【正文】 誤差研究的意義人類為了認(rèn)識(shí)自然與改造自然，需要不斷地對(duì)自然界的各種現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)量和研究，由于實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不完善，周圍環(huán)境的影響，以及受人們認(rèn)識(shí)能力所限等，測(cè)量和實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)和被測(cè)量的真值之間，不可避免地存在著差異，這在數(shù)值上即表現(xiàn)為誤差。隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和人們認(rèn)識(shí)水平的不斷提高，雖可將誤差控制的愈來(lái)愈小，但終究不能完全消除它。誤差存在的必然性和普遍性，已為大量實(shí)踐所證明，為了充分認(rèn)識(shí)并進(jìn)而減小或消除誤差，必須對(duì)測(cè)量過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中始終存在著的誤差進(jìn)行研究。研究誤差的意義為：（1） 正確認(rèn)識(shí)誤差的性質(zhì)，分析誤差產(chǎn)生的原因，以消除誤差。（2） 正確處理測(cè)量和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，合理計(jì)算所的結(jié)果，以便在一定條件下得到更接近于真值的數(shù)據(jù)。（3） 正確組織實(shí)驗(yàn)過(guò)程，合理設(shè)計(jì)儀器或選用儀器和測(cè)量方法，以便在最經(jīng)濟(jì)條件下，得到理想的結(jié)果。 誤差的來(lái)源和傳遞規(guī)律機(jī)床的內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈中各個(gè)傳動(dòng)件存在一定的誤差，包括傳動(dòng)件的制造和裝配誤差，因受力和溫度的變化而產(chǎn)生的誤差等，要完全的消除這些誤差是不經(jīng)濟(jì)的，也是不可能的。因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候要采取一定的措施來(lái)減小這些誤差。（1） 誤差的來(lái)源在機(jī)床的傳動(dòng)鏈中，傳動(dòng)誤差主要的來(lái)自齒輪，蝸輪蝸桿以及絲杠螺母等傳動(dòng)件的制造和裝配誤差。相對(duì)于我所設(shè)計(jì)的機(jī)床來(lái)說(shuō)，沒(méi)有用到齒輪和蝸輪蝸桿等傳動(dòng)部件，主要是絲杠螺母副，因此傳動(dòng)誤差主要的來(lái)自絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。絲杠的螺距誤差和軸向躥動(dòng)，都會(huì)以直線誤差的形式傳遞給螺母，最終反映到被加工的工件上面。由于梯形螺紋的徑向跳動(dòng)，最終傳遞給絲杠螺母的軸向線值誤差為： 式中：螺紋的半角。滾珠絲杠螺母副的誤差可以通過(guò)上式來(lái)計(jì)算獲得。傳動(dòng)的總誤差是同時(shí)存在多項(xiàng)獨(dú)立的誤差，既有制造誤差又有裝配誤差，根據(jù)統(tǒng)計(jì)概率論的原理，設(shè)誤差為正態(tài)分布，則其總誤差可近似取為均方根值，可以用下式來(lái)計(jì)算： 式中：，等為各個(gè)獨(dú)立的誤差。（2） 誤差的傳遞規(guī)律在傳動(dòng)鏈中，個(gè)個(gè)傳動(dòng)件的誤差不僅在一對(duì)傳動(dòng)副之間相互傳遞，而是在整個(gè)的傳動(dòng)鏈中依次傳遞，最終反映到末端件上，使工件的質(zhì)量受到影響。由于傳動(dòng)鏈?zhǔn)怯扇舾蓚€(gè)傳動(dòng)件所組成的，所以每一傳動(dòng)件的誤差都將傳遞到末端件上，而引起誤差或。根據(jù)概率論原理，假定誤差正態(tài)分布，則從傳動(dòng)件到末端件之間的各動(dòng)件傳遞到末端件的總的誤差為或，可以用均方根誤差表示為： 由上式可見(jiàn)，應(yīng) 1時(shí)，傳動(dòng)件的誤差將通過(guò)傳遞過(guò)程減小。又因?yàn)椋? 所以，傳動(dòng)鏈中后面的傳動(dòng)副的傳動(dòng)比，將對(duì)前面的各傳動(dòng)件的誤差起傳遞作用。如果把越靠近末端的的傳動(dòng)副的傳動(dòng)比安排的越小，對(duì)減小其前面各傳動(dòng)件的誤差影響越明顯，這樣就可以有效的減小傳遞到末端件的總誤差，也就可以提高加工工件的質(zhì)量。下面以導(dǎo)軌的安裝誤差來(lái)說(shuō)明其對(duì)機(jī)床精度的影響。導(dǎo)軌是機(jī)床中確定主要部件的相對(duì)位置精度的機(jī)組基準(zhǔn)，也是運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)，它的各項(xiàng)誤差直接的影響被加工工件的精度。但對(duì)于我所設(shè)計(jì)的該簡(jiǎn)單的數(shù)控水射流切割機(jī)床來(lái)說(shuō)，它的影響不是非常的明顯。因?yàn)樗募庸し秶幌抻谄矫姘宀牡那懈睢?dǎo)軌在安裝時(shí)主要的考慮以下三個(gè)方面的精度：1. 導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度。2. 導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度。3. 兩條導(dǎo)軌之間的平行度。由于我所設(shè)計(jì)的機(jī)床為數(shù)控水射流切割機(jī)床，沒(méi)有切削力的影響，只能加工平面板材，對(duì)于橫向?qū)к壴诖怪逼矫鎯?nèi)的平行度誤差不會(huì)對(duì)工件的加工產(chǎn)生影響；然而導(dǎo)軌在水平面的誤差來(lái)說(shuō)，它影響了工件的加工質(zhì)量，當(dāng)導(dǎo)軌內(nèi)凹的時(shí)候，在切割的時(shí)候，切縫不再是直線，而是影響了水射流頭的位置，使得切縫變成了鼓形，而當(dāng)機(jī)床的導(dǎo)軌在水平面突出的時(shí)候，也會(huì)使得水射流頭的位置在移動(dòng)的過(guò)程中發(fā)生變動(dòng)，使得加工的工件的邊緣不再是直線形狀，而是變?yōu)榱笋R鞍形。同樣，相對(duì)于垂直方向的導(dǎo)軌，則它在垂直面內(nèi)的誤差會(huì)影響工件的加工質(zhì)量。影響的情況同橫向?qū)к壍挠绊憽?提高傳動(dòng)精度減小傳動(dòng)誤差的措施有上面的分析可以知道，減小傳動(dòng)誤差，提高傳動(dòng)精度可以采取以下的措施：1. 縮短傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)時(shí)一定要減少傳動(dòng)件的數(shù)目，以減少誤差的來(lái)源。2. 合理的分配傳動(dòng)副的傳動(dòng)比根據(jù)以上的分析，有誤差的傳遞規(guī)律可知，傳動(dòng)鏈采用降比傳動(dòng)的原則。在傳遞直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，末端一般采用絲杠螺母副。3. 合理的選擇傳動(dòng)件應(yīng)采用傳動(dòng)準(zhǔn)確的傳動(dòng)副。4. 合理的確定傳動(dòng)副的精度。由于末端傳動(dòng)件對(duì)加工質(zhì)量的影響比較大，因此在選用末端的傳動(dòng)件是要比起以前的傳動(dòng)件高1—2級(jí)。 下面以滾動(dòng)軸承的安裝方法以提高絲杠的旋轉(zhuǎn)精度為例，來(lái)說(shuō)明減小安裝誤差措施在安裝時(shí)的應(yīng)用。滾動(dòng)軸承中各元件的精度和表面粗糙度，如內(nèi)圈，和外圈的滾道圓度，波紋度，滾動(dòng)體直徑的差異和形狀的差異等對(duì)絲杠的旋轉(zhuǎn)精度很大。特別是滾動(dòng)軸承的形狀誤差會(huì)直接反映到工件上，提高旋轉(zhuǎn)精度可以減小機(jī)床的震動(dòng)和噪音。同樣的軸承，采用合理的選配安裝方法，就可以提高絲杠的旋轉(zhuǎn)精度，如下圖所示：絲杠的中心為, 相對(duì)的安裝在絲杠軸頸上的軸承的內(nèi)圈內(nèi)孔偏心量為，它相對(duì)于內(nèi)圈滾道的中心的偏心量為，裝配后，絲杠組件旋轉(zhuǎn)中心為。若兩個(gè)偏心的方向相同，則滾珠絲杠的中心的偏心量為：。 若為相反的方向，則偏心量為：，故從上面的式子可以看出后者的絲杠的旋轉(zhuǎn)精度要比前者高。 (a) (b)減小絲杠的軸端的跳動(dòng)量，要合理的選配前后軸承。如下圖所示，前后軸承的偏心量分別為：，絲杠的偏心量為：利用相似三角形的關(guān)系，可得， 既 可見(jiàn)，,絲杠軸端的徑向跳動(dòng)增大。若，位于絲杠軸線的同側(cè)，則根據(jù)相同的原理可以得到： 既 可見(jiàn)，當(dāng)〉時(shí)， ,軸端的徑向跳動(dòng)減小。如果選擇，則可使。這樣可以裝配出高旋轉(zhuǎn)精度的滾珠絲杠。減小裝配的誤差，提高裝配的精度，降低機(jī)床的震動(dòng)和噪音。第6章 機(jī)床的維護(hù)與潤(rùn)滑由于機(jī)床在使用過(guò)程中所處的環(huán)境，在使用的過(guò)程中難免有磨損和灰塵的附著，對(duì)于機(jī)床的重要的部件來(lái)說(shuō)，損害是非常大的，為了保持機(jī)床的加工精度，必須對(duì)機(jī)床進(jìn)行維護(hù)和潤(rùn)滑。 軸承的潤(rùn)滑與防護(hù)軸承是保證旋轉(zhuǎn)精度的重要的支撐部件，在實(shí)用的過(guò)程中一定要注意對(duì)軸承進(jìn)行防護(hù)與潤(rùn)滑。滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑主要的作用是降低摩擦阻力，減輕磨損，散熱，吸振與緩蝕。軸承的主要的潤(rùn)滑方式為：稀油潤(rùn)滑和油脂潤(rùn)滑，由于我所設(shè)計(jì)機(jī)床的轉(zhuǎn)速比較低，載荷不大，溫升也不高，并且沒(méi)有油池，因此采用油脂潤(rùn)滑。采用油脂潤(rùn)滑可以承受較大的載荷，并且不易流失，還可以防塵和防潮以及其他雜物的入侵。但是采用油脂潤(rùn)滑功率損失比較大。注意在采用油脂潤(rùn)滑的時(shí)候，潤(rùn)滑油脂的填充量不要超過(guò)軸承與軸承座空間的1/3—1/2，否則，軸承就會(huì)容易過(guò)熱。還要注意的一點(diǎn)是，雖然油脂潤(rùn)滑，油脂不易流失，但比不過(guò)不等于軸承可以長(zhǎng)時(shí)間的不加潤(rùn)滑脂，這是一個(gè)錯(cuò)誤的觀念，軸承要每個(gè)一段時(shí)間添加潤(rùn)滑脂。由于油脂不易流失，可以時(shí)間價(jià)格長(zhǎng)一點(diǎn)。但不是不潤(rùn)滑。導(dǎo)軌同樣是機(jī)床的重要的導(dǎo)向部件，它保證移動(dòng)部件的直線移動(dòng)精度，一定要注意導(dǎo)軌的保護(hù)與潤(rùn)滑。導(dǎo)軌如果不注意潤(rùn)滑與防滑，就會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)軌的磨損，就會(huì)致使加工精度的下降。導(dǎo)軌的磨損有三種形式：，改種磨損的形式主要的是如花不夠，導(dǎo)致在運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的處于混合磨擦的狀態(tài)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的從部件之間雖然有油膜，但油膜不足以把兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的部件隔開(kāi)，就會(huì)發(fā)生改種磨損。2. 咬合磨損，改種磨損是導(dǎo)軌面上磨擦熱使表面溫度可以達(dá)到金屬熔化的程度，潤(rùn)滑脂有吸熱的作用，可以防止改種潤(rùn)滑。為了防止灰塵顆粒以及粉粒落入導(dǎo)軌面上，加速導(dǎo)軌的磨損，因此，要可能的在導(dǎo)軌上面安裝防護(hù)罩?；蛘呤遣捎糜椭瑵?rùn)滑，導(dǎo)軌面進(jìn)行潤(rùn)滑后，可以降低磨擦系數(shù)，減少磨損。因此，導(dǎo)軌也要定期的進(jìn)行潤(rùn)滑。防止其磨損對(duì)加工精度造成影響。 滾珠絲杠的防護(hù)與潤(rùn)滑同樣，滾珠絲杠也需要進(jìn)行潤(rùn)滑，滾珠絲杠是主要傳動(dòng)部件。如果滾，珠絲杠磨損，會(huì)導(dǎo)致絲杠的螺距變化，傳動(dòng)不平穩(wěn)，直接的影響加工的質(zhì)量。在我設(shè)計(jì)的機(jī)床中，滾珠絲杠采用油脂潤(rùn)滑，因?yàn)橛椭灰琢魇?，可以保持很長(zhǎng)時(shí)間的潤(rùn)滑。還可以防止灰塵的落入，導(dǎo)致磨損。因此，一定要注意絲杠螺母的潤(rùn)滑。結(jié) 論這次我所設(shè)計(jì)的數(shù)控水射流切割機(jī)床是一種最簡(jiǎn)單的水射流加工機(jī)床，它只能切割最簡(jiǎn)單的平面板材，它采用龍門式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，機(jī)架不易變形。該機(jī)床具有兩個(gè)方向的進(jìn)給系統(tǒng)，一個(gè)為縱向進(jìn)給，一個(gè)為橫向進(jìn)給，兩個(gè)方向的進(jìn)給都是有機(jī)架的橫梁部分來(lái)完成的影響切割質(zhì)量的要度為：1 .水射流的模式是衡量切削質(zhì)量的重要的指標(biāo)之一。2. 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性也是對(duì)機(jī)床加工精度影響的一個(gè)重要因素。3. 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)良好的驅(qū)動(dòng)硬件可以保證完美的切割質(zhì)量，確保機(jī)床的剛性。4. 高度跟蹤系統(tǒng)分為接觸式和非接觸式。接觸式用探針實(shí)現(xiàn)高度的跟蹤，在切割的過(guò)程中對(duì)工件有一定的劃傷。而非接觸式高度跟蹤系統(tǒng)采用電容式傳感器實(shí)現(xiàn)高度追蹤和調(diào)節(jié)。有待進(jìn)一步的提出新興的高度跟蹤系統(tǒng)，進(jìn)一步的完善水射流切割機(jī)床。由于所學(xué)的知識(shí)比較淺，還沒(méi)有能力去解決這些問(wèn)題。我相信在不久的將來(lái)這些問(wèn)題一定會(huì)得到解決，使我國(guó)的水射流技術(shù)應(yīng)用更加的廣泛，我國(guó)的水射流加工會(huì)更上一層樓。參考文獻(xiàn)1. ：機(jī)械工業(yè)出版社，20032. ：機(jī)械工業(yè)出版社，3. ：機(jī)械工業(yè)出版社，4. ：機(jī)械工業(yè)出版社，5. ：機(jī)械工業(yè)出版社，19986. ：化學(xué)工業(yè)出版社，19947. ：化學(xué)工業(yè)出版社，20048. 顧熙棠 遲建山 胡寶珍 （下冊(cè)）.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，9. ：機(jī)械工業(yè)出版社，200010. （第三冊(cè)）11. （第二版）.北京：高等教育出版社，12. ：機(jī)械工業(yè)出版社，13. ：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，14. ：國(guó)防工業(yè)大學(xué)，200315. ：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999等。附錄1 英文翻譯水射流與激光結(jié)合加工在半導(dǎo)體中的應(yīng)用P. Ogawa, D. Perrottet， F. Wagner， R. Housh， B. Richerzhagen** SA， Ch Synova. delaDentd’Oche， CH1024 Ecublens，瑞士電子郵件： richerzhagen@摘要最近幾年，半導(dǎo)體晶圓已經(jīng)占據(jù)了市場(chǎng)的很大一部分，它在復(fù)合材料的生產(chǎn)中超過(guò)其他硅產(chǎn)品的知名度。由于這些III/V 半導(dǎo)體材料的加工工藝要求高，因此產(chǎn)生了許多與傳統(tǒng)加工不同的加工工藝和方法。不同的切割方法之間存在著顯著差異。在傳統(tǒng)切割中， 由于存在嚴(yán)重的熱損失，使工件的切口處產(chǎn)生結(jié)晶體。 現(xiàn)在，有了讓人滿意的解決方法與激光微射流（ lmj ）這一成果 ，一個(gè)革命性耦合激光和水射流的技術(shù)。這是一種比其他加工方法更快捷和清潔的加工方法，并且能產(chǎn)生很高的加工精度。此外，它可以切割任意的形狀，這在其他傳統(tǒng)加工方法中是不可能的。最后，安全問(wèn)題不應(yīng)該忘記。事實(shí)上，由于融入了水射流，在加工過(guò)程的檢測(cè)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生有毒氣體。關(guān)鍵詞：激光切割，水射流引導(dǎo)激光，砷化鎵，化合物半導(dǎo)體。硅占半導(dǎo)體晶圓市場(chǎng)已經(jīng)超過(guò)三十年。然而，持續(xù)的要求，更高的速度和增加小型化帶動(dòng)無(wú)線電和寬帶通訊行業(yè)的發(fā)展，使III/V半導(dǎo)體材料，如砷化鎵（ GaAs ）的和磷化銦（ InP） 的需求量增大。事實(shí)上，這些材料的電學(xué)性比純硅更具有優(yōu)勢(shì)，它們?cè)诟哳l率的運(yùn)作，改善信號(hào)接收效果，更好的處理信號(hào)在擁擠的頻帶，和增大大的功率效率更有優(yōu)勢(shì)。根據(jù)“IC 的洞察”的市場(chǎng)研究（公司總部設(shè)在斯科茨代爾，亞利桑那州），在2002年占市場(chǎng)87 ％的份額的化合物半導(dǎo)體集成電路仍然主要是基于砷化鎵。半導(dǎo)體市場(chǎng)已經(jīng)把他們生產(chǎn)的產(chǎn)品定在這個(gè)方向。 “IC 的洞察”調(diào)查，在2002年到2007年化合物半導(dǎo)體每年平均的增長(zhǎng)率為22%。相較之下，比同一時(shí)期的IC市場(chǎng)增長(zhǎng)率為10 ％ 。 “IC 的洞察”預(yù)測(cè)增長(zhǎng)強(qiáng)勁，在隨后的歲月，與不斷擴(kuò)大到2007年，當(dāng)市場(chǎng)將會(huì)擴(kuò)大一倍以上。今天，砷化鎵市場(chǎng)已不再被認(rèn)為是為特定盈利市場(chǎng)。最重要的應(yīng)用不光是無(wú)線通信業(yè)，砷化鎵是揭示了它的潛力在光電電子應(yīng)用在軍事，醫(yī)療，特別是LED照明領(lǐng)域。標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)技術(shù)仍然需要變得更加適應(yīng)這一新的高增長(zhǎng)的市場(chǎng)。減少芯片尺寸低于500um的規(guī)定，使用更薄的晶圓比100um的，縮小晶圓厚度也有其優(yōu)點(diǎn)，可以降低其溫度梯度。由于砷化鎵是非常脆弱，改善方法是用樹(shù)脂葉片。這需要提高切削速度和質(zhì)量。此外，考慮制造晶圓的切割過(guò)程是精密的，這需要使用新的切割方法，達(dá)到高生產(chǎn)率。此外，砷化鎵的價(jià)格昂貴也是需要考慮的。另一個(gè)不如忽視的重要方面是：制造和加工的化合物半導(dǎo)體，尤其是砷化鎵，對(duì)安全有嚴(yán)重的威脅。砷化鎵氣體有毒，是引起人類致癌物質(zhì)。這些事實(shí)提出了很多的關(guān)注，從環(huán)境，健康和安全的立場(chǎng)。2 .比較不同的切割方法目前有三種加工方法，用來(lái)加工砷化鎵晶圓，即砂輪切斷，刨切，和激光引導(dǎo)水射流切割。由于砷化鎵的特定屬性，缺點(diǎn)不容忽視，當(dāng)切割硅晶片，因?yàn)閯澠榛壴诩庸r(shí)有很多缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的切割方法在加工半導(dǎo)體時(shí)會(huì)遇到很多問(wèn)題。激光引導(dǎo)水射流切割主要優(yōu)勢(shì)切割硅晶圓時(shí)的切縫質(zhì)量高。如果是傳統(tǒng)的切割方法的話，由于硅晶圓非常的脆，加工出高質(zhì)量的切縫是很難實(shí)現(xiàn)的。刨切寬度較大的砷化鎵時(shí)，加工面面要拓寬，從而減少芯片數(shù)量的百分之晶圓。此外，由于機(jī)械的限制，導(dǎo)致工件的邊緣往往容易破碎，從而使該件無(wú)法使用。在一般情況下，要達(dá)到一個(gè)符合條件的切割質(zhì)量，切削速度要在3到12mm/s之間，這主要取決于晶圓的厚度，從而大大減緩了整個(gè)加工效率。表1顯示的是3種切割方法的比較。水射流切割可以在同樣的毛配件中切削出更多的工件，既節(jié)約材料降低成本。在加工一個(gè)昂貴的復(fù)合材料，這是一個(gè)真正的優(yōu)勢(shì)。舉例來(lái)說(shuō)，晶圓并不總是沿內(nèi)切線。這往往是晶