1、超精密加工技术综述摘要：目前，我国已经是一个“制造大国” ，但是我国在精密加工技术和精密机床设备制造方面和一些先进国家仍然存在较大的差距，为了使我国的国防和科技发展不受制于人，我们必须投入必要的人力物力，自主发展精密和超精密加工技术，争取尽快将我国的精密和超精密加工技术水平提升到世界先进水平。从超精密加工技术的几个方面对超精密加工技术进行一下介绍。关键词：超精密加工、加工方法、金刚石刀具正文：一、前言超精密加工技术的概念是在机械加工领域中，某个历史时期所能达到的最高加工精度的各种精密加工方法的总称，也是现代机械制造业的一个重要发展方向。随着时间的推移，超精密加工技术的加工精度将会不断提高，同时
2、超精密技术的发展在提高机电产品的性能、质量和发展高新技术中起着至关重要的作用，并且已成为在国际竞争中取得成功的关键技术。 2、工作原理近年来，在传统加工方法中，金刚石刀具超精密切削、金刚石微粉砂轮超精密磨削、精密高速切削、精密砂带磨削等已占有重要地位；在非传统加工中，出现了电子束、离子束、激光束等高能加工、微波加工、超声加工、蚀刻、电火花和电化学加工等多种方法，特别是复合加工，如磁性研磨、磁流体抛光、电解研磨、超声珩磨等，在加工机理上均有所创新。3、加工方法根据被加工件的材料和形面的不同，常用的超精密加工工艺方法主要分三大类：切削加工法、磨削加工（含研、抛）法和电物理加工法。 在超精密切削加工
3、中，经常采用金刚石刀具。金刚石刀具具有以下其他刀具材料无法比拟的性质：它是硬度自然界最高的材料，耐磨性能也极好，能够磨出极其锋利的刀刃，导热性能也非常好，而且金刚石和有色金属摩擦系数低，金刚石晶体具有强烈的各向异性，不同晶面和不同方向的摩擦系数和耐磨性能不同，所以天然金刚石刀具(单晶金刚石)是超精密加工的唯一理想的刀具。 金刚石刀具的应用也很广泛。金刚石可用于加工铝合金、黄铜等有色金属和某些非金属材料，但是不能用于金属材料的加工；利用金刚石刀具切削材料可以得到超光滑表面，Ra0.02-0.005 微米 ，精度达到 0.01 微米以上；而且可以加工许多零件，如：陀螺仪、激光反射镜、天文望远镜的反
4、射镜、红外反射镜和红外透镜、雷达的波导管内腔、计算机磁盘、激光打印机的多面棱镜、录像机的磁头、复印机的硒鼓等。使用极锋锐的金刚石刀具在机床最佳条件下，金刚石刀具可以实现切削厚度为纳米级的连续稳定切削，极限最小切削厚度可达到1nm。超精密切削时能达到的极限最小切削厚度和金刚石刀具刀刃锋锐度和被切材料的物理力学性能有关。超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盘的涂层表面加工和大规模集成电路基片的加工。镜面磨削是超精密磨削的一种，一般指加工表面粗糙度达到Ra0.020.01 微米，表面光泽如镜的磨削方法，但是只强调表面粗糙度。超精密特种加工如大规模集成电路芯片上的图形是用电子束、离子束刻蚀的方法加工，线宽
5、可达 0.1?m。如用扫描隧道电子显微镜(STM)加工，线宽可达25nm。 对于不同材料，可以采用不同的加工方法来获得想要的产品。对于无机硬脆材料，如半导体材料、玻璃、陶瓷、石英、宝石，可采用超精密磨削、超精密研磨、超精密抛光技术进行加工；对于软质金属和塑料，可采用超精密金刚石磨削进行加工；对于耐热合金和复合材料，可采用超精密磨削、超精密研磨和超精密抛光技术进行加工。3、加工刀具超精密加工技术对刀具材料有较高的要求：首先刀具材料要有极高等硬度、极高得耐磨性能和极高的弹性模量；其次刀具要有极锋利的刀刃，刃口半径值极小，这样才能能实现超薄切削，而且刀刃必须没有缺陷，切削时将刃形复印到加工表面上，能
6、得到超光滑的镜面；而且刀具与工件的抗粘结性要好，化学亲和性要小，摩擦系数要低，这样才能得到极好的加工表面完整性。4、加工设备精密和超精密加工离不开精密机床，对这些加工设备有下列要求。 (1)高精度。包括高的静精度和动精度，主要的性能指标有几何精度、定位精度和重复定位精度、分辨率等，如主轴回转精度、导轨运动精度、分度精度等；(2)高刚度。包括高的静刚度和动刚度，除本身刚度外，还应注意接触刚度，以及由工件、机床、刀具、夹具所组成的工艺系统刚度。 (3)高稳定性。设备在经运输、存储以后，在规定的工作环境下使用，应能长时间保持精度、抗干扰、稳定工作。设备应有良好的耐磨性、抗振性等。 (4)高自动化。为
7、了保证加工质量，减少人为因素影响，加工设备多采用数控系统实现自动化。 加工设备的质量与基础元部件，如主轴系统、导轨、直线运动单元和分度转台等密切相关，应注意这些元部件质量。此外，夹具、辅具等也要求有相应的高精度、高刚度和高稳定性。5、加工环境超精密加工对环境的要求十分严格，纳米加工对环境的要求就更加苛刻。只有对它的支撑环境加以严格控制，才能保证加工精度。加工所需的支撑环境主要包括空气环境、热环境、振动环境、声环境和磁环境等几个方面。超精密加工必须在严密的恒温条件下进行，即不仅放置机床的房间应保持恒温还要对机床采取特殊的恒温措施。据统计在精密加工中，由热变形产生的误差常占全部加工误差的 50以上
8、，例如长 l00mm 的钢件，温度升高 1，其长度将增加 11.2m，铝件的长度将增加 2.22.3m。因此超精密加工和测量必须在恒温条件下进行。如要保证 0.l0.01m 的加工精度，温度变化应小于土0.10.0l 。 有些超精密机床，内部易产生热变形处用恒温油冷却。还有超精密机床外面加透明塑料罩，用恒温油浇淋。现在恒温油可控制在 20 土0.0005C，室温可控制在 20 土 0.005C。 为了提高超精密加工系统的动态稳定性，除了在机床设汁和制造上采取各种措施之外。还必须用隔振系统来保证机床不受或少受外界振动的影响。超精密车床一般除用防振沟和很大的地基外，还都使用空气弹簧隔振。超精密加工
9、还必须有超净化的环境。对超精密加工车间一立方英尺的空气中直径大于 0.3m 以上的尘埃数应小于 100(百级)。现在又提出 10 级的要求，尘埃粒度从 0.3m 减至 0.1m 。为建立 0.1m 的10 级洁净室，国外已研制成功对 0.1m 的尘粒有 99.999净化效率的高效过滤器。 5、发展趋势超精密制造技术将沿着三个方向发展：(1)在尖端技术和产品的需求下，开拓新的加工机理，进入到纳米级和亚纳米级加工精度。(2)在国民经济发展和人民生活水平提高的需求下，进入国民经济主战场，提高国家的经济实力。如汽车制造、计算机、通信网络、光盘、家用电器等均紧密依赖于超精密制造技术的支持。(3)现代制造
10、技术的发展，学科交叉、复合加工技术的特点日益突出，精密加工和超精密加工不仅作为一门独立的学科发展，而且会以更多的交叉学科形式出现，甚至形成新的学科。例如：精密特种加工技术、纳米制造技术等就包含了多种学科。超精密制造技术的发展将促进国民经济主要领域和高技术各相关领域的发展。六、结论超精密加工，是现代机械制造业最主要的发展方向之一,在提高机电产品的性能、质量和发展高新技术中起着至关重要的作用，并且已成为在国际竞争中取得成功的关键技术。也希望我国能加大对超精密加工的投入，争取在今后的国际竞争中能握有尖端技术。参考文献【1】黎震先进制造技术北京、北京理工大学出版社、2009.8【2】袁哲俊,王先逵精密和超精密加工技术北京、机械工业社、1999.3 【3】朱焕池机械制造工艺学北京、机械工业出版社、2004.6 【4】洪清泉超精密非球面加工机机械月刊第十七卷第九期、2006.8
