現(xiàn)代超精密加工技術(shù)-全文預(yù)覽
【正文】 種非常重要的光學(xué)零件，最常用的有拋物面鏡、雙曲面鏡、橢球面鏡等。目前用一個(gè)執(zhí)行元件來(lái)實(shí)現(xiàn)大范圍的納米級(jí)定位是比較困難的。激光頻率分裂測(cè)長(zhǎng)：激光頻率分裂的值與分裂元件的位移有關(guān)，通過(guò)測(cè)頻率測(cè)位移，精度己達(dá)到 1nm，進(jìn)一步激光穩(wěn)頻可達(dá) 0． Olnm，測(cè)量范圍 150μm。測(cè)量范圍可達(dá) 200μm。 一般隧道電流通過(guò)探針尖端的一個(gè)原子，因而其橫向分辨率為原于級(jí)。 ． 4 掃描隧道顯微鏡 ( STM)技術(shù) C． binning 和 H． Robrer 發(fā)明的掃描隧道顯微鏡不但使人們可以以單個(gè)原子的分辨率觀測(cè)物體的表面結(jié)構(gòu)，而且也為以單個(gè)原子為單位的納米級(jí)加工提供了理想途徑。 (2)可以制作高度達(dá)數(shù)百微米至一千微米，高度比 大于 200 的三維立體微結(jié)構(gòu)。與固體工具切削加工相比，離子束加工的位置和加工速率難以確定，為取得納米級(jí)的加工精度，需要亞納米級(jí)檢測(cè)系統(tǒng)與加工位置的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 2． 2． 1 超精密機(jī)械加工技術(shù) 超精密機(jī)械加工方法有單點(diǎn)金剛石和 CBN超精密切削、金剛石和 CBN超精密磨削等多點(diǎn)磨料加工，以及研磨、拋光、彈性發(fā)射加工等自由磨料加工或機(jī)械化學(xué)復(fù)合加工等。關(guān)于納米加工技術(shù)目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義，尺寸為納米級(jí) (＜ 10 納米 )的材料的加工和使用稱為納米加工。 利用納米粒子的催化特性、極大的化學(xué)活性、 極大的表面積、優(yōu)異的電磁特性、光學(xué)特性等可以制造具有奇異功能的產(chǎn)品，如抗紫外線、抗可見光、抗紅外線、抗電磁等的功能織物。 具有亞 微米特點(diǎn)的 ASIM會(huì)使亞毫米器件降低研制與試驗(yàn)費(fèi)用、縮小體積、減輕重量，同時(shí)還可以降低對(duì)電源和溫控的要求，降低對(duì)振動(dòng)的靈敏性和通過(guò)冗余提高可靠性。在軍事主要有以下：有害化學(xué)戰(zhàn)劑 報(bào)警傳感器、敵我識(shí)別、靈巧蒙皮、分布式戰(zhàn)場(chǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)、微機(jī)器人電子失能系統(tǒng)、昆蟲平臺(tái)等應(yīng)用。 2． 1． 1 微型機(jī)電系統(tǒng) ( microelectron—mechanical systems， MEMS) 10 年前，人們意識(shí)到用半導(dǎo)體批量制造技術(shù)可以生產(chǎn)許多宏觀機(jī)械系統(tǒng)的微米尺度的樣機(jī)后，就在小型機(jī)械制造領(lǐng)域開始了新的研究，這導(dǎo)致了微型機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)的出現(xiàn)，如微米尺度的各類傳感器以及各種閥門等。隨著納米技術(shù)的發(fā)展。 2 納米技術(shù) (Nanotechnology) 2． 1 概述 隨著生物、環(huán)境控制、醫(yī)學(xué)、航空、航天、精確制導(dǎo)彈藥、靈巧武器、先進(jìn)情報(bào)傳感器以及數(shù)據(jù)通訊等的不斷發(fā)展，在結(jié)構(gòu)裝置微小型化方面不斷提出更新、更高的要求。加工過(guò)程中工具與工件間沒有 宏觀的切削力，只要精密地控制單個(gè)脈沖放電能量并配合精密微量進(jìn)給就可實(shí)現(xiàn)極微細(xì)的金屬材料的去除，可加工微細(xì)軸、孔、窄縫、平面以及曲面等。由于離 子是帶正電荷且質(zhì)量比電子大數(shù)千萬(wàn)倍，加速以后可以獲得更大的動(dòng)能，它是靠微觀的機(jī)械撞擊能量而不是靠動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能來(lái)加工的，可用于表面刻蝕、超凈清洗，實(shí)現(xiàn)原子、分子級(jí)的切削加工。 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(lái)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(dòng)的電子撞擊到工件表面，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，使材料熔化、氣化并在真空中被抽走。利用彈性發(fā)射加工可加工出無(wú)變質(zhì)層的鏡面，粗糙度可達(dá) 5A。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(wèn)題。作為納米級(jí)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)。 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(lái)的。機(jī)床必須安裝在潔凈室內(nèi)。 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。 1 超精密加工技術(shù)概述 超精密加工目前就其質(zhì)來(lái)說(shuō)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(lái)說(shuō)是要加工出亞微米乃至毫微米級(jí)的形狀與尺寸賴皮并獲得納米級(jí)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。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(guó)家致力發(fā)展的方向。在提高生產(chǎn)率方面，提高自動(dòng)化程度是各國(guó)致力發(fā)展的方向，近年來(lái)，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。 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(cè)量技術(shù)以及材料科學(xué)的發(fā)展。每種超精密加工方法都是針對(duì)不同零件的要求而選擇的。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。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)。 目前超精密磨削的加工對(duì)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(guò)磨削加工而不需拋光即可達(dá)到要求的表面粗糙度。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。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。此外高精度檢測(cè)方法也比不可少。 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。 1． 4． 4 微細(xì)電火花加工 電火花加工是指在絕緣的工作液中通過(guò)工具電極和工件間脈沖火花放電產(chǎn)生的瞬時(shí)局部高溫
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