超精密加工技術(shù)ppt課件-免費閱讀
【正文】 圖 37 STM針尖 三、 納米技術(shù) （ 2） 隧道電流反饋控制 （ 圖 38） 三、 納米技術(shù) 計算機(jī) 差分比較 積分放大 比例放大 高壓放大 A/D XYZ控制信號 設(shè)定電壓 前置放大 對數(shù)放大 （線性化） 探針 壓電陶瓷 試件 圖 38 隧道電流反饋控制系統(tǒng)原理框圖 D/A （ 3） 納米級掃描運動 —— 壓電陶瓷掃描管 （ 圖 39） （ 4）信號采集與數(shù)據(jù)處理 —— 由軟件完成。 三、 納米技術(shù) STM 圖 32 STM工作過程演示 圖 31 STM實物照片 三、 納米技術(shù) 通過掃描隧道顯微鏡操縱氙原子用 35個原子排出的 “ IBM” 字樣 石墨三維圖像 三、 納米技術(shù) 圖 33 用 STM移動分子組成的 IBM字樣 圖 34 用 STM觀察 石墨原子排列 ? 當(dāng)探針與試件表面距離達(dá) 1nm時 ， 形成隧道結(jié) （ 圖 35） 。 ◆ 在達(dá)到納米層次后 ， 決非幾何上的 “ 相似縮小 ” ， 而出現(xiàn)一系列新現(xiàn)象和規(guī)律 。 ◎ 運動精度高 。 ? 旋轉(zhuǎn)軸采用編碼器半閉環(huán)控制 ， 直線軸則采用激光全息式全閉環(huán)控制 。 ?高的定位精度和重復(fù)定位精度 ， 高平穩(wěn)性的進(jìn)給運動 。 ? 微切削機(jī)理 —— 切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行 ， 切削力要超過晶體內(nèi)分子 、 原子間的結(jié)合力 ， 單位面積切削阻力急劇增大 。 圖 16 激光掃描尺寸計量系統(tǒng) ? 激光高速掃描尺寸計量系統(tǒng)（圖 16） 一、 精密與超精密加工技術(shù) 圖 18 雙頻激光測量系統(tǒng) 一、 精密與超精密加工技術(shù) ◆ 恒溫 —— 要求 ： 177。 ? 機(jī)理：微切削作用 。 ?有開式 （ 圖 9） 和閉式兩種形式 ， 可磨削平面 、 內(nèi)外圓表面 、 曲面等 （ 圖11） 。 圖 3 T形布局的金剛石車床 X軸滑臺主軸刀架光路護(hù)罩基座z軸滑臺周緣護(hù)板? T形布局（圖 3） 一、 精密與超精密加工技術(shù) ? 金剛石車床主要性能指標(biāo)（表 3） 數(shù)控系統(tǒng)分辯率 /μm 400 200 5000～ 10000 5000 0. 1～ ≤0. 2/100 ≤0. 1 ≤0. 1 ≤1/150 ≤2/100 徑向 1140 軸向 1020 640 720 最大車削直徑和長度 /mm 最高轉(zhuǎn)速 r/mm 最大進(jìn)給速度 mm /min 重復(fù)精度 (177。 ◆ 形成綜合制造工藝 廣泛采用計算機(jī)控制 、 適應(yīng)控制 、 再線檢測與誤差補償技術(shù) ， 以減小人的因素影響 ， 保證加工質(zhì)量 。 超精密加工 —— 在一定的發(fā)展時期 ， 加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到最高程度的加工工藝 。 ◆ “ 進(jìn)化”加工原則 背吃刀量小于晶粒大小 ， 切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行 ， 與傳統(tǒng)切削機(jī)理完全不同 。 ◆ 關(guān)鍵技術(shù) 圖 2 Moore金剛石車床 回轉(zhuǎn)工作臺 工件 刀具 主軸 傳動帶 主軸電機(jī) 空氣墊 刀具夾持器 ?如美國 Moore公司 M18AG金剛石車床 ， 主軸采用空氣靜壓軸承 ，轉(zhuǎn)速 5000轉(zhuǎn) /分 ， 徑跳＜；液體靜壓導(dǎo)軌 ，直線度達(dá) ；數(shù)控系統(tǒng)分辨率 μ。 由于電解修銳連續(xù)進(jìn)行 ， 砂輪在整個磨削過程保持同一鋒利狀態(tài) 。 磨粒 規(guī)格涂層 粘接劑 基帶 圖 12 靜電植砂砂帶結(jié)構(gòu) 2） 靜電植砂 ， 磨粒有方向性 ， 尖端向上 （ 圖 12） ， 摩擦生熱小 ， 磨屑不易堵塞砂輪 ， 磨削性能好 。 ? 激光測量精度目前可達(dá) 。 ? 超微細(xì)加工 —— 通常指 1μm以下超微細(xì)尺寸零件的加工 ， 其加工誤差為 ～ 。 微細(xì)機(jī)械 加工 圖 19 單晶金剛石銑刀刀頭形狀 二、微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù) ?微小位移機(jī)構(gòu) ， 微量移動應(yīng)可小至幾十個納米 。 ?具有刀具破損檢測的監(jiān)控系統(tǒng) 。 ? 特點： ◎ 結(jié)構(gòu)簡單 ， 運行可靠 ， 傳動效率高 。 ～177。 ?A? STM工作原理基于量子力學(xué)的隧道效應(yīng) 。此種測量模式隧道電流對隧道間隙的敏感性轉(zhuǎn)移到反饋電路驅(qū)動電壓與位移之間的關(guān)系上 ， 避免了非線性 ， 提高了測量精度和測量范圍 。 壓電陶瓷掃描管結(jié)構(gòu)見圖 39 a ，其工作原理見圖 39b。 φ1 φ2 d 試件 STM探針 Ub 圖 35 STM隧道結(jié) 三、 納米技術(shù) ? 兩種測量模式 （ 2） 恒電流測量模式 （ 圖 36b） ：探針在試件表面掃描 ， 使用反饋電路驅(qū)動探針 ， 使探針與試件表面之間距離 （ 隧道間隙 ） 不變 。 三、 納米技術(shù) ? 掃描隧道顯微測量 （ STM, Scanning Tunneling Microscope ） ? 掃描隧道顯微鏡 1981年由在 IBM瑞士蘇黎世實驗室工作的 和 發(fā)明 ， 可用于觀察物體 級的表面形貌 。 2～177。 ◎ 磁致伸縮材料 （ 如某些強(qiáng)磁材料 ） —— 磁場作用引起晶體發(fā)生應(yīng)變 。 ?高的主軸轉(zhuǎn)速及動平衡 。銑刀的回轉(zhuǎn)半徑 （ 可小到 5μm） 靠刀尖相對于回轉(zhuǎn)軸線的偏移來得到 。 10%～ 177。 ★ 液體動力拋光 ★ 機(jī)械化學(xué)拋光 拋光工具 活性 拋光液 圖 15 機(jī)械化學(xué)拋光 小間隙 工件 工具運動方向 加壓 一、 精密與超精密加工技術(shù)
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