《先進(jìn)制造技術(shù)（第2版）》 課件 第三章-3.1精密與超精密加工技術(shù)

第三章先進(jìn)制造技術(shù)的原理及應(yīng)用3.1精密與超精密加工技術(shù)3.1.1精密與超精密加工技術(shù)概述超精密加工以不改變工件材料物理特性為前提，以獲得極限的形狀精度、尺寸精度、表面粗糙度、表面完整性（無(wú)或極少的表面損傷，包括微裂紋等缺陷、殘余應(yīng)力、組織變化）為目標(biāo)。加工精度在不同時(shí)期的發(fā)展曲線1.精密加工與超精密加工定義精密加工是指加工精度在0.1～lμm之間，表面粗糙度Ra在0.l～0.03μm（稱微米加工）超精密加工的加工精度在0.l～0.01μm，表面粗糙度在0.03～0.005μm（稱為亞微米加工）納微米加工：加工精度在0.01μm以下，表面粗糙度在0.005μm以下。2.精密加工與超精密加工的特點(diǎn)

“蛻化”和“進(jìn)化”加工原則微量切除（極薄切削）形成綜合制造工藝系統(tǒng)與自動(dòng)化聯(lián)系十分緊密特種加工方法和復(fù)合加工方法的出現(xiàn)加工檢測(cè)一體化3.精密與超精密加工的應(yīng)用與進(jìn)展

美國(guó)是研究最早的國(guó)家，處于世界領(lǐng)先地位，以發(fā)展國(guó)防尖端技術(shù)為主要目標(biāo)。英國(guó)的克蘭菲爾德精密工程研究所有較高聲譽(yù)日本起步較晚，發(fā)展最快，以民品應(yīng)用為主要對(duì)象我國(guó)在70年代末期有長(zhǎng)足進(jìn)步，80年代中期出現(xiàn)了具有世界水平的超精密機(jī)床和部件金剛石刀具車(chē)削直徑10~20μm的微針，使用精密磨削已加工出8μm鎢針，使用微鉆頭能加工出直徑30~50μm的微孔。1．精密鏡面磨削和平面研磨技術(shù)1）精密鏡面磨削技術(shù)2）精密平面研磨技術(shù)2．非球曲面和自由曲面精密加工技術(shù)1）非球曲面磨削技術(shù)2）精密自由曲面拋光技術(shù)3）

高精密自由曲面的檢測(cè)3.1.2精密加工技術(shù)ELID鏡面磨削技術(shù)ＥＬＩＤ在線電解修整(ElectrolyticIn-processDressing)磨削是在磨削過(guò)程中,利用非線性電解修整作用和金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪表層氧化物絕緣層對(duì)電解抑制作用的動(dòng)態(tài)平衡,對(duì)砂輪進(jìn)行連續(xù)修銳修整,使砂輪磨粒獲得恒定的突出量,從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可控、最佳的磨削過(guò)程,它適用于硬脆材料進(jìn)行超精密鏡面磨削。非球曲面精密加工技術(shù)磁流體拋光原理:用永久磁鐵或電磁鐵工具，將混有磨料的磁流體吸附在工具端部，對(duì)工件表面進(jìn)行拋光。磁流體拋光用的電磁鐵工具，通電后磁流體可吸附在這工具的端部，進(jìn)行拋光加工。3.1.3精密機(jī)床技術(shù)精密機(jī)床技術(shù)的發(fā)展方向是：在繼續(xù)提高精度的基礎(chǔ)上采用高速切削以提高效率，同時(shí)采用數(shù)控使其自動(dòng)化。3.1.4超精密加工材料功能陶瓷材料舉例用途半導(dǎo)體材料第一代

Si、Ge晶體管集成電路電力電子器件光電子器件第二代

GaAs、InP、GaP、InAs、AlP第三代

GaN、SiC、金剛石磁性材料SrO·6Fe2O3、ZnFe2O計(jì)算機(jī)磁芯磁記錄的磁頭與磁介質(zhì)壓電材料水晶（

-SiO2）LiNbO3、LiTaO3BaTiO3、PZT諧振器，阻尼器濾波器，換能器傳感器，驅(qū)動(dòng)器光學(xué)晶體藍(lán)寶石（

-Al2O3）濾光片，激光紅外窗口，半導(dǎo)體襯底片電光晶體GaNGaAs、CdTe半導(dǎo)體照明藍(lán)光激光器紅外激光器工程陶瓷

Si3N4Al2O3SiCZrO2精密耐磨軸承、刀具發(fā)動(dòng)機(jī)部件、噴嘴閥芯、密封環(huán)陶瓷裝甲3.1.5超精密加工精度3.1.6超精密加工技術(shù)1．超精密切削2．超精密磨削3．超精密研磨與拋光超精密切削的分子動(dòng)力學(xué)模擬加工方法材料去除率表面粗糙度對(duì)設(shè)備要求同一批可加工工件SPDT較高高高單ELID磨削高高高多平面研磨中較高中較多CMP低較高低較多離子束拋光低較高專用單典型超精密加工技術(shù)對(duì)比3.1.7超精密加工設(shè)備1.利用軌跡可控的刀具（如單晶金剛石刀具、砂輪等），以極高的空間運(yùn)動(dòng)精度完成具有光學(xué)元部件的加工，典型的設(shè)備如單點(diǎn)金剛石超精密車(chē)床、超精密銑床、超精密磨床等，這類超精密加工設(shè)備的主軸及導(dǎo)軌均采用液體靜壓或空氣靜壓軸承2.基于計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成型技術(shù)（ComputerControlledOpticalSurfacing，CCOS）的超精密加工設(shè)備超精密加工設(shè)備

超精密加工機(jī)床主要功能部件：主軸及其驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)軌及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置微量進(jìn)給裝置3.1.8超精密加工環(huán)境超精密加工必須在超穩(wěn)定的環(huán)境下進(jìn)行。超穩(wěn)定環(huán)境：恒溫、超凈和防振。

3.1.9超精密加工精度的在線檢測(cè)及計(jì)量測(cè)試對(duì)加工誤差進(jìn)行在線檢測(cè)，實(shí)時(shí)建模與動(dòng)態(tài)分析預(yù)報(bào)，再根據(jù)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)對(duì)誤差源進(jìn)行補(bǔ)償，從而消除或減少加工誤差。（a）激光干涉儀

（b）原子力顯微鏡激光干涉儀和原子力顯微鏡3.1.10超精密加工發(fā)展趨勢(shì)1）高精度、高效率2）工藝整合化3）大型化、微型化4）在線檢測(cè)5）智能化6）綠色化3-