精密和超精密加工技术及发展展望

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1、精密制造工程2008.9第一章精密和超精密加工技术及发展展望本章内容发展精密和超精密加工技术的重要性超精密加工技术的现状超精密加工技术发展展望发展精密和超精密加工技术的重要性我国机械行业落后主要体现高度的自动化技术精密和超精密加工技术精密和超精密加工技术应用范围尖端技术国防工业微电子工业精密与超精密加工技术概述◆精密加工——在一定的发展时期，加工精度和表面质量达到较高程度的加工工艺。超精密加工——在一定的发展时期，加工精度和表面质量达到最高程度的加工工艺。◆瓦特改进蒸汽机——镗孔精度1mm20世纪40年代——最高精度1μm20世纪末——精密加

2、工：≤0.1μm，Ra≤0.01μm（亚微米加工）超精密加工：≤0.01μm，Ra≤0.001μm（纳米加工）◆微细加工——微小尺寸的精密加工超微细加工——微小尺寸的超精密加工零件加工精度表面粗糙度激光光学零件形状误差0.1μmRa0.01～0.05μm多面镜平面度误差0.04μmRa＜0.02μm磁头平面度误差0.04μmRa＜0.02μm磁盘波度0.01～0.02μmRa＜0.02μm雷达导波管平面度垂直度误差＜0.1μmRa＜0.02μm卫星仪表轴承圆柱度误差＜0.01μmRa＜0.002μm天体望远镜形状误差＜0.03μmRa＜0.0

3、1μm几种典型精密零件的加工精度精密加工与超精密加工的发展普通加工精密加工超精密加工超高精密磨床超精密研磨机离子束加工分子对位加工车床,铣床卡尺加工设备测量仪器精密车床磨床百分尺比较仪坐标镗床坐标磨床气动测微仪光学比较仪金刚石车床精密磨床光学磁尺电子比较仪超精密磨床精密研磨机激光测长仪圆度仪轮廓仪激光高精度测长仪扫描电镜电子线分析仪加工误差（μm）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份精密和超精密的作用提高综合性能和质量提高稳定性和可靠性小型化装配互换性好，易于实现自动装配是一个国家制造

4、业水平重要标志例：美国哈勃望远镜形状精度0.01μm；超大规模集成电路最小线宽0.1μm是先进制造技术基础和关键例：陀螺仪球圆度0.1μm，粗糙度Ra0.01μm，导弹命中精度控制在50m范围内；飞机发电机转子叶片加工误差从60μm降至12μm，发电机压缩效率从89%提高到94%；齿形误差从3-4μm减小1μm，单位重量齿轮箱扭矩可提高一倍是新技术的生长点精密制造涉及多种基础学科和多种新兴技术，其发展将会带动和促进这些相关科学技术的发展精密与超精密加工地位精密加工的种类微蚀刻技术微成型加工微切削加工LIGA技术激光加工微电火花加工精密和超精密

5、举例陀螺仪人造卫星仪表的真空无润滑轴承Hubble望远镜飞机发动机叶片大规模集成电路计算机存储介质民用产品陀螺仪右边的圆球就是石英制的转子，近乎完美的球体飞机发动机的叶片大规模集成电路的芯片技术大规模集成电路单晶硅切片制造芯片切割封装芯片局部显微图像大规模集成电路的芯片技术目前0.25-0.18μm已开始进入大生产。0.15-0.13μm大生产技术也已完成开发.集成电路技术是近50年来发展最快的技术，其设计规则从1959年以来40年间缩小了140倍,而平均晶体管价格降低了107倍。集成电路自发明以来，集成电路芯片的集成度每3年提高4倍，而加工

6、特征尺寸缩小√2倍。这Intel公司创始人之一的GordonE.Moore博士1965年总结出的摩尔定律.Hubble望远镜微细齿轮计算机存储介质剃须刀网刃的精密电铸光刻弯曲成形电镀沉积分离精密制造的主要研究领域精密切削精密磨削和研磨特种精密加工微细加工精密加工方法及发展预测超精密加工技术的现状超精密加工技术的新发展超精密加工的设备超精密加工机理研究检测和误差补偿工作环境超精密加工技术的新发展超精密的加工集成系统设备测量、检测计算机控制、补偿环境超精密加工的对象有色金属及合金硬脆材料黑色金属复合材料中小型精密零件的加工精度加工零件(μm)Ra

7、(μm)形状精度激光光学零件0.01~0.0060.1磁头0.02平面度0.04多面镜0.01~0.02平面度0.04磁盘0.01~0.004波度0.02~0.01磁盘0.01~0.004波度0.02~0.01非球面模具0.011~0.3超精密加工的设备美国LLL实验室的DTM-3、LODTM超精密金刚石车床英国Cranfield的OAGM2500超精密金刚石车床欧洲COLATH的超精密金刚石切削机床日本小型超精密金刚石切削机床LODTM超精密金刚石车床LODTM超精密金刚石车床LawrenceLivermoreLaboratory我国研发的

8、纳米级超精密数控车床NAM-800超精密加工机理研究切削工具金刚石刀具——有色金属磨削、研磨——黑色金属工件材料的处理方式检测和误差补偿工件检测光波干涉测量隧道扫描