超精密切削技术发展及现状综述

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1、摘要：随着光学、电子、航空航天等科技领域的发展，人们对机械装备的精度要求越来越高，传统的加工方式在某些特殊要求的高标准下已经满足不了工程人员的需求，在这样的背景下，精密与超精密加工技术应运而生。超精密切削是超精密加工技术中重要的一环，由于加工环境与加工对象的特殊性，超精密切削在工艺机理上与传统的加工方式有着很大的差异。经过几十年的发展，超精密切削加工技术日趋成熟，无论是超精密机床、金刚石刀具还是加工工艺，已经形成了一套完善的制造技术系统，超精密切削加工技术正越来越广泛的应用在工业生产中。本文简单介绍了超精密切削的工艺特点和关键技术，并查阅相关

2、资料，对超精密切削加工技术的发展与现状进行了整理综述。关键词：超精密切削超精密机床金刚石刀具一、发展超精密加工技术的重要性随着社会和科学技术的发展，人们在生产、生活以及科研活动中对所使用的机械装备不断提出新的更高的要求：更高的质量和性能、更高的可靠性以及产品的小型化。经过工程技术人员不断的探索和总结，人们发现想要达到以上的各项要求，关键在于能否提供更高的加工精度以使产品获得更好的几何精度和表面质量。例如，为了提高磁盘的存储密度或镜片的光学性能，就必须获得粗糙度更低的表面；按照美国微电子技术协会(SIA)提出的技术要求，下一代计算机硬盘的磁头要

3、求表面粗糙度Ra≤0．2nm，磁盘要求表面划痕深度h≤lnm，表面粗糙度Ra≤0．1nm。再例如，电子电路高集成化要求低硅晶片表面粗糙度、提高电路曝光用镜片的精度、半导体制造设备的运动精度。而机械零部件的小型化意味着表面积与体积的比值不断增加，工件的表面质量及其完整性越来越重要。由此，人们开始重视并发展能够获得更高加工精度和表面质量的精密超精密加工技术。从上世纪50年代末、60年代初开始至今，超精密加工的技术体系逐渐成熟，其在工业生产中应用越来越广泛，越来越重要超，尤其是在国防工业中，导弹陀螺仪、卫星的光学望远镜、超级计算机的芯片等都需要超精

4、密加工技术实现性能要求。超精密加工技术如今已经成为现代高科技产业和科学技术的发展基础、现代高技术战争的重要支撑技术、先进制造技术的重要支柱、现代制造技术的发展方向，是衡量一个国家科学技术水平的重要标志之一。二、超精密切削关键技术管关于超精密加工的标准或概念应该这样理解，即我们所说的精密、超精密都是一个动态的概念，以高精度为目标，不同历史时期和不同的技术水平下，有不同的定义。不过现在通常认为加工精度在0.1um,表面粗糙度Ra在0.02-0.1um之间的加工方法为精密加工，而将加工精度高于0.1um，加工表面粗糙度Ra小于0.025um的加工称

5、为超精密加工。超精密加工按加工方式主要分为超精密切削、超精密磨削以及超精密抛光研磨，超精密特种加工。其中超精密切削是超精密加工的重要组成部分。目前实现超精密切削的关键技术主要涉及两个方面：精密超精密切削机床以及超精密切削刀具。1、超精密切削机床首先，精密机床是实现精密加工的基础。在切削过程中机床的主轴回转精度、导轨运动精度、定位精度、刚度及其稳定性都会在已加工表面上得到复映，所以机床的整体性能和精度等级决定工件加工精度和表面质量的关键性因素。按照一般规律，工作母机的精度需要比被加工零件的精度高一个等级，因此超精密机床的主轴回转精度通常在1um

6、之内，有的甚至小于0.5um，导轨的直线度一般小于10um，定位精度可达0.01um，超精密机床的总体刚度要求也很高，工作时必须保持稳定、无振动。为了达到上述指标要求，超精密切削机床的关键部件都会考虑到精度要求而选用一些特殊装备。比如为了提高主轴的回转精度，超精密切削机床普遍采用气浮主轴技术，利用气浮的误差均化效应，主轴的回转精度较普通加工方式大为提高；另外主轴与电机采用一体化直接驱动；加装热管冷却装置改善主轴热伸长的情况；同时采用控制节流量反馈法进一步提高主轴回转精度和刚度。为了提高运动精度和运动分辨率，超精密机床广泛采用摩擦驱动，利用摩擦

7、驱动具有传动平稳、无反向间隙等优点提高机床工作的平稳性和精度。此外超精密切削机床还应用了很多技术如双频激光干涉仪位置检测反馈控制、基于DSP的超精密数控系统、恒温及热变形控制、隔震控制、洁净度控制等帮助提高精度控制。2、超精密切削刀具切削加工是利用刀具与工件之间的相对运动，通过刀具对工件材料的挤压、变形、剪切、撕裂等一系列作用去除多余材料的工艺方法，因此精密切削刀具的几何精度、表面质量和物理力学性能对被加工零件的精度和质量都有直接而显著的影响。从之前所列的精密超精密切削的概念我们可以看出，超精密切削的工况不同于常规切削，它的切削厚度极薄，这就

8、要求超精密切削刀具在具备普通刀具所有的性能要求之外，还必须满足其他一些特性。超精密切削属微量切削，其机理和普通切削有较大差别。精密切削时要达到0.1um的加工精度和