《先进制造技术》教案 第8课 先进制造工艺技术（三）

第八课先进制造工艺技术(三)

2课时(90min)

知识技能目标：

(1)掌握超精密力01技术的基本概念、材料、设备及环境

(2)掌握超精密磨削加工的关键技术

(3)掌握几种典型的超精密研磨和抛光方法

教学目标

(4)了解超精密加工的发展趋势

素质目标：

培养作为一名机械专业技术人员必须具备的刻苦专研和锲而不舍的学习精神，严谨的科学态度和积极向上的价值

观，为未来的专业深造和工作奠定坚实的基础

教学重点：超精密加二技术的基本概念、材料、设备及环境，超精密磨削加工的关键技术，几种典型的超精密研磨

教学重难点和抛光方法

教学难点：超精密加工的在线监测及误差补偿

教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法

教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程主要教学内容及步骤

【教师】使用文旌课堂APP进行签到

考勤

【学生】按照老师要求签到

【教师】讲一些先进制造技术的案例

新谡预热

【学生】聆听、记录、理解

【教师】提出以下问题：

问题导入

你知道什么是超精密加工吗？

【学生】聆听、思考、举手回答

【教师】通过大家的发言，引入新的知识点，讲解超精密加工技术的基本概念、材料、设备及环境，超精密磨削加

工的关键技术，典型的超精密研磨和抛光方法，超精密加工的在线监测及误差补偿，以及超精密加工的发展趋势等

知识

3.3超精密加工技术

3.3.1超精密加工技术概述

【教师】利用多媒体展示“不同时期加工精度的发展曲线”图片，并进行讲解

超精密加工是现代技术竞争的重要支撑技术，是现代高科技产业和科学技术的发展基础，是现代制造科学的发展

传授新知

方向，它已成为全球市场竞争取胜的关键技术。

超精密加工技术是以不改变工件材料物理特性为前提，以获得极限的形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、表面完

整性(无或极少的表面损伤)为目标的加工技术。超精密加工只是一个相对的概念，其界限会随着时间的推移而变化，

3.3.2超精密加工材料

超精密加工应选用适当的加工材料才能保证加工质量。用于超精密加工的材料，在化学成分、物理和力学性能等

方面均有严格要求。首先，该材料应当质地均匀，成分准确，性能稳定、一致，无外部和内部微观缺陷。其次，在化

学成分方面，其误差应当达到10-3-10-2数量级，并且应控制其杂质含量或不含杂质；在物理和力学性能方面，其抗

拉强度、硬度、伸长率、弹性模量、热导率、膨胀系数等，其误差应达到10-6~10-5数量级。

此外，在冶炼、铸造、轧辗、热处理等工艺过程中还需要严格控制温度，熔渣过滤，晶粒大小、均匀性及方向性

&

*

等对材米隹物理、化学、力学等性能方面的影响。例如，高密度硬磁盘的片基使用专门的铝合金材料，在冶炼过程中，

采用特殊的熔渣过滤装置，可防止表面生成氧化层；在轧制过程中，采用两个方向交替滚轧，可防止晶粒产生纤维状

态，影响物理性能的均匀性.

3.3.3超精密加工设备及环境

1.超精密加工设备

超精密加工的设备应满足高精度、高刚度、高加工稳定性和高度自动化等要求。

高精度：包括较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。

>高刚度：包括较高的静刚度和动刚度，除其本身刚度外，还应包括接触刚度，以及由工件、机床、刀具、

夹具所组成的工艺系统刚度。

>高稳定性：设备在经运输、存储、安装调试后，在规定的工作环境下应能长时间保持精度、抗干扰、稳定

地工作，还应有良好的耐磨性、抗振性、热稳定性等。

高度自动化：为保证加工质量，减少人为因素影响，加工设备多采用数控系统实现自动控制，或采用计算

机控制来实现适应控制，以保证零件生产加工要求。

2.超精密加工环境

【教师】提出问题：

你知道超精密加工对工作环境有哪些要求吗？

【学生】聆听、思考、举手回答

【教师】总结学生的回答，并讲解新知

超精密加工的工作环境对加工质量有较大影响，所以，良好的工作环境是保证加工质量的必要条件。其工作环境

主要有温度、湿度、净化和痂辰等方面的要求。

恒温：一般可采用专门恒温室的整体恒温和恒温罩的局部恒温两种方法来实现，环境温度可根据加工要求

控制在20℃（波动范围±0.02-1.00℃）

恒湿：恒温室内一般会将湿度保证在55%~66%,以防止机器锈蚀、石材吸水膨胀，以及对一些仪器产生影

响，如激光干涉仪的零点漂移等。

净化：对空气进行净化可防止空气中的尘埃划伤被加工表面。净化可分为整体净化^局部净化。

防振：主要是防止机床等加工设备产生的振动，或者从地基传入的来自加工设备外部的振动。

超精密加工有时还需要一些特殊的工作环境，如防磁、防静电、防电子辐射、防声波、防X射线、防原子辐射等，

可根据需求对整体环境或局部环境进行处理。如表3-5所示，由于加工零件的精度和加工方式的不同，对超精密加工

环境的要求也有所不同。

表3-5超精密加工环境基本构成条件

环境控制要求技术空间

洁净度、风速、风向、空气过滤、风量控制、换洁净室、高压室、真空室、

空气环境

压力气、层流气流气密室

温湿度环境温度、湿度加热、冷却、加湿、除湿恒温室、恒湿室

频率、振动（加速度、

振动环境耐振、防振、免振、制振符振动适应室、免振建筑物

位移）

声音环境声压、频率遮音、吸音、消音无响室、微响室

光环境照度、亮度、显色性光源质量、器具形态排列、曝光室、调光室、杀菌室

光量、强光、闪光

■电磁波环境电场强度屏蔽、电波屏蔽室、电波暗室

静电环境导电性防止带电防静电室

同步加速器室、杀菌室、减

放射线环境强度、半衰期遮蔽

菌室

3.3.4超精密切削加工

超精密切削加工主要是指由高精度的机床和单晶金刚石刀具进行的超精密车削，可用于加工有色金属材料及其合

金，以及光学玻璃、石材和碳素纤维等非金属材料，加工对象是精度要求很高的镜面零件。

1.超精密切削加工对刀具的要求.

【教师】提出问题：

你知道超精密切削加工对刀具有哪些要求吗？

【学生】聆听、思考、举手回答

【教师】总结学生的回答，并讲解新知

为实现超精密切削，其刀具应具有以下性能：

①有极高的硬度、耐磨性和弹性模量，可以保证刀具有很长的寿命和很高的尺寸耐用度；

②刃口应能刃磨得极锋利，能够满足超微薄切削的要求；

③切削刃应没有缺陷，能够得到超光滑镜面；

④与工件材料的抗黏接性好，化学亲和性小，摩擦因数低，能够得到极好的加工表面质量。

2.金刚石刀具

金刚石由于具有无与伦比的硬度，所以一直以来都作为超精密加工的最佳切削刀具材料。它分为天然金刚石刀具、

细粒度的复合聚晶金刚石刀具和粗粒度复合聚晶金刚石刀具等，其选用条件如下：

①当表面质量要求极高，表面粗糙度值Ra在。04pm以下时，直选用天然单晶金刚石刀具，在高精密机床上进

行精细切削；

②当表面粗糙度要求Ra在().04~0.4Mtn范围内时，可采用细粒度的复合聚晶金刚石刀具在精密机床上加工；

③当表面粗糙度Ra在0.4jim以上时，此时刀具的耐磨性成为主要矛盾，可选用粗粒度的复合聚晶金刚石刀具。

金刚石刀具的主切削刃和副切削刃之间采用过渡刃，对加工表面起到修光作用，可以设计成圆弧形或带直线的修

光刃，以减少切削残留面积对粗糙度的影响。采用圆弧修光刃，对刀容易，使用方便，但不能选用大的进给量，且刀

具制造研磨有难度，价格高.国外金刚石刀具多采用圆弧修光刃，推荐的修光刃圆弧半径r在0.5~1.5nun之间。直

线修光刃可采用较大的进给量，刃磨质量也容易保证。

金刚石精密切削技术在航空航天领域超精密零件的加工和在精密光学器件及其民用产品的加工中，都取得了良好

的效果.

3.3.5精密与超精密磨削加工

精密与超精密磨削加工是利用细粒度的磨粒和微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工，以得到高的加工精度和低

的表面粗糙度值。

I.在线电解修整磨削技术

【教师】利用多媒体展示“在线电解修锐法原理图”图片，并进行讲解

在线电解修整(ElectrolyticInProcessDressing,ELID)磨削是在磨削过程中，利用非线性电解的修整和金属结合

剂作用的动态平衡，对砂轮进行连续的修锐修整，使砂轮磨粒获得恒定的突出量，从而实现稳定、可控、最佳的磨削

&

*

过程，它适用于对硬脆材料进行超精密镜面磨削。

ELID磨削技术具有效率高、精度高、表面质量好、加工装置简单及加工适应性广的优点。将金属结合剂超硬磨

料砂轮与电源正极相连接作为阳极，石墨电极作为阳极，砂给电极间隙通过电解磨削液，利用电解过程阳极溶解效应，

对砂轮表层的金属结合利进行电解去除，从而逐渐露出崭新锋利磨粒，实现对砂轮修整的作用，在此过程中会形成一

层钝化膜附看于砂轮表面，抑制砂轮过度电解，从而使砂轮始终以最佳磨削状态连续进行磨削加工。

2.非球曲面精密加工技术

(1)非球曲面磨肖殿术的发展

目前高精度非球曲面和自由曲面的应用广泛，其相应的加工制造技术也发展迅速。高精度非球曲面和自由曲面可

以采用磨削方法加工。日本以超精密车床为基础，结合EL1D镜面磨削技术，发展了加工回转体非球曲面的ELID精

密数控镜面磨床，后来又发展了三坐标联动数控ELID精密镜面磨床，可加工精密自由曲面，达到镜面。现在国外生

产的超精密数控金刚石车床可用自带的磨头代替金刚石车刀来磨制回转体非球曲面.国外还发展了多种多坐标数控磨

床，可用于磨制各种精密自由曲面.

(2)精密自由曲面的检测

精密自由曲面的检测技术在近年有较大进展，现在常用非接触式激光干涉形貌测量法进行测量，如非接触式激光

干涉形貌测量仪的测量分辨率为01nm,测高量程为8mm,在低分辨率测量挡时，测量范围更大。还可用精密形貌

测量仪测出表面轮廓上各点的坐标尺寸，再将测量结果转化为三维立体彩色图形进行分析.

3.超精密磨削加工

超精密磨削是指加工精度达到或高于0.1nm,表面粗糙度Ra彳氐于0.025的一种亚微米级加工方法，其精度正

面向纳米级发展。超精密磨削的关键在于砂轮的选择、砂轮的修整、磨削速度及磨削液的选择，

(1)砂轮的选择

超精密磨削所使用的砂轮，其材料多为金刚石、立方筑化硼(CBN)磨料,因其硬度极高，故一般称为超硬磨料

砂轮。金刚石砂轮有较强的唇削能力和较高的磨削效率，对于加工非金属硬脆材料、硬质合金、有色金属及其合金有

较大优势。但由于金刚石易与铁族元素产生化学反应和亲和作用，所以对于硬而韧、高温硬度高、热导率低的钢铁材

料，采用具有较好热稳定性和较强化学情性的立方氮化硼砂轮磨削更加适合。

超硬磨料砂轮通常有以下几种：

>树脂结合砂轮：能够保持良好的锋利性，可加工出较好的工件表面，但耐磨性差，磨粒的保持力小，适用

于磨削硬质合金和金属陶瓷等难磨材料。

>金属结合砂轮：有很好的耐磨性，磨粒保持力大，形状保持性好，磨削性能好，但目锐性差，砂轮修整困

难，适用于磨削石材、玻璃、陶瓷等材料。常用的结合剂材料有青铜、电镀金属和铸铁纤维等。

>陶漆结合砂轮：它以硅酸钠作为主要成分的玻璃质结合剂，化学稳定性高，耐热、耐酸碱性好，但脆性较

大，它与树脂结合剂都适用于CBN砂轮。

(2)砂轮的修整

砂轮的修整一般包括修形和修锐两个过程。修形是使砂轮达到一定精度要求的几何形状；修锐是去除磨粒间的结

合剂，使磨粒突出结合剂一定高度，形成足够的切削刃和容屑空间。修形要求砂轮有精确的几何形状，修锐要求砂轮

有较好的磨削性能。

普通砂轮的修形和修锐通常是同步进行的，而超硬磨料砂轮的修形和修锐通常是分先后两步进行的。由于超硬磨

料砂轮所用的金刚石和立方氮化硼材料都比较坚硬，很难用别的磨料磨削形成新的切削刃，故常通过去除磨粒间结合

剂的方法，使磨粒突出结合剂一定高度，形成新的切削刃。

超硬磨料砂轮修整的方法可归纳为以下几类：

①车削法。

车削法是用单点、聚晶金刚石笔、修整片等车削金刚石砂轮以达到修整的目的.该方法的修整精度和效率都比较

高；但修整后的砂轮表面平滑，切削能力低，同时修整成本也高。

②磨削法C

磨削法是用普通磨料砂轮或砂块与超硬磨料砂轮进行对磨修整。普通砂轮磨料如碳化硅、刚玉等磨粒被磨碎后，

对超硬磨料砂轮结合剂起到切削作用，失去结合剂后磨粒就会脱落，从而达到修整的目的。该方法的效率和质量都较

高，是目前较常用的修整方法，但对普通砂轮的磨损消邮大.

③喷射法。

喷射法是将碳化硅、刚玉磨粒从高速喷嘴喷射到转动的砂轮表面，从而去除部分结合剂，使超硬磨粒突出，该方

法主要用于修锐。

④电解在线修锐法。

电解在线修锐法，即ELID磨削，主要针对铸铁纤维为结合剂的金刚石砂轮，应用电解加工原理完成砂轮的修锐

过程。

⑤电火花修整法。

电火花修整法是将可源的正、负极分别接于被修整的超硬磨料砂轮和修整器(石墨电极)上，其原理是电火花放

电加工。该方法适用于各种金属结合剂砂轮，既可修形又可修锐，效率较高；若在结合剂中加入石墨粉，则可用于树

脂、陶瓷结合剂砂轮的修整。

(3)磨削速度和磨削液

金刚石砂轮根据磨削方式、结合剂和冷却情况不同，其磨削速度一般为12~30m/s.磨削速度太低，单颗磨粒的

切屑厚度过大，不但使二件表面粗糙度值增加，而且也使金刚石砂轮磨损增加；磨削速度提高,可使工件表面粗糙度

值降低，但金刚石的热稳定件只有700~800C,B诲着磨削海度的升高,金刚石砂轮的磨损也会增加.一般陶盗结合

剂、树脂结合剂金刚石砂轮的磨削速度可选得高些，金属结合剂金刚石砂轮的磨削速度可选得低些。而立方氮化硼砂

轮因为热稳定性好，其磨削速度可达到80-100nVso

磨削液应视不同情况合理选择。金刚石砂轮磨削硬质售金时，普遍采用煤油，而不宜采用孔化液。树脂结合剂砂

轮不宜使用苏打水。CBN砂轮磨削时宜采用;由性的磨削液，一般不用水溶性磨削液，因为在高温状态下，CBN砂轮

与水会起化学反应，即发生水解作用，加剧砂轮磨损。若必须使用水溶性磨削液时，可使用极压添加剂来减弱水解作

用。

3.3.6超精密研磨和抛光

1.基于机械作用的超精密研磨抛光方法

基于机械作用的超精密研磨抛光方法是依靠微细磨粒的机械作用对被加工表面进行微星去除，以达到高精度的加

工表面。

(1)弹性发射加工

【教师】利用多媒体展示“弹性发射加工原理图”图片，并进行讲解

弹性发射加工(ElasticEmissionMachining,EEM)是一种可以获得较高的加工精度和较低的表面粗糙度的超精

密研磨方法。加工时使用聚氨酯球作为加工头，在高速旋转的加工头与被加工工件表面之间加二含有微细磨粒(0.1~

0.01Mtn)的研磨液，并作用一定的压力。通过高速旋转的加工头所产生的高速气流及离心力,使磨粒冲击或擦过工

件表面，产生弹性破坏物质的原子结合，从而去除工件表面的材料。

这种方法可使材料内部不产生错位和缺陷，但又可以产生微量的"弹性破坏"，从而实现原子级加工，获得非常

优良的加工表面。在加工硅片时，可获得相当于腐蚀加工一样的无缺陷表面.

(2)浮动研磨抛光

【教师】利用多媒体展示“浮动研磨抛光原理图”图片，并进行饼解

利用流体力学原理使抛光器与工件浮离，在抛光器的表面做出了若干楔槽，当抛光器高速旋转时，由于;由楔的动

压作用使工件或抛光器浮起，其间的磨粒就对工件表面进行抛光。采用浮动研磨抛光，不需使用夹具，端面塌边半径

可小至0.01pm,经过浮动研磨抛光的表面具有良好的结晶特性，同时加工表面没有残余压力。

(3)磁力研磨

&

1)磁性浮动研磨

磁性浮动研磨即通过在磁场的作用下形成的磁流体(庄磁性颗粒、表面活性剂和液相载体组成)，使悬浮其中的

非磁性磨料在磁流体的流动和浮动作用下压向旋转的工件进行研磨及抛光。该方法可以获得表面粗糙度小于0.01Fun

的无变质层加工表面，并能研抛表面形状复杂的工件。

2)磁性磨料的磁力研磨

【教师】利用多媒体展示“磁性磨料的磁力研磨原理图”图片，并进行讲解

磁力研磨时，将工件放入由两磁极形成的磁场中，并在工件和磁极的间隙中放入磁性磨料，在磁场力的作用下，

磨料沿磁力线方向整齐排列，形成一支柔软且具有一定刚性的“磁研磨刷".当工件在磁场中旋转并做轴向运动时，

工件与磨料发生相对运动，"磁研磨刷”就对工件表面进行研磨加工.

磁性磨料的磁力研磨具有以下特点：通过改变磁场的强度可以很容易地控制研磨压力。由于磁极与工件表面之间

有1~4nun的加工间隙，因此通过“磁研磨刷"进行柔性研磨，不但可用于圆柱和平面研磨，还可以进行异形表面

及自由曲面的研磨。在磁极结构一定的情况下，通过调节磁感应强度，即可调节磨削力，加工过程很容易实现自动化。

磨料沿加工表面不断滚动和更换位置,使其具有良好的自铁性。磁性材料被约束在磁极之间，不会污染操作环节。加

工效率高。既可磨削铁磁性材料，也可磨削非铁磁性材料。

磁性磨料的磁力研磨适用于精密零件的研磨和抛光，如轴承的内外滚道、滑阀、齿轮泵、印刷电路板、模具、表

壳、叶片等。它不但可加工铁、碳素钢和合金钢等磁性材料，也可加工黄铜、钛合金等非磁性金属材料，以及陶瓷、

硅片等非金属材料。

磁性磨料的磁力研磨今后的发展方向可概括为以下两点：

①研制开发导磁性更好、硬度更高的新型磁性磨料；②利用旋转磁场对形状复杂的零件进行研磨加工。

(4)电解磁力研磨抛光

【教师】利用多媒体展示“电解磁力研磨原理图”图片，并进行讲解

电解磁力研磨抛光是由电化学加工和磁力研磨两种工艺复合而成的。电流电压的阳极接工件，阴极接工具。电解

液由泵驱动后经阳极流过阳极工的毛刺部位到达回流槽。工件以一定的速度旋转，同时作轴向振动。在垂直于工件轴

线及电力线的平面方向二加直流强磁场，在磁场中填入游离状的磁性磨料，由磁性磨料组成的"磁磨料刷"快速冲击

工件表面，去除突起的毛刺，实现光整加工。该方法适用于高强度、高硬度和高韧性材料的精密去毛刺和光整加工，

其效率是磁力研磨法的两倍，并可提高两个等级的工件表面粗糙度，加工后不会产生二次毛刺，

2.基于机械-化学作用的超精密研磨抛光方法

【教师】利用多媒体展示“机械-化学超精密研磨加工原理图”图片，并进行讲解

机械-化学研磨抛光(ChemicalMechanicalPolishing,CMP)即在微粉粒子的撞击和研磨液的化学作用下产生研磨

作用,去除工件表面的徼量材料。研磨盘上浇铸有锡层，并在圆周方向切槽，用金刚石刀具来切削研磨盘端面，使其

获得较高精度的平面并呈镜面，研磨盘与工件以20~200r；min的转速高精度旋转，工件固定在工件轴上，工件轴与

研磨盘主轴的转动方向相同.在液体动压效应作用下，工件以几微米的上浮间隙悬浮于研磨盘上,在研磨液的化学作

用及微粉粒子的撞击下产生研磨作用。

机械-化学超精密研磨方法经济性好、生产率高，不仅可以达到很高的几何精度和很彳氐的表面粗糙度值,而且在

被加工表面几乎不产生变质层，对微电子功能材料的加工有很重要的应用价值.由日本名古屋工业技术研究所生产的

SP46超精密研磨机就是一种基于机械-化学作用的超精密研磨机.该机使用0.02的Si02微粉粒子加工硅片,表面

粗糙度可达到2nm,残余应力几乎为零。

由于该研磨法对材料的去除率较低，所以要求被加工工件的毛坯本身有一定的精度和表面质量，否则，有可能会

【教师】利用多媒体展示“液面研磨抛光装置”图片，并进行讲解

液面研磨抛光又称水面滑行抛光（HydroplanePolishing）。该方法的显著特点是不使用磨料，研抛时工件与抛光

盘（水晶平板）之间由流体压力形成间隙，利用具有腐蚀作用液体的运动进行研抛，因此，它是一种滑行腐蚀加工方

法。加工过程中使用的腐蚀液为甲醇、乙二醇与浸的混合液。该方法主要用来加工CaAs,InP基片表面。

4.水合研磨抛光

【教师】利用多媒体展示“水合抛光装置”图片，并进行讲解

水合研磨抛光是一种利用在工件界面上生成水合化学反应的研磨抛光方法，其主要特点是不使用磨料和加工液。

加工装置与目前使用的抛光机相似,只是在水蒸气环境中进行加工，所以，抛光盘要尽量避免使用能与工件产生固相

反应的材料.

日迨着抛光盘的旋转.工件保持架在它上面往复运动。在水合抛光过程中，两个物体产生相对摩擦,在接触区产生

高温高压，使工件表面上的原子或分子呈活性化；利用水蒸气分子或过热的水作用于其表面，使之在表面上形成水合

化层；然后借助过热水蒸气利用夕俅的摩擦力，从工件表面上将该水合化层分陶、去除，去除厚度为零点几个纳米，

即可获得无划痕、平滑光泽、无畸变的洁净面。

水合研磨抛光特别适合于要求表面平滑性好、平面度要求高、结晶无畸变和洁净度高的蓝宝石和硒化锌晶体（用

于CO2激光器的光学元件）的超精密加工。另外，作为亲水材料的玻璃，水晶，MgO,Y2O3,MgA12O4等也宜于

采用水合抛光技术。

5.超声研磨抛光

【教师】利用多媒体展示“超声研磨抛光原理图”图片，并进行讲解

超声研磨抛光是一种非接触式超精密研磨方法，超声振动工具头的端面与工件表面保持一定间隙6,并在其间充

以微细磨粒工作液，当超声振动工具以一定的频率振动时，带动微细磨粒冲击工件表面，从而对工件表面进行研磨。

超声研磨应用范围广泛.可加工各种硬脆材料，既可以加工平面，也可加工复杂曲面。目前用超声研磨可以在3nun

厚的玻璃上钻出直径为0.1~1.0mm的小孔。

6.离子束抛光

与传统的机械抛光方法不同，离子束抛光采用被充电的高能原子或离子，在真空状态下由离子枪射向工件，当带

有很高能量的离子撞击工件表面时，在撞击点上的材料以原子量级实现去除。材料的去除量取决于离子束在该点的溅

射时间。

由于离子束抛光是在原子量级上实现材料的去除，因而材料的去除率较f氐，为此在采用该方法前,工件要经过传

统方法的预抛光，在基本达到精度要求后再采用离子束抛光对工件表面面形（如球面、非球面、非对称的自由曲面等）

实现很高精度的修正。虽然离子束抛光所需要的设备投资较大，运行成本较高，但对于某些具有特殊高精度要求的光

学大型镜面还是必须采用离子束抛光方法.

3.3.7超精密加工的在线检测及误差补偿

为保证超精密加工精度，可采用两种减少加工误差的策略，一种是通过提高机床本身制造精度、保证加工环境稳

定性等方法来减少误差源，从而消除或减小加工误差的误差预防策略；另一种是对加工误差进行在线检测，实时建模

与动态分析预报,根据预报数据对误差源进行?M尝，从而消除或减小加工误差的误差补偿策略，实践证明，当加工精

度高于某一要求后，利月误差预防策略来提高加工精度所需的费用比误差?M尝策略高得多。所以，运用在线检测方法

的误差补偿策略将成为超精密加工的主导方向。

1.在线检测

在线检测就是在加工过程中，在不影响其他系统正常工作的情况下完成对所需物理量的测量。在加工过程中利用

在线检测可直接检测零件的尺寸，有助于提高产品质量，提高生产率。特别是在批量生产条件下，研究先进的在线检■

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测技术意义显得尤为重要。

在线检测可分为两种类型，一种是直接检测系统，即直接检测工件的加工误差并补偿；另一种是间接检测系统，

即检测产生加工误差的误差源并布尝。在线检测具有如下特点：

①能够连续检测加工过程中的变化，了解在线加工过程中误差的分布和发展；(D检测结果能反映实际加工情况，

检测难度较大；③在线检测大多使用非接触传感器，对传感器的性能要求较高；④一般是自动运行，形成在线检测

系统。

2.误差补偿

误差补偿即对在机械加工中出现的误差采用修正、抵消、均化、钝化等措施使误差减小或消除。从狭义的角度分

析，误差补偿是对尺寸、形状、位置差值的补偿。

(1)误差补偿类型

①实时与非实时误差补偿.

在非实时误差?M尝中，误差的检测与补偿是分离的.一般来说，非实时误差补偿只能补偿系统误差部分。实时误

差补偿不仅?M尝系统误差，而且还补偿随机误差.

②软件与硬件误差补偿

软件误差补偿是通过计算机对所建立的数学模型进行运算后，发出运动指令，由数控随动系统完成误差补偿动作。

硬件误差补偿是采用机械的方法，改变机床刀具与工件的柜对位置达到加工误差补偿的目的。区分软件与硬件^偿是

看补偿信息是由软件还是由硬件产生的.

③单项与综合误差补偿。

单项误差补偿是仅补偿一项误差，而综合误差补偿是同时补偿几项误差，它比单项误差补偿要复杂，但效率高、

效果好。

④单维与多维误差补偿。

单维误差补偿是在单坐标上进行误差补偿，多维误差补偿是在多坐标上进行误差补偿，难度和工作量都比较大，

是近几年发展起来的误差?M尝技术。

(2)误差补偿过程

【教师】利用多媒体展示“误差补偿系统组成示意图”图片，并进行讲解

首先，反复检测出现的误差并分析,找出影响误差的主要因素，确定误差项目；其次,进行误差信号的处理，找

出工件加工误差与在补偿点的补偿量之间的关系，建