精密加工_

　　综上所述，精密超精密加工技术已成为目前高科技技术领域的基础。鉴于先进制造技术的迅猛发展，对精度的要求也越来越高，常规工艺已越来越不能满足高精度制造的要求，迫切需要精密超精密加工技术来支持[26]。因此，我们需要不断地探讨适合于未来制造业精密加工的新原理、新方法、新材料等技术，以适应不断发展的现代制造工业的需要。

　　(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。

　　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。

　　航天、航空工业中，人造卫星、航天飞机、民用客机等，在制造中都有大量的精密和超精密加工的需求

　　在激光核聚变、同步加速器放射光技东、半导体超微细加工技术和大型天文望远镜的研究开发方面，大型光学镜是必不可少的[13]。大型光学元件将要求其形状精度选到纳米级[14]。目前，要求超精密加工的工件在逐年大型化，而且对加工精度的要求也在逐步提高。困此，为满足这种需要，超精密加工机床及其有关技术也在不断提高。目前日本和美国正在加紧研究纳米级的超精密加工机床[15]。美国研制的大型超精密加工机床能加工出直径24m、重量900kg，形状精度达0．01m的大型反射镜。随着超精密加工质量的稳定和要求超精密加工的零件数量的剧增国外超精密加工机床正向高效率方向发展。首先通过提高机床转速和刀具进给速度来缩短切削时间。国外超精密切削速度均采用高速，有的已达到l0m／s[16]。为了缩短切削时间，日本正在试验一次走刀就完成粗、精加工为了实现自动运转。还采用自进刀装置。其次是缩短主轴的起动时间，由于主轴必须在几秒钟内高速运转，又耍在几秒内停止，所以现在的机床多采用电机直接带动主轴运转。过去为避免电机的振动传到工件上，将床身和电机分开安装。

　　[2]袁哲俊,王先逵《精密和超精密加工技术》北京、机械工业社、1999.3

　　[4]萧Fra Baidu bibliotek圣《超精密加工机-超精密镜面加工机的动向与技术》北京、机械工业杂志、2003.8

　　近年来，国外在机床上广泛采用计算机进行先行性的前端控制，以实现超精密加工这种方法是利用计算机预先测定加工精度下降的参数并通过计算机进行处理，预测出加工误差，并及时进行补偿，从而可得到高于机床本身结构所能达到的加工精度。用计算机补偿进行超精密加工，这一趋势日益引入重视。因为单靠提高基准元件的精度来提高超精密加工机床的精度是有限的，有时虽能实现但经济上不合算，而且周期长，有时甚至是不可能的[17]。例如，一些超精密加工机床的导轨平直度要求达到0．025 m／m，单靠提高基准导轨的精度无法达到，而采用以激光作基准的计算机补偿方法则可达到上述精度。误差补偿技术的发展关键在于开发和应用灵敏、精确和稳定可靠的超精密传感器和执行机构只有提高传感器和执行机构的分辨率、位移精度和重复精度、误差补偿技术才能在更高精度的加工中得到应用[18]。超精密加工机床的设计原则可以归结为采用运动误差最小的元件和能满足加工形状要求的最简单结构，并在分析机床误差起目的基础上设计机床时考虑采用误差补偿技术[19]。使机床在精度上有一定的柔性：这是一个发展方向。

　　在超精密加工中，精密测量也是个关键。量仪器的精度一般都要求比被涮零件高一个数量缓，所以加工和测量通常是独立进行的。但随着机械加工技术永平的提高，机床本身的精度也大大提高[20]。在这种情况下，配有适当的仪器或采取一定的措施后，机床可以作为计量装置。例如，以气体静压轴承为圆度基准的一些超精密加工机床，其回转精度可迭0．02m，加工零件圆度为0．1左右，用加工机床的轴系作为基准来测量工件是完全可行的，而且通过计算机补偿可把轴系的回转误差消除。目前，国外非常重视把加工和测量结台起来，积极发展了边加工边测量和在监控测量条件下进行高精度加工的方法[21]。这种把加工技术、测量技术和控制技术有机地结合为一体的加工系统是超精密加工机束的典型。这样，机床既是加工机，又是测量机，实现加工计量一体化。

　　加工工具主要是指刀具、磨具及刃磨技术。用金刚石刀具超精密切削，值得研究的问题有：金刚石刀具的超精密刃磨，其刃口钝圆半径应达到2～4nm，同时应解决其检测方法，刃口钝圆半径与切削厚度关系密切，若切削的厚度欲达到10nm，则刃口钝圆半径应为2nm。

　　磨具当前主要采用金刚石微粉砂轮超精密磨削，这种砂轮有磨料粒度、粘接剂、修整等问题，通常，采用粒度为W20～W0.5的微粉金刚石，粘接剂采用树脂、铜、纤维铸铁等。

　　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。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、万博max体育德国、荷兰等。

　　如何充分利用现有超精密加工技术，使之发挥更广泛、更有效的作用是一个不容忽视的重要问题。当加工对象改变时机床结构应能就地(使用现场)根据需要很容易地进行结合和分离。以组成新的机床[22]。采用模块式结构可使机床具有里大的柔性和更高的利用率。模块有两个特定的功能和标准的接口。在生产技术系统中模块是以其自身的独立功能作为子系统而存在的。当各模块之间相互联接时，需要有一个联接界面或接口，此时就存在标准化问题。因此标准化是模块化方法中的一种手段。模块存在于技术系统中既可以是硬件(设备、部件、器件等)，也可以是软件(程序、方法、逻辑普)。模块的多功能可以保证生产技术系统按生产和市场的不同要求，不断进行变更。从这种意义上说，生产技术的模块化，是柔性生产的一个重要前提。当今世界上的市场竞争和科技进步，使工业产品的市场寿命期越来越短[23]。对多变的国内外市场的适应性已成为当今生产技术发展和改造的战略目标。模块化技术方法使这种适应性得以实现和发展，因而近几年受到工业部门和生产技术研究部门的高度重视。利用不同的超精密加工元部件作为模块，组成各种形式的超精密机床是降低成本、缩短制造周期的有效方法。采用空气轴承组件、气浮导轨组件、进给装置、花岗岩底座、隔振气垫等8种模块可组成自口工磁盘、活塞、舞动筒、红外抛物面反射镜、多棱镜、高精度轴承。蓝宝石切割，研磨等10种超精密加工设备[24]。这是推广应用超精密加工技术的一个有效手段。用户可根据需要获得所需的机床。

　　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]。

　　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。

　　在超精密加工领域，机床的精度在很大程度上还取决于材料的性能。故一直在探索使用热膨胀系数趋于零值的材料如陶瓷(它抗热冲击能力强、热变形小、硬度高、耐磨性好，重量比钢铁轻，连续工作可保持周围环境温度不变，是制作静压主轴、轴承的理想材料)导向热膨胀最数趋于零的环氧树脂[25]。石墨复合材料，既有天然花岗岩的高稳定性和高阻尼等优点的人造花岗岩等。

　　(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。

　　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。

　　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。

　　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]。

　　根据加工方法的机理和特点，精密和超精密加工方法可以分为去除加工、结合加工和变形加工三大类。