超精密加工论文

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1、超精密加工论文机械制造与加工工艺设备专业内容摘要：从超精密加工的应用场合入手，简要介绍各个超精密加工方法和实现方法。关键词：超精密加工；精密加工机床；精密加工方法；一、超精密加工梢密、超梢密加工是个相对概念，而11随着工艺水平的普遍提髙，不同年代有着不同的划分界限，但并无严格统一的标准。从冃前机械加工的工艺水平来看，超精密加工一般指加工精度＜0.3Mm,表面粗糙度Ra值＜0.03卩m的加工。同吋也包含加工尺寸在微米级的微细加工。随着科学技术的发展，特别是许多高新科技的发展，使超梢密加工的市场需求呈现出如下的特点：（1）要求超精密加工的机电产品元器件越来越多，不仅有传统的光学零件、块规等，而R冇

2、现代it中广泛采用Z大规模集成电路的各种芯片，计算机用的磁盘、光盘，复印机用的磁鼓；核聚变用的激光反射镜；导弹制导系统用的激光反射镜；导航用的陀螺仪腔体；气浮和静电陀螺仪的球状支承；人造卫星姿态控制用的过半球体；卫星、航天器上各种仪器仪表用的真空无润滑轴承；全球定位系统（GPS）和电子对抗技术屮用的碑化稼半导体人规模集成电路；红外夜视设备、人型天文望远镜和太空望远镜屮用的球面和非球面光学透镜，以及多种军、民使用的高新科技产品小的精密零部件等。（2）相同品名的元器件要求超精密加工的数量越來越大。例如冇些品名，以前只是单件或小批生产，卅于实验性的产品上，现在则要求批量乃至人批量规模牛产，用在军、民

3、使用的高新科技产品上，如人规模集成电路用的硅片、磁盘、磁鼓等，年需求量数以百万、千万件计。（3）耍求超精密加工的表面形状越来越复杂，精度要求也越来越高。其中不仅有平面、闘柱面，还冇球面、非球形曲面、抛物面等。其面形精度一般都要求控制在加工尺寸（用nm表示）的10%（用nm表示，实质上是百万分之一）以内，也就是说，加工0100mm径的外圆吋，加工圆度要求要控制在100X10%=10nm以内。加工的表面粗糙度Ra值则在2nm~10nmZ间。（4）要求超精密加工的材料也越来越广泛；不仅侑黑色金属、有色金属、还有玻璃、陶瓷和各种半导体材料，如硅、神化铢、碼镉汞品体等。（5）耍求超精密加工的零件尺寸在向

4、大型（02m以上）和微型（微米、纳米级）两极发展。（6）总而言之，超精密加工的市场需求在迅速扩人。目前虽无肓接的数据说明，但有一些数据也可以作为佐证的。例如，目前以半导体IC为基础的电子信息产品的世界贸易额已达到一万亿美元，是世界笫一大产业；2003年中国的电子电讯设备制造业的产值达14917.6亿元人民币。全球的IC有90%以上都要采用硅片，而人规模和超人规模的IC芯片（主要为硅片）都要用超精密加工来进行生产。美国为了部署战略导弹防御系统和发展先进武器，人人增加国防开支；许多国家也为了自身的安全和防卫而提高对高新科技研发的投入和国防费用，所有这些将扩大对超精密加工的市场需求。二、实现超精密加

5、工基本条件为了能实现超精密加工并获得预期的加工效果，必须具备下述基本条件：（1）被加工工件的材质要密实；各向的同一性要好（最好为单晶）；表层硬度和弹性模量要恒定一致；可加工性要好；材料的化学成份与机械物理性能对标准值的偏差不应超过0.1%。（2）选用的超精密加工工艺方法要与被加工材料相匹配。例如，有色金属材料（如铜、铝合金）宜用单点金刚石刀具进行车削或铳削加工；黑色金属材料（如钢等）则宜选磨削与研、抛等工艺，否则得不到预期的加工效果等。（3）加工环境要严格恒温、隔振和净化。恒温宗（第-•分隔区）中的温度波动不得大于土0」€；加工区（第二分隔区）中则不应超过±0.010环境的相对湿度要保持在40

6、%±10%以内；人气压力（如用激光测最仪时）应保持lMPa±0.1%；机床地基的隔振系统固有频率＜2Hz；加工区的净化度应为毎立方英尺中大于0.1Mm的微粒含量应不多于10颗。（4）具有能实现纳米级（lnm^lOnm）增量进给的机床和分辨力优于0.1nm的测量设备，如激光干涉仪，扫描隧道显微镜和原子力显微镜等。（5）超精密加工的工艺方法（6）根据被加工件的材料和形血的不同，常用的超楷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。三、切削加工法切削加工法主要是采用优质的天然金刚石作刀具的切削刃，对有色金属、玻璃或陶瓷工件进行车削和锥削加工，可以加工端面、球面和抛物

7、面等曲面。超精密车削加工中，金刚石刀具的刃磨是关键。刀尖的圆弧半径应为被加工表面要求值的五分之一左右，一般rc小于10nm,用铸铁研具进行研抛时，可获得rc=3〜5nm。再小的rc值则要用离子束加工来获得。实践证明，采用这样的刀具，便于切削速度在很大（V=120~3600m/min）的范围内变化，而不影响被加工表面的粗糙度值。常选的切削用量是：加工有色金属时V=120〜4000m/min,加工玻璃