超精密加工技术综述

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1、超精密加工技术综述摘要超精密加工技术的发展，直接影响到一个国家尖端技术和国防工业的发展，因此世界各国对此都极为重视，投入很大力量进行研究开发，同时实行技术保密，控制关键加工技术及设备出口。1.前言精密超精密加工技术是2O世纪6O年代发展和完善起来的，现已成为当代高技术产品的关键制造技术。近2O年来，精密超精密加工不仅进入到国民经济的各个领域，而且正从单件小批量生产方式走向规模生产，可以预见，随着新产品的不断涌现，精密超精密加工的应用范围将进一步扩大[1]。当前，精密加工是指加工精度为1～O．1m，表面粗糙度为0．2～0．01m的加工技术；而超精密加工则是指加工精度高于0．1m、表

2、面粗糙度小于0．025m，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0．01m的加工技术[2]。超精密技术在现代制造领域中，占有极为重要的地位。它不仅是制造尖端设备、现代武器、机电产品和光电元件的关键技术，而且也是取得国际竞争优势的重要技术之一。美国是超精密加工技术研究与开发起步最早的国家。60年代初，为了发展航空航天技术、计算技术、激光技术和自动控制技术等尖端技术，组织了一批工人和实验室进行超精密加工技术的研究。经过30余年的发展，这类公司、企业已有下数十家公司与实验室，是美国精密加工技术的典型单位。日本虽起步较晚，但利用其机械和电子工业的成果，大量引进国外先进技术并使之日奉化。

3、此外，日本很重视应用研究，已成为当今世界上超精密技术发展最快的国家。超精密机床的厂商二三十家，其中比较闻名的有东芝机械、不二越、理研、江黑制作所等。超精密加工的技术水平在国际上领先，可以与美国相抗衡。目前已达到o．1ttna的高度，预计到2013年将会突破亚微米级加工而进入纳米级加工。在本领域，发展较快的国家还有英国、德国、荷兰等。实现零件超精密加工的途径主要有两条：一是用高精密加工机床，加工高精度零件；二是用误差补偿技术，来提高零件的加工精度。但这个界限随着加工技术的进步不断变化，今天的精密加工可能就是明天的一般加工[3]。2.工作原理根据加工方法的机理和特点，精密和超精密加工

4、方法可以分为去除加工、结合加工和变形加工三大类。1．1去除加工去除加工又称为分离加工，是从工件上去除一部分材料，传统的机械加工方法，如车削、铣削、磨削、研磨和抛光等，以及特种加工中的电火花加工、电解加工等，均属这种加工方法[4]。1．2结合加工利用物理和化学方法，将不同材料结合(bond—ing)在一起。按结合的机理、方法、强弱等，它又分为附着(deposition)、注入(injection)和连接(jointed)3种[5]。1)附着加工又称为沉积加工，是在工件表面上覆盖一层物质，是一种弱结合，典型的加工方法是镀覆；2)注入加工又称为渗入加工，是在工件表面上注入某些元素，使之

5、与基体材料产生物理化学反应，是具有共价键、离子键、金属键的强结合，用以改变工件表层材料的力学机械性质，如渗碳、渗氮等；3)连接加工是将2种相同或不同材料通过物化方法连接在一起，如焊接、粘接等。1．3变形加工变形加工又称为流动加工，是利用力、热、分子运动等手段，使工件产生变形，改变其尺寸、形状和性能。从材料在加工过程中的流动分析，去除加工是使材料逐渐减少，一部分材料变为切屑，这种流动称为分散流。结合加工是使材料逐渐增加，这种流动称为汇合流。变形加工是使材料基本不变，这种流动称为直通流。多年来，传统加工的概念一直局限于去除加工和表面结合加工。近年来，提出了电铸、晶体生长、分子束外延和

6、快速成型等加工方法，突破了传统加工概念[6]。近年来，在传统加工方法中，金刚石刀具超精密切削、金刚石微粉砂轮超精密磨削、精密高速切削、精密砂带磨削等已占有重要地位；在非传统加工中，出现了电子束、离子束、激光束等高能加工、微波加工、超声加工、蚀刻、电火花和电化学加工等多种方法，特别是复合加工，如磁性研磨、磁流体抛光、电解研磨、超声珩磨等，在加工机理上均有所创新。1.设备对精密和超精密加工所用的加工设备有下列要求。(1)高精度。包括高的静精度和动精度，主要的性能指标有几何精度、定位精度和重复定位精度、分辨率等，如主轴回转精度、导轨运动精度、分度精度等；(2)高刚度。包括高的静刚度和

7、动刚度，除本身刚度外，还应注意接触刚度，以及由工件、机床、刀具、夹具所组成的工艺系统刚度。(3)高稳定性。设备在经运输、存储以后，在规定的工作环境下使用，应能长时间保持精度、抗干扰、稳定工作。设备应有良好的耐磨性、抗振性等。(4)高自动化。为了保证加工质量，减少人为因素影响，加工设备多采用数控系统实现自动化。加工设备的质量与基础元部件，如主轴系统、导轨、直线运动单元和分度转台等密切相关，应注意这些元部件质量。此外，夹具、辅具等也要求有相应的高精度、高刚度和高稳定性。加工工