平面超精密磨削能加工出 0． 03μm／ 100mm的平面。 1． 3 超精密研磨 超精密研磨包括機(jī)械研磨、化學(xué)機(jī)械研磨、浮動研磨、彈性發(fā)射加工以及磁力研磨等加工方法。超精密研磨加工出的球面不球度達(dá) 0． 025ttm，表面粗糙度達(dá) RaO． 003μm。利用彈性發(fā)射加工可加工出無變質(zhì)層的鏡面，粗糙度可達(dá) 5A。最高精度的超精密研磨可加工出平面度為 λ／ 200 的零件。超精密研磨的的關(guān)鍵條件是幾乎無振動的研磨運(yùn)動、精密的溫度控制、潔凈的環(huán)境以及細(xì)小而均勻的研磨劑。此外高精度檢測方法也比不可少。 1． 4 超精密特種加工 1． 4． 1 電子束加工 離子束加工是指在真空中將陰極 (電子槍 )不斷發(fā)射出來的負(fù)電子向正極加速，并聚焦成極細(xì)的、能量密度極高的束流，高速運(yùn)動的電子撞擊到工件表面，動能轉(zhuǎn)化為勢能，使材料熔化、氣化并在真空中被抽走?？刂齐娮邮膹?qiáng)弱和偏轉(zhuǎn)方向，配合工作臺 X Y方向的數(shù)控位移，可實(shí)現(xiàn)打孔、成型切割、刻蝕、光刻曝光等工藝。集成電路制造中廣泛采用波長比可見光短得多的電子束光刻曝光，所以可以達(dá)到高達(dá) 。 1． 4． 2 離子束加工 在真空將離子源產(chǎn)生的離子加速、聚焦使之撞擊工件表面。由于離 子是帶正電荷且質(zhì)量比電子大數(shù)千萬倍，加速以后可以獲得更大的動能，它是靠微觀的機(jī)械撞擊能量而不是靠動能轉(zhuǎn)化為熱能來加工的，可用于表面刻蝕、超凈清洗，實(shí)現(xiàn)原子、分子級的切削加工。 1． 4． 3 激光束加工 由激光發(fā)生
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