超精密加工方法超精密加工刀具超精密加工设备超精密加工环境超

第三章

先进制造工艺技术第一节

精密与超精密加工技术一、精密与超精密加工技术概述1、精密加工与超精密加工定义

精密加工是指加工精度在0.1～lμm之间，表面粗糙度Ra在0.lμm以下（称微米加工）

超精密加工的加工精度在0.lμm以下，表

面粗糙度在0.02μm以下（称为亚微米加工）2、精密加工与超精密加工的特点“蜕化”和“进化”加工原则微量切除（极薄切削）形成综合制造工艺系统与自动化联系十分紧密特种加工方法和复合加工方法的出现加工检测一体化3、精密与超精密加工的应用与进展超精密加工研究范畴：（关键技术）超精密加工方法超精密加工刀具超精密加工设备超精密加工环境超精密加工精度的在线检测及计量测试3、精密与超精密加工的应用与进展

美国是研究最早的国家，处于世界领先地位，以民品应用为主要对象英国的克兰菲尔德精密工程研究所有较高声誉

日本起步较晚，发展最快，以发展国防尖端技术为主要目标。

我国在70年代末期有长足进步，80年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件二、超精密加工方法1、去除加工（分离加工）从工件上去除一部分材料。超精密切削加工形面示例（图为各种镜面切削加工的形面）2、结合加工

利用物理和化学方法，将不同材料结合在一起。按结合的机理、方法、强弱等，分为附着、注入和连接三种。3、变形加工（流动加工）

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。三、超精密加工刀具

刀具要求：能均匀去除不大于工件加工精度，且厚度极薄的金属层或非金属层刀具种类：金刚石刀具；超精密磨削砂轮金刚石刀具1、金刚石刀头的特性：

颜色：有红色和绿色等多种颜色，其硬度随颜色而不同；硬度：显微硬度值比其他物质高许多；热传导率：在矿物中最大。金刚石刀具2、金刚石刀头的制造：成形：采用研磨加工方法；研磨方法：用空气轴承的研磨机；特殊刀头的形状超精密磨削砂轮超精密磨削质量控制方面的首要因素：砂轮磨料：应与工件材料选配适当；磨料粒度：具备形成微刃的粒度；砂轮硬度：硬度中软。四、超精密加工设备超精密加工机床主要功能部件：主轴及其驱动装置导轨及进给驱动装置微量进给装置典型液体静压轴承主轴结构原理图1—径向轴承

2—推力轴承

3—真空吸盘双半球空气静压轴承主轴1—前轴承

2—供气孔

3—后轴承

4—定位环压器6—无刷电动机—多孔石墨5—旋转变7—外壳

8超精密主轴结构静压导轨平面型空气静压导轨1—静压空气

2—移动工作台

3—底座微量进给装置一双T形弹性变形式进给装置原理图微量进给装置二压电陶瓷式微进给装置1—刀夹2—机座3—压电陶瓷4—后垫块5—电感测头6—弹性支承五、精密加工环境

超精密加工必须在超稳定的环境下进行。超稳定环境：恒温、超净和防振。六、超精密加工精度的在线检测及计量测试

对加工误差进行在线检测，实时建模与动态分析预报，再根据预报数据对误差源进行补偿，从而消除或减少加工误差。六、超精密加工精度的在线检测及计量测试大距离的测量仪器：双频激光干涉仪

小距离的测量仪器：电容式、电感式测微仪、光纤测微仪

更小测量范围的测量仪器：扫描隧道显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜激光干涉仪SPA-400多功能扫描探针显微镜回