超精密机械加工方法及类型探讨

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1、10超精密机械加工与类型探讨摘要：超精密机械加工是适应现代技术发展的一种机械加工新工艺，综合应用了机械技术发展的新成果及现代电子技术、测量技术和计算机技术中先进的控制、测试手段等，使机械加工的精度得到进一步提高，使加工的极限精度向纳米和亚纳米精度发展。超精密机械加工的方法很多有切削、磨削等等。其中超精密切削技术是使用精密的单晶天然金刚石道具加工有色金属和非金属。超精加工的分类有去除加工、结合加工、变形加工。关键词：超精加工；加工分类；切削加工1超精密机械加工技术概述1.1超精密机械加工技术超精密机械加工技术是衡量一个国家先进制造技术水平的重要指标之一，是先进制造技术的基础和关键。在

2、目前，在工业发达国家中，一般工厂能稳定掌握的加工精度是1μm。超精密机械加工技术的指标为精密加工精度为1—0.1μm，表面粗糙度值为：Ra0．3-0.03μm；超精密加工精度为0.1-0.01μm表面粗糙度值为Ra0.03-0.005μm，又称亚微米加工；（1微米=0.001mm）,纳米加工精度高于0.03μm，表面粗糙度值小于Ra0.005μm。10超精密机械加工技术提高制造精度后可提高产品的性能和质量，提高其稳定性和可靠性；促进产品的小型化；增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配。精密和超精密加工目前包含三个领域：1)超精密切削，如超精密金刚石刀具切削，可加工各种镜

3、面、它成功地解决了高精度陀螺仪，激光反射镜和某些大型反射镜的加工。2)超精密磨削研磨，例如解决了大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘等的加工。3)超精密特种加工，如电子束，离子束加工，美国超大规模集成电路线宽达到0.1μm。目前，实现超精密加工的方法主要有：超精密切削，如超精密金刚石刀具镜面车削、镗削和铣削等；超精密磨削、研磨和抛光；超精密微细加工（电子束、离子束、激光束加工以及硅微器件的加工、LIGA技术等）。日本的一些学者提出了利用微机器人进行超精密加工的概念，这一概念突破传统加工观念，设计出可以自由移动的微小机器人，让机器人群在工件上爬，可实现纳米级超精密加工。机构的小型化

4、可以节约资源和能源，并且由于零件尺寸的减小，从而提高了单位体积和重量的功能的集成度。小型化也开辟了许多新的应用领域，比如在工业上的遥操作或细胞生物领域的应用。源于微电子技术的硅微加工工艺对于机构的小型化有着重大影响，它在同一个零件上集成了机械和电子功能，非常适合于加工MEMS系统。2各种超紧密机械加工的方法及其原理2.1各种超精密机械加工的方法及其原理2.1.1超精密机械加工方法如表1-1102.1.2超精密切削加工精密切削加工的原理是使用精密的单晶天然金刚石刀具加工有色金属和非金属，可以直接加工出超光滑的加工表面(粗糙度Ra0.02～0.005µm，加工精度<0.01µm)。主要

5、用于加工：陀螺仪、激光反射镜、天文望远镜的反射镜、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、菲尼尔透镜等。超精密切削也是金属切削的一种，当然也服从金属切削的普遍规律。金刚石刀具的超精密加工技术主要应用于单件大型超精密零件的切削加工和大量生产中的中小型超精密零件加工。2.1.3超精密磨削研磨加工超精密磨削研磨加工其工作原理为，磨削加工是无数磨粒的连续磨削。加工的实质是工件被磨削的表层，在无数磨粒瞬间的挤压，摩擦作用下产生变形，而后转为磨屑，并形成光洁表面的过程。磨削过程可分为：三个阶段，砂轮表面的磨粒与工件材料接触，发生弹性

6、变形，磨粒继续切入工件（切削深度增加），工件材料进入塑性阶段，材料晶粒发生滑移。塑性变形不断增大，当力达到工件的强度极限时，被磨削层材料产生挤裂，即进入切削阶段，最后被切离。当磨削切入量达到最大值后，逐渐减少，最后到零，同时经历塑性区和弹性区。ELID(Electrolytic In-Process Dressing)磨削是在磨削过程中，利用非线性电解修整作用和金属结合剂超硬磨料砂轮表层氧化物绝缘层对电解抑制作用的动态平衡，对砂轮进行连续修锐修整，使砂轮磨粒获得恒定的突出量，从而实现稳定、可控、最佳的磨削过程，它适用于硬脆材料进行超精密镜面磨削。ELID磨削技术以其效率高、精度高、

7、表面质量好、加工装置简单及加工适应性广等特点，在日本已较广泛用于电子、机械、光学、仪表、汽车等领域。2.1.4超精密特种加工超紧密特种加工我们在这里主要说电子束加工电子束加工的基本原理如下图所示，在真空条件下，电子枪射出高速运动的电子束，电子束通过一极或多极汇聚形成高能束流，经电磁透镜聚焦后轰击工件表面，由于高能束流冲击工件表面时，电子的动能瞬间大部分转变为热能。由于光斑直径极小(其直径在微米级或更小)，在轰击处形成局部高温，可使被冲击部分的材料在几分之一微秒内，温度