關(guān)鍵詞 超精密加工 精密磨削加工 金剛石刀具的切削

1. 前言
超精密加工技術(shù)，是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)最主要的發(fā)展方向之一。在提高機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和發(fā)展高新技術(shù)中起著至關(guān)重要的作用，并且已成為在國際競爭中取得成功的關(guān)鍵技術(shù)。
超精密加工是指亞微米級(jí)(尺寸誤差為0.3～0.03?m，表面粗糙度為Ra0.03～0.005?m)和納米級(jí)(精度誤差為0.03?m，表面粗糙度小于 Ra0.005?m)精度的加工。實(shí)現(xiàn)這些加工所采取的工藝

方法和技術(shù)措施，則稱為超精加工技術(shù)。加之測量技術(shù)、環(huán)境保障和材料等問題，人們把這種技術(shù)總稱為超精工程。
超精密加工主要包括三個(gè)領(lǐng)域：
超精密切削加工如金剛石刀具的超精密切削，可加工各種鏡面。它已成功地解決了用于激光核聚變系統(tǒng)和天體望遠(yuǎn)鏡的大型拋物面鏡的加工。
超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盤的涂層表面加工和大規(guī)模集成電路基片的加工。
超精密特種加工如大規(guī)模集成電路芯片上的圖形是用電子束、離子束刻蝕的方法加工，線寬可達(dá)0.1?m。如用掃描隧道電子顯微鏡(STM)加工，線寬可達(dá)2～5nm。
精密磨削偏心氣缸
2. 工作原理
近年來，在傳統(tǒng)加工方法中，金剛石刀具超精密切削、金剛石微粉砂輪超精密磨削、精密高速切削、精密砂帶磨削等已占有重要地位；在非傳統(tǒng)加工中，出現(xiàn)了電子束、離子束、激光束

等高能加工、微波加工、超聲加工、蝕刻、電火花和電化學(xué)加工等多種方法，特別是復(fù)合加工，如磁性研磨、磁流體拋光、電解研磨、超聲珩磨等，在加工機(jī)理上均有所創(chuàng)新。
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3. 設(shè)備
精密零部件加工對(duì)精密和超精密加工所用的加工設(shè)備有下列要求。
(1)高精度。包括高的靜精度和動(dòng)精度，主要的性能指標(biāo)有幾何精度、定位精度和重復(fù)定位精度、分辨率等，如主軸回轉(zhuǎn)精度、導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)精度、分度精度等；
(2)高剛度。包括高的靜剛度和動(dòng)剛度，除本身剛度外，還應(yīng)注意接觸剛度，以及由工件、機(jī)床、刀具、夾具所組成的工藝系統(tǒng)剛度。
(3)高穩(wěn)定性。設(shè)備在經(jīng)運(yùn)輸、存儲(chǔ)以后，在規(guī)定的工作環(huán)境下使用，應(yīng)能長時(shí)間保持精度、抗干擾、穩(wěn)定工作。設(shè)備應(yīng)有良好的耐磨性、抗振性等。
(4)高自動(dòng)化。為了保證加工質(zhì)量，減少人為因素影響，加工設(shè)備多采用數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
加工設(shè)備的質(zhì)量與基礎(chǔ)元部件，如主軸系統(tǒng)、導(dǎo)軌、直線運(yùn)動(dòng)單元和分度轉(zhuǎn)臺(tái)等密切相關(guān)，應(yīng)注意這些元部件質(zhì)量。此外，夾具、輔具等也要求有相應(yīng)的高精度、高剛度和高穩(wěn)定性。
加工工具：
加工工具主要是指刀具、磨具及刃磨技術(shù)。用金剛石刀具超精密切削，值得研究的問題有：金剛石刀具的超精密刃磨，其刃口鈍圓半徑應(yīng)達(dá)到2～4nm，同時(shí)應(yīng)解決其檢測方法，刃口鈍圓半

徑與切削厚度關(guān)系密切，若切削的厚度欲達(dá)到10nm，則刃口鈍圓半徑應(yīng)為2nm。
磨具當(dāng)前主要采用金剛石微粉砂輪超精密磨削，這種砂輪有磨料粒度、粘接劑、修整等問題，通常，采用粒度為W20～W0.5的微粉金剛石，粘接劑采用樹脂、銅、纖維鑄鐵等。
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4. 應(yīng)用領(lǐng)域
航天、航空工業(yè)中，人造衛(wèi)星、航天飛機(jī)、民用客機(jī)等，在制造中都有大量的精密和超精密加工的需求，如人造衛(wèi)星用的姿態(tài)軸承和遙測部件對(duì)觀測性能影響很大。該軸承為真空無潤滑

軸承，其孔和軸的表面粗糙度要求為Ry0.01μm，即1nm，其圓度和圓柱度均要求納米級(jí)精度。被送入太空的哈勃望遠(yuǎn)鏡(HST)，可攝取億萬千米遠(yuǎn)的星球的圖像，為了加工該望遠(yuǎn)鏡中直徑為

2.4m、重達(dá)900kg的大型反光鏡，專門研制了一臺(tái)形狀精度為0.01μm的加工光學(xué)玻璃的六軸CNC研磨拋光機(jī)。據(jù)英國Rolls-Royce公司報(bào)道，若將飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的加工度，由60μm提高到

12μm、表面粗糙度由Ra0.5μm減少到0.2μm，發(fā)動(dòng)機(jī)的加速效率將從89%提高到94%；齒輪的齒形和齒距誤差若能從目前的3～6μm，降低到1μm，則其單位重量所能傳遞的扭距可提高近1倍。

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當(dāng) 前，微型衛(wèi)星、微型飛機(jī)、超大規(guī)模集成電路的發(fā)展十分迅猛，涉及微細(xì)加工技術(shù)、納米加工技術(shù)和微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等已形成微型機(jī)械制造。這些技術(shù)都在精密和超精密加工范疇內(nèi)，與計(jì)算機(jī)工業(yè)、國防工業(yè)的發(fā)展直接相關(guān)。

5. 發(fā)展趨勢
在過去相當(dāng)長一段時(shí)期，由于受到西方國家的禁運(yùn)限制，我國進(jìn)口國外超精密機(jī)床嚴(yán)重受限。但當(dāng)1998年我國自己的數(shù)控超精密機(jī)床研制成功后，西方國家馬上對(duì)我國開禁，我國現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)口了多臺(tái)超精密機(jī)床。

我國北京機(jī)床研究所、航空精密機(jī)械研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位現(xiàn)在已能生產(chǎn)若干種超精密數(shù)控金剛石機(jī)床，如北京機(jī)床研究所研制的加工直徑800mm的超精密車床和哈爾濱工業(yè)大學(xué)

研制的超精密車床，這兩臺(tái)機(jī)床均有兩坐標(biāo)精密數(shù)控系統(tǒng)和兩坐標(biāo)激光在線測量系統(tǒng)，可以加工非球回轉(zhuǎn)曲面；還有哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制了加工KDP晶體大平面的超精密銑床。KDP晶體可用于光學(xué)倍頻，是大功率激光系統(tǒng)中的重要元件。必須承認(rèn)，在超?密機(jī)床技術(shù)方面，我們與國外先進(jìn)水平相比還有相當(dāng)大的差距，國產(chǎn)超精密機(jī)床的質(zhì)量水平尚待進(jìn)一步提高。

精密零部件加工在大型超精密機(jī)床方面，目前美、英、俄等國都擁有自行開發(fā)的大型超精密機(jī)床，而我國由于沒有大型超精密機(jī)床，因此無法加工大直徑曲面反射鏡等大型超精密零件，國外對(duì)這些大型

超精密零件的出口有嚴(yán)格限制，從而嚴(yán)重影響了我國國防尖端技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)在我國正在加緊研制加工直徑1m以上的立式超精密機(jī)床。

6. 結(jié)論
超精密加工，是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)最主要的發(fā)展方向之一,在提高機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和發(fā)展高新技術(shù)中起著至關(guān)重要的作用，并且已成為在國際競爭中取得成功的關(guān)鍵技術(shù)。我國的制造業(yè)發(fā)展已進(jìn)入了高速發(fā)展階段，中國民營企業(yè)已具備足夠的經(jīng)濟(jì)實(shí)力來使企業(yè)邁向現(xiàn)代化，先進(jìn)設(shè)備的引進(jìn)和大量專業(yè)人才的涌入使許多沿海地區(qū)的制造業(yè)水平迅速提高。隨著國家決策.