（论文）超精密加工

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1、超精密加工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、超精密加工精密、超精密加工是个相对概念，而且随着工艺水平的普遍提高，不同年代冇着不同的划分界限，但并无严格统一的标准。从目前机械加工的工艺水平來看，超精密加工一般指加工精度＜0.3pm,表面粗糙度Ra值＜0.03pm的加丄。同时也包含加丄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，使超粘: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，不仅冇传统的光学零件、块规

2、等，而且有现代IT中广泛采用之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伸化镣半导体大规模集成电路；红外夜视设备、大型天文望远镜和太空望远镜中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中的精密零部件等。（2）相同品名的元器件要求超精密加工的数量越来越大。例如冇些品名，以前只是单件或小批生产，用于实验性的产品上，现在则要求批量乃至人

3、批量规模生产，用在军、民使用的高新科技产品上，如大规模集成电路用的硅片、磁盘、磁鼓等，年需求量数以市万、千万件计。（3）要求超精密加工的农面形状越来越复杂，精度要求也越来越高。其中不仅有平面、圆柱而，还有球而、非球形曲而、抛物而等。其而形精度一•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Z—）以内，也就是说，加工0100mm直径的外圆吋，加工圆度要求要控制在100X10%=10nm以内。加工的农面粗糙度Ra值则在2nm~10nmZ间。（4）要求超精密加工的材料也越来越广泛；不仅有黑色金属、有色金属、还有玻璃、陶瓷和各种半导体材料，如硅、碑化镣、蹄镉汞

4、晶体等。（5）要求超精密加工的零件尺寸在向人型（02m以上）和微型（微米、纳米级）两极发展。（6）总而言Z,超精密加工的市场需求在迅速扩大。H前虽无直接的数据说明，但冇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需的世界贸易额已达到一万亿美元，是世界第一人产业；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%以上都要釆用硅片，而大规模和超大规模的IC芯片（主要为硅片）都要用超精密加工来进行牛产。美国为了部署战略导弹防御系统和发展先进武器，大大增加国防开支；许多国家也为了口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

5、，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，必须具备下述基木条件：（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）；表层硕度和弹性模量要恒定一致；对加工性要好；材料的化学成份与机械物理性能対标准值的偏差不应超过0.1%。（2）选用的超精密加丄丄艺方法要与被加丄材料相匹配。例如，有色金屈材料（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。恒温室（第一分隔区）中的温度波动不得大于土0」°C；

6、加工区（第二分隔区）中则不应超过±0.01°C；环境的相对湿度要保持在40%±10%以内；大气压力（如用激光测量仪时）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每立方英尺中人于0.1pm的微粒含量应不多于10颗。（4）具有能实现纳米级（Inm〜10nm）增暈进给的机床和分辨力优于0.1nm的测量设备，如激光十涉仪，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而的不同，常用的超精密加工工艺方法主要分三人类：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川优质的犬然金刚

7、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铳削加工，可以加工端而、球而和抛物而等曲而。超精密车削加工屮，金刚石刀具的刃磨是关键。刀尖的闘弧半径应为被加工表而要求值的五分Z—左右，一般rc小于10nm,用铸铁研具进行研抛时，可获得i*c=3~5nm。再小的re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：加工冇色金属时V=12（）〜4（）（）（）m/m