二十一世纪制造科学与技术发展趋势

1、二十一世纪制造科学与技术发展趋势 哈尔滨工业大学精密工程研究所 精密工程研究所成立于六十年代，主要从精密工程研究所成立于六十年代，主要从事精密、超精密加工的基础理论、关键工事精密、超精密加工的基础理论、关键工艺与设备、精密非标设备及纳米技术，属艺与设备、精密非标设备及纳米技术，属于机械制造及其自动化学科，于机械制造及其自动化学科，19961996年被确年被确定为定为211211工程重点建设学科，首批长江计工程重点建设学科，首批长江计划特聘教授设岗学科，是划特聘教授设岗学科，是“985985”计划重点计划重点建设单位。建设单位。 哈尔滨工业大学精密工程研究所主要研究方向主要研究方向1 1、基础理

2、论研究；、基础理论研究；2 2、纳米加工技术；、纳米加工技术；3 3、超精密加工工艺与设备；、超精密加工工艺与设备；4 4、金刚石刀具刃磨技术；、金刚石刀具刃磨技术；5 5、精密非标设备；、精密非标设备；6 6、微系统制造技术；、微系统制造技术； 哈尔滨工业大学精密工程研究所中国航天超精密加工工艺中心依托单位黑龙江省超精密与特种加工重 点实验室依托单位中国生产工程学会精密工程与 纳米技术专业委员会依托单位 哈尔滨工业大学精密工程研究所 精密工程研究所人员结构 各类专兼职人员 38人 教授 11人 博士导师 7人 副教授 15人 讲师（工程师） 7人 技师、高级技师 5人 哈尔滨工业大学精密工程

3、研究所研究环境与条件目前拥有实验研究基地面积2400平方米，固定资产2500余万元。实验室重大关键设备超精密机床、扫描探针显微镜、原子力显微镜、扫描隧道显微镜、大型精密万能磨床、超精密顶尖孔磨床、双频激光干涉仪、纳米测量仪、高精度坐标镗床、圆弧刃金刚石刀具刃磨机等。 经过“211”工程 、“985”计划重点学科建设，加大了投入，整体研究环境与条件处于国内领先水平。 哈尔滨工业大学精密工程研究所超精密及纳米加工基础理论研究相关国家自然科学基金项目课题: 超精密加工理论和金刚石刀具切削技术研究（重点项目）5880166 超精密加工系统中的理论与关键技术基础（重点项目）59235120 微小零件的纳

4、米加工技术（海外杰出青年基金项目）50028504 微纳米表层形成机理及相关技术基础（重点项目） 59835180 共22项，其中重点项目3项、海外杰出青年基金1项 哈尔滨工业大学精密工程研究所极薄切削技术研究 在对分子动力学仿真技术、极薄切削机理等方面进行深入研究的基础上，实现了3nm厚的极薄切削。接近世界最高水平1nm。 哈尔滨工业大学精密工程研究所直角切削切屑形成的三维仿真直角切削切屑形成的三维仿真 哈尔滨工业大学精密工程研究所斜角切削切屑形成的三维仿真斜角切削切屑形成的三维仿真 哈尔滨工业大学精密工程研究所超精密切削过程的二维有限元仿真超精密切削过程的二维有限元仿真仿真中考虑了切削刃钝

5、圆半径的影响，并把切削刃钝圆半径设为0.2，其它仿真条件为：金刚石刀具前角设为零度，切削深度为0.5微米，切削速度为2500mm/s。工件材料为铝合金。 哈尔滨工业大学精密工程研究所 哈尔滨工业大学精密工程研究所纳米杆拉伸过程的分子动力学仿真纳米杆拉伸过程的分子动力学仿真 哈尔滨工业大学精密工程研究所 哈尔滨工业大学精密工程研究所 压痕深度对单晶铜薄膜硬度的影响压痕深度对单晶铜薄膜硬度的影响碳纳米管机械力学行为的研究碳纳米管机械力学行为的研究 哈尔滨工业大学精密工程研究所单自由度欧拉压杆隔振系统单自由度欧拉压杆隔振系统传感器激振器欧拉压杆负刚度弹簧多自由度超低频隔振系统实物照片多自由度超低频隔

6、振系统实物照片隔振频率：垂直方向为隔振频率：垂直方向为0.75hz0.75hz；水平方向；水平方向0.65hz0.65hz，机械被动隔振。已，机械被动隔振。已申报发明专利。申报发明专利。多自由度超低频隔振平台的研制多自由度超低频隔振平台的研制基于原子力显微镜的纳米加工技术研究 在国内首次利用原子力显微镜和金刚石探头加工出了尺寸在几微米，精度为纳米级的二维（准三维）图形。 哈尔滨工业大学精密工程研究所 c d 金刚石针尖对si表面进行纳米加工实验 哈尔滨工业大学精密工程研究所 哈尔滨工业大学精密工程研究所 哈尔滨工业大学精密工程研究所 哈尔滨工业大学精密工程研究所表面粗糙度分析图表面变质层深度4

7、0n垂直载荷下的微加工域sisisio2腐蚀时间，0秒腐蚀时间，30秒抛光的硅基体sisisisisio2sio2sio2sio2腐蚀时间，0秒腐蚀时间，20秒腐蚀时间，40秒腐蚀时间，60秒115 110 105 100 95115 110 105 100 95115 110 105 100 95 结合能 (ev)sisisio2 100n垂直载荷下的微加工域腐蚀时间，0秒腐蚀时间，40秒 结合能 (ev) 结合能 (ev) 0 4 0 0 8 0 0 1200 0 4 0 0 8 0 0 1200 0 4 0 0 8 0 0 1200 0 4 0 0 800 0 4 0 0 800 0 4

8、 0 0 800 0 4 0 0 800 0 4 0 0 800 计 数率计 数率计 数率计 数率计 数率计 数率计 数率计 数率 对硅表面不同区域进行深度分析时的对硅表面不同区域进行深度分析时的xps谱谱115 110 105 100 95微纳米技术研究微纳米技术研究 微纳米技术研究中心图5 齿轮轮廓图图6 凹曲面结构图 哈尔滨工业大学精密工程研究所 哈尔滨工业大学精密工程研究所 加工的微米尺度微小零件加工的微米尺度微小零件 哈尔滨工业大学精密工程研究所 微纳米技术研究微纳米技术研究 微纳米技术研究中心纳米模板自组装技术 哈尔滨工业大学精密工程研究所微纳米技术研究微纳米技术研究 微纳米技术研

9、究中心 哈尔滨工业大学精密工程研究所微纳米技术研究微纳米技术研究 微纳米技术研究中心 哈尔滨工业大学精密工程研究所微纳米技术研究微纳米技术研究 微纳米技术研究中心 哈尔滨工业大学精密工程研究所kdpkdp特殊晶体加工机理与实验研究特殊晶体加工机理与实验研究kdpkdp晶体的压痕形貌检测晶体的压痕形貌检测 c) p=0.12n d) p=0.5nkdpkdp晶体的压痕实验晶体的压痕实验a)p=0.04n b) p=0.06n kdpkdp晶体晶体110110方向表面粗糙方向表面粗糙度度afmafm图片图片kdpkdp晶体晶体001001方向二维形貌方向二维形貌afmafm图图 国内最早研究eli

10、d磨削技术的单位。在精密机床上，已实现了光学玻璃、陶瓷、硬质合金等多种难加工材料的镜面磨削。加工零件的表面粗糙度ra10nm，已在23所、205所、230厂等单位应用。elid磨削技术 哈尔滨工业大学精密工程研究所巡航导弹下视镜非球曲面超精密磨削技术 攻克了超精高速磨头、光学零件超精密磨削工艺等多项关键技术的基础上，在国内首次用超精密机床磨削出玻璃材料的非球曲面透镜。为新一代杀手锏武器的研制和批产提供了先进工艺技术。主轴回转精度：0.05m导轨直线度:0.2m/200mm恒温油温控精度:0.004c微量进给精度：0.05m加工的零件精度：0.2m加工的零件: ra0.02m鉴定结论：国内领先,

11、国际先进。获部级一等奖超密精加工机床的研制 哈尔滨工业大学精密工程研究所超精密铣床超精密铣床该机床可以实现大型平面的超精密铣削加工。该机床可以实现大型平面的超精密铣削加工。主要技术指标：主要技术指标：主轴回转精度：主轴回转精度：0.05m 导轨直线度导轨直线度:0.2m/600mm 哈尔滨工业大学精密工程研究所 非球面光学零件的超精密加工设备与工艺技术研究非球面光学零件的超精密加工设备与工艺技术研究装配中的非球面光学零件加工机 哈尔滨工业大学精密工程研究所 小型超精密加工机床小型超精密加工机床 哈尔滨工业大学精密工程研究所 微型制造系统的研究微型制造系统的研究微小加工机床微小加工机床 哈尔滨工

12、业大学精密工程研究所复杂曲面数控系统的研制与加工实验研究复杂曲面数控系统的研制与加工实验研究 哈尔滨工业大学精密工程研究所直径为7m的微细电极微细长轴的微细长轴的sem照片照片 哈尔滨工业大学精密工程研究所内径为23、螺距为10螺纹 圆弧刃金刚石刀具刃磨与检测技术 研制了国内首台六轴超精密圆弧刃金刚石刀具刃磨机和首台金刚石刀具刃口检测仪。技术指标：圆弧半径精度：0.1m；刃口半径检测精度：30nm。国内领先。 哈尔滨工业大学精密工程研究所精密非标设备的设计与制造 将现代设计理论及方法应用于国防非标设备的研制中，完成了42台套国防大型精密非标设备，为我国战略武器（df31)、载人航天工程（神州-

13、1号）、杀手锏武器（巡航导弹、巨浪-2号）、战术武器（hy-6号）的研制、打破国外禁运做出了重要贡献。 哈尔滨工业大学精密工程研究所 哈尔滨工业大学精密工程研究所 设计制造了大承载（3t)、高刚度(2000n.m/sec)、高精度(0.2sec)空气静压轴承。其有效直径达350mm，零件圆度为0.5m,堪称中国第一。6m长大臂材料采用碳纤维复合材料，通过设计材料纤维走向，热膨胀系数接近于零。大型精密离心机 哈尔滨工业大学精密工程研究所 哈尔滨工业大学精密工程研究所根据国防工程项目研究的需要，研制了世界上尚无商品出售的大型圆柱度仪，其技术指标：可测零件尺寸：650mmx1100mm承 载：500

14、0n 超精密检测技术大型圆柱度仪 哈尔滨工业大学精密工程研究所 解决了高精度轴系、大型铝合金框架等关键部件的动静态设计、制造和装配等关键技术，研制了我国目前技术水平最高的多种大型精密三轴转台,其性能达到了目前美国cgc公司、德国mbb公司同类产品的水平。大型精密三轴转台 哈尔滨工业大学精密工程研究所多种型号的转台多种型号的转台 哈尔滨工业大学精密工程研究所 高精度五轴仿真转台 哈尔滨工业大学精密工程研究所uut三轴仿真转台（三轴仿真转台（2002年）年） 哈尔滨工业大学精密工程研究所 哈尔滨工业大学精密工程研究所 out型双台面高精度仿真转台（型双台面高精度仿真转台（2003年）年） 哈尔滨工

15、业大学精密工程研究所六自由度动基座瞄准模拟系统（2002年） 哈尔滨工业大学精密工程研究所高精度双轴测试转台 哈尔滨工业大学精密工程研究所高精度双轴测试转台（2000年） 哈尔滨工业大学精密工程研究所 哈尔滨工业大学精密工程研究所 哈尔滨工业大学精密工程研究所 在解决了两极隔振、自适应温度控制等关键技术的基础上，设计制造了小卫星相机的机械系统，研制出国内第一台小卫星相机。技术指标：轨道高度：500km；地面幅宽：20km分辨率： 2m； 小卫星相机的研制 哈尔滨工业大学精密工程研究所 哈尔滨工业大学精密工程研究所 哈尔滨工业大学精密工程研究所神光神光iii原型装置终端光学组件原型装置终端光学组件 哈尔滨工业大学精密工程研究所 哈尔滨工业大学精