精密加工-1 (第一章 绪论)

精密加工(精密与超精密加工技术)

总学时：32，其中实验2学时（精密测量）教材与参考书：

1.精密和超精密加工技术 主编：袁哲俊、王先奎机械工业出版社

2.先进制造技术 主编：盛晓敏机械工业出版社

3.精密与特种加工 主编：王贵成武汉理工大学出版社第一章绪论

目的：了解精密加工和超精密加工的定义、研究内容及应用。

重点：精密加工和超精密加工的定义、研究内容及应用。为什么要研究、发展精密和超精密加工技术？机械工业是国民经济发展的基础，为其他行业提供技术装备；而技术装备的水平和质量影响各行业生产技术的水平。国家要振兴机械装备制造业，先进制造技术是振兴机械装备制造业的重要组成部分。精密和超精密加工技术又是先进制造技术中最具有实质性的重要组成部分，它是先进制造技术的基础和关键。一、精密加工和超精密加工的概念1.加工的定义和种类（1）加工的定义：改变原材料、毛坯或半成品的形状、尺寸及表面状态，使之符合规定要求的各种工作的统称。规定要求：加工精度和表面质量加工精度：是指零件在加工以后的几何参数（尺寸、形状、位置）与图纸规定的理想零件的几何参数相符合的程度。符合程度越高，加工精度则越高。（在加工中不可能把零件做的绝对准确，总会产生一些偏差，即加工误差）理想零件：形状：就是绝对正确的圆柱面、平面、锥面等； 位置：绝对平行、垂直、同轴或成一定角度等； 尺寸：零件尺寸的公差带中心。表面质量：指已加工表面粗糙度、残余应力及加工硬化。（2）加工的种类：铸造加工、锻造加工、切削加工、焊接加工、特种加工（电火花加工、电化学加工、电子束加工、离子束加工等）。精密加工：是指在一定时期，加工精度和表面质量达到较高程度的精密加工技术（加工工艺）。超精密加工：是指在一定时期，加工精度和表面质量达到最高程度的精密加工技术（加工工艺）。★强调时间概念：不同时期，精密和超精密加工所达到的程度是不一样的。2.精密加工和超精密加工的定义3.加工的划分普通加工：加工精度在1m以上（粗加工IT13～IT9、半精加工IT8～IT7、精加工IT6～IT5），粗糙度Ra0.1-0.8m。加工方法：车、铣、刨、磨等。适用于：普通机械（汽车、拖拉机、机床）制造等。精密加工：加工精度在1～0.1m

，粗糙度Ra0.1m以下（一般Ra0.01～0.1m

）的加工方法。加工方法：车削、磨削、研磨及特种加工。适用于：精密机床、精密测量仪器等中的关键零件的制造。超精密加工：加工精度在0.1～0.01m

，粗糙度小于Ra0.01m（Ra0.01～Ra0.001m）的加工方法。加工方法：金刚石刀具超精密切削、超精密磨削、超精密特种加工。适用于：精密元件的制造、计量标准元件、集成电路等的制造。普通加工（一般加工）、精密加工和超精密加工。集成电路集成度与最小线条宽度：集成电路的发展要求电路中各种元件微型化，使有限的微小面积上能容纳更多的电子元件，以形成功能复杂和完备的电路。提高超精密加工水平以减少电路的最小线条宽度成为提高集成电路集成度的技术关键（见表1－1）。表1－1集成度与最小线条宽度单元芯片上的单元逻辑门电路数单元芯片上的电子元件数最小线条宽度(m)小规模集成电路<10~12<100≤8中规模集成电路12~100100~1000≤6大规模集成电路>100~<1041000~1053~6超大规模集成电路≥104≥1050.1~2.5普通加工、精密加工与超精密加工之间的界限并不是固定不变的。随着加工技术的不断进步，各类加工所能达到的精度范围也在不断提高。国防工业上的需求： 如对导弹命中精度起决定作用的陀螺仪、人造卫星 的仪表轴承等。

信息产品中的需求： 计算机芯片、磁盘基片、光盘基片等。

民用产品中的需求： 照相机、摄像机透镜，超精密加工设备等。二、精密和超精密加工的需求单件大型超精密零件的切削加工。大量生产的中小型精密零件的加工。表1－2中小型精密零件的加工精度加工零件平均加工精度(m)激光光学零件表面粗糙度Ra0.01~0.006形状精度0.1磁头表面粗糙度（最大）Ra0.02平面度0.04多面镜表面粗糙度Ra0.01~0.02平面度0.04三、精密和超精密加工技术的应用四、精密和超精密加工技术的地位和作用国家制造业水平的重要标志之一金刚石刀具切削刃钝圆半径大小，日本称达到2nm，我国处于亚微米水平。先进制造技术的基础和关键先进制造技术包含内容较多，如CAD、CAM、CAPP，以及CIMS、并行工程、精良生产、敏捷制造、虚拟制造、绿色制造等，这些很重要和必要，它们代表了高新制造技术的一个方面。但是作为制造技术的主战场，作为真实产品的实际制造，必然要靠精密和超精密加工技术，它是实实在在的制造技术。当代的精密工程是现代制造技术的前沿，也是明天制造技术的基础它已成为国际竞争中取得成功的关键技术，在尖端产品和现代化武器的制造占有非常重要地位。因为提高加工精度和表面质量，可提高产品的性能和质量，提高其稳定性和可靠性。如汽车工业、汽车性能、质量、稳定性、可靠性与其加工质量密切相关五、精密加工和超精密加工技术1.精密加工和超精密加工技术可简称精密工程，它的实施是一个系统工程。以产品为核心。以人、技术、组织为基础，体现人、技术、组织的三结合，强调人的作用，技术的关键性和组织的重要性。图1-1精密加工和超精密加工的体系结构加工设备的精度、检测仪器的精度、技术人员及操作人员的经验和技艺水平三者决定工件加工精度。影响精密加工和超精密加工的因素很多：图1-2精密工程的影响因素2.精密加工和超精密加工技术(1)加工技术（精密加工和超精密加工技术包括的内容）

切削、磨削加工：精密切削和磨削、超精密切削与磨削。特种加工：它是指一些利用热、声、光、电、磁、原子、化学等能源的物理的，化学的非传统加工方法。b.电化学加工：利用电能转换为化学能进行加工，分为去除加工（电化学腐蚀）和堆积加工，如：电解加工（ECM）和涂镀加工（EPM）。a.电物理加工：利用电能转换为热能进行加工，如电火花加工（EDM），电子束加工（EBM），离子束加工（IBM）等。c.物理加工：有两种加工：利用声能转换为机械能进行加工和利用光能转换为热能进行加工。如超声波加工（USM）、激光束加工（LBM）。d.化学加工：利用化学能来进行加工。光刻加工包括刻蚀加工和光化学加工，主要用于制作集成电路、微型机械等高精度微细线条所构成的高密度微细复杂图形，是纳米加工的一种重要加工手段。e.复合加工：常规方法与特种加工方法结合形成的加工，如电解磨削、机械化学研磨。（2）工具技术包括工具材料、结构及磨料等。如金刚石刀具（刃口钝圆半径和晶面选择）、超精密磨料。(3)机床技术（加工设备）精密和超精密加工设备应具有以下一些要求：高精度主要性能指标有几何精度、运动精度。如超精密机床的主轴回转精度大多在0.02～0.03m

。设备的关键部件是主轴轴承，大多采用液体静压轴承和空气静压轴承。高刚度包括静刚度和动刚度，工艺系统刚度也要考虑。高稳定性应具有良好的耐磨性、抗振性、热稳定性。高自动化实现自动控制。(4)测量技术“没有测量就没有科学”测量装置：三坐标测量机、表面粗糙度测量仪、圆度仪等。检测技术：在线检测和误差补偿。(5)工作环境条件恒温：20℃±(1～0.02)℃恒湿：35﹪～45﹪空气净化、防振等。(6)超精密加工的材料作为一个产品，必须考虑设计、工艺和材料三者合理的配合。材料选择影响产品的质量、寿命、制造成本。

目前主要有铜、铝及其合金。六、精密加工和超精密加工的特点形成了系统工程它是一门多学科的综合高级技术。它与特种加工关系密切传统加工方法与非传统加工方法相结合。加工检测一体化在线检测并进行实时控制、误差补偿。与自动化技术联系密切依靠自动化技术来保证。与产品需求联系紧密加工质量要求高、技术难度大、投资大、必须与具体产品需求相结合。七、精密加工和超精密加工的发展趋势和技术前沿向高精度方向发展随着科学技术的发展和进步，对精度、效率和质量的要求愈来愈高，超精密加工技术要向加工精度的极限冲刺，当前的目标是向纳米级加工精度进军，而现状是处于亚微米级加工水平。向大型化、微型化方向发展

1).由于航天航空技术的发展，大型光电子器件要求大型超精密加工设备。如美国已研制出加工直径2.4-4m的大型光器件超精密机床。2).由于微型机械、集成电路的发展，如微型传感器、微型机器人等，超精密加工技术向微型化发展。向加工检测一体化发展实现在线检测与误差补偿，才能提高加工精度。研究新型超精密加工方法的机理它的研究往往具有突破性新材料的研究1).新刀具（工具）材料和磨料；2).被加工材料影响加工质量。八、课程性质、目的与任务机械设计、制造及其自动化专业的一门专业课；通过本课程的学习，从理论上认识精密和超精密加工过程的一般现象及基本规律；能按具体加工条件选择合理的金刚石刀具、磨具、切削用量、机床