現(xiàn)代超精密加工技術(shù)(存儲版)
【正文】 使用稱為納米加工。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，為取得納米級的加工精度，需要亞納米級檢測系統(tǒng)與加工位置的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 ． 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原子的分辨率觀測物體的表面結(jié)構(gòu)，而且也為以單個原子為單位的納米級加工提供了理想途徑。 激光頻率分裂測長：激光頻率分裂的值與分裂元件的位移有關(guān)，通過測頻率測位移，精度己達到 1nm，進一步激光穩(wěn)頻可達 0． Olnm，測量范圍 150μm。 3 非球面曲面超精密加工技術(shù) 3． 1 概述 非球面光學(xué)零件是一種非常重要的光學(xué)零件，最常用的有拋物面鏡、雙曲面鏡、橢球面鏡等?？臻g探測用的哈勃宇宙望遠鏡中直徑 2． 4ln，重達卯 OK8 的大型非球面反射鏡采用了磨削、拋光加工，形狀精度可達 O． 01LLm。此外，還有非球面零件的特種加工技術(shù)如離子束拋光等。運用特種加工技術(shù)如離子束拋光、彈性發(fā)射加工等，可明顯提高加工表面質(zhì)量。其中開展研究工作較好的單位有北京密云機床研究所、中國航空精密機械研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中科院長春光機所應(yīng)用光學(xué)重點實驗室等。 (4)高精度數(shù)控系統(tǒng)的研究： (5)非球面曲面型面精度的在線測量裝置的研究： (6)可延性磨削裝置的研究 。 精密偶件制造技術(shù)的發(fā)展也是精密加工、超精密加工技術(shù)時發(fā)展過 程， 60 年代美國制成第一臺具有 0． 025μm的 進給分辨率、加工圓度到 O． 125μm的外圓磨床，精密偶件的加工逐漸步入了超精密加工范疇，隨后各種精密與超精密加工技術(shù)的發(fā)展使精密偶件的制造技術(shù)不斷發(fā)展。應(yīng)達到的技術(shù)指標(biāo)如下： 圓柱度： 0． 3——O． 5μm 球度： O． 05——O． 1μm 平面度： 0． 05——O． 1μm 尺寸精度： 0． 1——O． 5μm 粗糙度： 0． 01——O． 02μm 4． 2． 4 內(nèi)孔的金剛石及 CBN超硬磨料超精密研、珩技術(shù) 研究 進行超精密外因磨削工藝與 ELID 修整工藝的研究，使研珩工具的精度達到超精密水平，從而使加工零件達到更高水平以解決現(xiàn)在圓拄內(nèi)孔加工的技術(shù)難點。 。上述技術(shù)可直接用于工廠生產(chǎn)，如伺服伺服閥柱塞、慣導(dǎo)零件、振動筒等生產(chǎn)，可用于黑色金屬及其它高硬度材料的圓柱形偶件的加工。根據(jù)偶件的材料、精度、使用場合及批量的不同有各種加工方法。 (2)導(dǎo)軌及驅(qū)動裝置的研究 。工藝需要幾個月，重復(fù)性差，加工成本高，只適用于單件和極小批量的生產(chǎn)，僅能滿足研究所和學(xué)校的單件試制要求。荷蘭 PHILPHS公司于 1978 年研制成功了 CNC 超精密金剛石車床 COLATH，主要用于非球面塑料透鏡的加工，加工精度在 0． 5μm以下，表面粗 糙度 Ra O． 02μm。對于玻璃或塑料等，目前的加工方法主要是首先超精密加工其模具， 然后用成型的方法生產(chǎn)非球面曲面。在民用方面激光核聚變可以提供長期的、清潔的、經(jīng)濟的能源，生產(chǎn)廉價的核燃料。實現(xiàn)三維定位與控制，目前普遍采用壓電陶瓷致動器件，它在微米級的極小范圍內(nèi)通過控制系統(tǒng)能實現(xiàn)近似的三維驅(qū)動。頻率跟蹤 F—P標(biāo)準具：而基于 F—P標(biāo)準具的測量技術(shù)具有極高的 靈敏度和準確度，其精度可達到 10—3nm，但測量范圍僅為 O． 1μm，其受限于激光器的調(diào)頻范圍。 2． 3 納米測控技術(shù) 實現(xiàn)納米級加工離不開納米級的測量技術(shù)，而這二者都離不開控制技術(shù)，超高精度的定位技術(shù)是實現(xiàn)納米級控制的關(guān)鍵。 用 LIGA 技術(shù)可以制作各種微器件、微裝置，己研制成功或正在研制的 LIGA 產(chǎn)品有微傳感器、微電機、微機械零件、集成光學(xué)和微光學(xué)元件、微波元件、真空電子元件、微型醫(yī)療器械、納米技術(shù)元件及系統(tǒng)等。 2． 2． 2 能量束加工技術(shù) 能量束加工可以對被加工對象進行除、添加和表面處理等工藝，主要包括離子束加工、電子束加工和光束加工等，此外電解射流加工、電火花加工、電化學(xué)加工、分子束外延、物理和化學(xué)氣相淀積等也屬于能量束加工。 2． 2 納米加工技術(shù) 正如制造技術(shù)在當(dāng)今各領(lǐng)域所起的重要作用一樣，納米加工技術(shù)在納米技術(shù)的各領(lǐng)域中也起著關(guān)鍵作用。利用這項技術(shù)可以把傳感器、動作器和數(shù)據(jù)處理采集裝置集成在一塊普通的基片上。納米技術(shù)是面向 21 世紀的一項重要技術(shù)，有著廣闊的軍民兩用前景。常用于鏡面拋光、精密減薄 以及一些需要無應(yīng)力加工的場合。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，所以可以達到高達 。 1． 3 超精密研磨 超精密研磨包括機械研磨、化學(xué)機械研磨、浮動研磨、彈性發(fā)射加工以及磁力研磨等加工方法。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償手段。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給機構(gòu)。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、導(dǎo)彈火控系統(tǒng)、慣導(dǎo)級陀螺、精密機床、精密儀器、錄象機磁頭、復(fù)印機磁鼓、煤氣灶轉(zhuǎn)閥等都要采用超精 密加工技術(shù)。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。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
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