精密和超精密加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精密和超精密加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀摘要：精密和超精密加工技術(shù)的發(fā)展過程和現(xiàn)狀，以及對于精密和超精密加工技術(shù)未來的展望。關(guān)鍵詞：精密加工技術(shù);超精密加工技術(shù);非球面曲面超精密加工一 引言國際上在超精密加工技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位的國家有美國、德國和日本發(fā)達(dá)國家中，美國、日本、德國等在高技術(shù)領(lǐng)域（如國防工業(yè)、集成電路、信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)等）之所以一直領(lǐng)先，與這些國家高度重視和發(fā)展精密、超精密制造技術(shù)有極其重要的關(guān)系。由于加工技術(shù)水平的發(fā)展，精密和超精密加工劃分的界限逐漸向前推移，但在具體數(shù)值上沒有確切的定義。被加工零件的尺寸精度在1.00.1m，表面粗糙度Ra在0.10.03m之間的加工

2、方法稱為精密加工。超精密加工當(dāng)前是指被加工零件的尺寸精度高于0.1m，表面粗糙度Ra小于0.025m，以及所用機(jī)床定位精度的分辨率和重復(fù)性高于0.01m的加工技術(shù)，亦稱之為亞微米級加工技術(shù)，且正在向納米級加工技術(shù)發(fā)展超精密加工技術(shù)主要包括:超精密加工的機(jī)理,超精密加工的設(shè)備制造技術(shù),超精密加工工具及刃磨技術(shù),超精密測量技術(shù)和誤差補(bǔ)償技術(shù),超精密加工工作環(huán)境條件。二 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀（一）國外發(fā)展現(xiàn)狀國際上在超精密加工技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位的國家有美國、英國和日本。美國最早成立了Nano研究中心,英國制訂了NION(National Initiative on Nanotechnology)計(jì)劃,日

3、本制訂了ERATO(Exploratory Research for Advanced Technology)規(guī)劃等。美國率先發(fā)展超精密加工技術(shù),20世紀(jì)80年代后期,美國通過能源部“激光核聚變項(xiàng)目”和陸、海、空三軍“先進(jìn)制造技術(shù)開發(fā)計(jì)劃”,對超精密金剛石切削機(jī)床的開發(fā)研究,投入了巨額資金和大量人力,實(shí)現(xiàn)了大型零件的微英寸超精密加工。如美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)研制出一臺大型光學(xué)金剛石車床(Large Op tics Diam ond Turn ing Machine, LODTM ), 是一臺最大加工直徑為1.63m的立式車床,定位精度可達(dá)28nm,借助在線誤差補(bǔ)償能力,它已實(shí)現(xiàn)了距離

4、超過1m而直線度誤差只有±25nm的加工。日本超精密加工技術(shù)水平較高,應(yīng)用對象大部分是民用產(chǎn)品,包括辦公自動(dòng)化設(shè)備、視像設(shè)備、精密測量儀器、醫(yī)療器械和人造器官等。（二）國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)真正系統(tǒng)地提出超精密加工技術(shù)的概念是從20世紀(jì)80年代90年代初,由于航空、航天等軍工行業(yè)的發(fā)展對零部件的加工精度和表面質(zhì)量都提出了更高的要求,這些軍工行業(yè)投入了資金支持行業(yè)內(nèi)的研究所和高校開始進(jìn)行超精密加工技術(shù)基礎(chǔ)研究。由于當(dāng)時(shí)超精密加工技術(shù)屬于軍用技術(shù),無論從設(shè)備還是工藝等方面,國外都實(shí)施了技術(shù)封鎖,所以國內(nèi)超精密加工技術(shù)的開展基本都是從超精密加工設(shè)備的研究開始。由于組成超精密加工設(shè)備的基礎(chǔ)是超精密

5、元部件,包括空氣靜壓主軸及導(dǎo)軌、液體靜壓主軸及導(dǎo)軌等,所以各家單位也正是以超精密基礎(chǔ)元部件及超精密切削加工用的天然金剛石刀具等為突破口,并很快就取得了一些進(jìn)展。哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空精密機(jī)械研究所等單位陸續(xù)研制了超精密主軸及導(dǎo)軌等元部件,并進(jìn)行了天然金剛石超精密切削刀具刃磨機(jī)理及工藝研究,同時(shí)陸續(xù)搭建了一些結(jié)構(gòu)功能簡單的超精密車床、超精密鏜床等超精密加工設(shè)備,開始進(jìn)行超精密切削工藝實(shí)驗(yàn)。北京機(jī)床研究所研制出了多種不同類型的超精密機(jī)床、部件和相關(guān)的高精度測試儀器,如精度達(dá)0.025m的精密軸承、JCS-027超精密車床、JCS-031超精密銑床、JCS-035超精密車床、NAM-800型納米數(shù)

6、控車床、超精密車床數(shù)控系統(tǒng)、復(fù)印機(jī)感光鼓加工機(jī)床、紅外大功率激光反射鏡、超精密振動(dòng)位移測微儀等,達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。長春光機(jī)所曾經(jīng)引進(jìn)了RankPneumo公司的MSG325CNC超精密車床,主要用于加工金屬、光學(xué)零件,但該設(shè)備已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國際水平?？傊?我國目前在超精密加工的精度、效率、可靠性,尤其是在規(guī)格(大尺寸)和技術(shù)配套性方面與國外比,在生產(chǎn)實(shí)際要求上,還存在很大的差距。超精密加工技術(shù)的發(fā)展趨勢是更高精度、更高效率,大型化、微型化;加工檢測一體化;機(jī)床多功能模塊化以及不斷探討適合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。非球面曲面超精密加工設(shè)備的研制成功是國內(nèi)超精密加工技術(shù)發(fā)展

7、的里程碑,非球面光學(xué)零件由于具有獨(dú)特的光學(xué)特性在航空、航天、兵器以及民用光學(xué)等行業(yè)開始得到應(yīng)用,從而簡化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)并提高了產(chǎn)品的性能。當(dāng)時(shí)加工設(shè)備只有美國、日本及西歐等少數(shù)國家能夠生產(chǎn),國內(nèi)引進(jìn)受到嚴(yán)格限制而且價(jià)格昂貴,國家從“九五”開始投入了人力物力支持研發(fā)超精密加工設(shè)備。到“九五”末期,我國科研單位陸續(xù)研制成功代表當(dāng)時(shí)超精密加工最高技術(shù)水平的非球面超精密切削加工設(shè)備,徹底打破了國外的技術(shù)封鎖。之后其他各類超精密加工設(shè)備,如超精密磨削設(shè)備、離子束拋光設(shè)備、大口徑非球面超精密加工設(shè)備(如圖1所示)、自由曲面多軸超精密加工設(shè)備、壓印模輥超精密加工設(shè)備等也陸續(xù)研制成功,縮小了超精密加工技術(shù)國內(nèi)外的

8、差距。同時(shí)由于有了超精密加工設(shè)備的支撐,在超精密加工工藝方面也有了很大進(jìn)展,如ELID超精密鏡面磨削工藝、磁流變拋光工藝、大徑光學(xué)透鏡及反射鏡超精密研拋及測量工藝、自由曲面的超精密加工及測量工藝、光學(xué)薄膜模輥超精密加工工藝,超精密加工技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也從軍工行業(yè)轉(zhuǎn)向了民用行業(yè)。三 發(fā)展趨勢（一） 超精密加工技術(shù)將向極致方向發(fā)展隨著科技的進(jìn)步,對超精密加工技術(shù)已經(jīng)提出了新的要求,如要求極大零件的極高精度、極小零件及特征的極高精度、極復(fù)雜環(huán)境下的極高精度、極復(fù)雜結(jié)構(gòu)的極高精度等。美國國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量局研制的納米三坐標(biāo)測量機(jī)(分子測量機(jī))是實(shí)現(xiàn)如何在極復(fù)雜環(huán)境下的極高精度測量的典型例子,該儀器測量范圍50

9、mm×50mm×100m,精度達(dá)到了1nm,對環(huán)境要求及其嚴(yán)格,最內(nèi)層殼溫度控制17±0.01,次層殼采用主動(dòng)隔振,高真空層工作環(huán)境保持1.0×10Pa,最外層殼用于噪聲隔離,最后將整體結(jié)構(gòu)安裝在空氣彈簧上進(jìn)行被動(dòng)隔振。自由曲面光學(xué)曲面精度要求高、形狀復(fù)雜,有的甚至無法用方程表示(如賦值曲面),但由于其具有卓越的光學(xué)性能近年來應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,但自由曲面光學(xué)零件的設(shè)計(jì)、制造及檢測等技術(shù)還有待于進(jìn)一步發(fā)展。（二） 超精密加工技術(shù)將向超精密制造技術(shù)發(fā)展超精密加工技術(shù)以前往往是用在零件的最終工序或者某幾個(gè)工序中,但目前一些領(lǐng)域中某些零部件整個(gè)制造過程或整個(gè)產(chǎn)品

10、的研制過程都要用到超精密技術(shù),包括超精密加工加工、超精密裝配調(diào)試以及超精密檢測等,最典型的例子就是美國的美國國家點(diǎn)火裝置(NIF)。為了解決人類的能源危機(jī),各國都在研究新的能源技術(shù),其中利用氘、氚的聚變反應(yīng)產(chǎn)生巨大能源可供利用,而且不產(chǎn)生任何放射性污染,這就是美國國家點(diǎn)火工程。我國也開始了這方面的研究,被稱為神光工程。NIF整個(gè)系統(tǒng)約有2個(gè)足球場大小,共有192束強(qiáng)激光進(jìn)入直徑10m的靶室,最終將能量集中在直徑為2mm的靶丸上。這就要求激光反射鏡的數(shù)量極多(7000多片),精度和表面粗糙度極高(否則強(qiáng)激光會(huì)燒毀鏡片),傳輸路徑調(diào)試安裝精度要求極高,工作環(huán)境控制要求極高。對于直徑為2mm的靶丸,

11、壁厚僅為160m,其中充氣小孔的直徑為5m,帶有一直徑為12m、深4m的沉孔。微孔的加工困難在于其深徑比大、變截面,可采用放電加工、飛秒激光加工、聚焦離子束等工藝,或采用原子力顯微鏡進(jìn)行超精密加工。系統(tǒng)各路激光的空間幾何位置對稱性誤差要求小于1%、激光到達(dá)表面時(shí)間一致性誤差小于30fs、激光能量強(qiáng)度一致性誤差小于1%等。如此復(fù)雜高精度的系統(tǒng)無論從組成的零部件加工及裝配調(diào)試過程時(shí)刻都體現(xiàn)了超精密制造技術(shù)。結(jié)束語從大到天文望遠(yuǎn)鏡的透鏡,小到大規(guī)模集成電路等微納米尺寸及特征零件的制造,超精密加工技術(shù)從發(fā)展之初一直面臨著不斷的挑戰(zhàn)。當(dāng)前精密超精密加工技術(shù)在不斷研究新理論、新工藝以及新方法的同時(shí),正向著

12、高效、極致等方向發(fā)展,并貫穿零部件整個(gè)制造過程或整個(gè)產(chǎn)品的研制過程,向精密超精密制造技術(shù)發(fā)展。隨著我國精密超精密技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,必將實(shí)現(xiàn)從制造大國向制造強(qiáng)國的飛躍。參考文獻(xiàn)1 劉文英. 精密和超精密加工機(jī)床的現(xiàn)狀與發(fā)展J. 設(shè)備管理與維修, 2017.08D.59.2 周甚. 精密超精密加工技術(shù)綜述J. 科技風(fēng),2016,09.3 李復(fù)麗. 超精密機(jī)械加工技術(shù)及其發(fā)展動(dòng)向N. 山東工業(yè)技術(shù), 2016年24期.4 王桂林. 現(xiàn)代機(jī)械制造工藝及精密加工技術(shù)J. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備, 2016年09期.5 周甚. 我國機(jī)械技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展J. 科技風(fēng), 2016年09期.6 孫璐瑩. 超精密機(jī)械加工的前景分析J. 通訊世界, 2015年08期