编号：SM-ZD-41134
超精密机械加工技术发展
及应用
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超精密机械加工技术发展及应用
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超精密机械加工技术作为微光学元件的一种制造方法，具有很多其他传统方法所不具有的优点。本文回顾了超精密机械加工技术的发展，展望了其在微光学元件加工中的应用潜力。
1微光学概述
1.1定义与名称
微光学是一门属于多门前沿学科交叉领域的新兴科学。微光学借助于微电子工业技术的最新研究成果，是国际上最前沿研究方向之一，并具有广泛的应用前途。微光学元件（MOC），指面形精度可达亚微米级，表面粗糙度可达纳米级的自由光学曲面及微结构光学元件。自由光学曲面包括有回转轴的回转非球面（如抛物面、渐开面等），和没有任何对称轴的非回转非球面，如Zernike像差方程曲面。微结构是指具有特定功能的微小表面拓扑形状，如凹槽、微透镜阵列等，如图1所示（图1略）的微金字塔结构表面。这些结构
决定了对光线的反射，透射或衍射性能，便于光学设计者优化光学系统，减轻重量，缩小体积。典型微光学元件如全息透镜、衍射光学元件（DOE）和梯度折射率透镜等，将这些微光学元件应用在各种光电子仪器中，可以使光电子仪器及其零部件更加小型化、阵列化和集成化。
1.2微光学元件的应用
微光学元件是制造小型光电子系统的关键元件，它具有体积小、质量轻、造价低等优点，并且能够实现普通光学元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波面转换等新功能。随着系统小型化不断的成为一种趋势，几乎在所有的工程应用领域中，无论是现代国防科学技术领域，还是普通的工业领域的应用前景。军用方面，西方国家在70年代以后研制和生产的军用光电系统，如军用激光装置、热成像装置、微光夜视头盔、红外扫描装置、导弹引导头和各种变焦镜头，均已在不同程度上采用了非球面光学零件。在一般民用光电系统方面，自由非球面零件可以大量地应用到各种光电成像系统中。如飞机中提供飞行信息的显示系统；摄像机的取景器、变焦镜头；红外广角地平仪中的锗透镜；录像、录音用
显微物镜读出头；医疗诊断用的间接眼底镜，内窥镜，渐进镜片等。微结构光学元件应用更是广泛，如光纤连接器中的微槽结构，液晶显示屏的微透镜阵列，及用于激光扫描的F-theta镜片，激光头的分光器等，这些微结构光学元件在很多我们日常使用的产品中都有应用，比如手机、掌上电脑、CD和DVD等。
1.3微光学元件加工方法
由于受应用需求的驱动，对微光学元件加工技术的研究也在不断深入，出现了多种现代加工技术，如电子束写技术、激光束写技术、光刻技术、蚀刻技术、LIGA技术，复制技术和镀膜技术等，其中最为成熟的技术是蚀刻技术和LIGA技术。这些技术基本都是从微电子元器件的微细加工技术发展而来，但与电子原件不同，三维成型精度和装配精度对光学元件来说是至关重要的，将会直接影响其性能，因此这些方法各自都有它自身的缺陷和使用的局限性。如由于视场深度的限制，光刻技术仅限于二微结构和小深宽比三维结构的加工；采用牺牲层蚀刻技术，虽然可以实现准三维加工，但易使材料产生内应力，影响最终的机械性能，且设备造价非常
昂贵；LIGA技术利用的高准直度的X射线光源，一般要通过同步辐射加速器得到，造价比光刻设备还要高许多，一般实验室和企业都很难负担得起；电子束写技术能够加工纳米级的精密结构，但效率低，难以进行批量生产。复制技术，包括热压成型法、模压成型法和注射成型法等，是一种适于批量生产的低成本技术，但要求其模具具有较高精度和耐用性。
微光学元件的另一加工方法是超精密机械加工技术。最近“财富”杂志上有这样一句话：“超精密加工技术对光学元件的作用犹如当初集成电路对电子元件的作用”。这句话虽然不无夸张，却说明了用超精密机械加工技术进行微光学元件的加工已经引起人们极大的重视。超精密机械加工技术在微光学元件加工中的应用将在下一节详细论述。2超精密机械加工技术在微光学元件加工中的应用
超精密机械加工技术是利用刀具改变材料形状或破坏材料表层，以切削形式来达到所要求的形状。如单晶金刚石车削与铣削、磨削、快速切削和机械抛光等。本节主要讲述超精密机械加工技术用于加工光学元件及其模具。
2.1超精密机床关键技术发展
计算机辅助设计技术，尤其是有限元分析技术的发展，为超精密机床整体结构优化设计提供了便利手段，使得机床刚度和稳定性不断提高。目前单晶金刚石车床的典型结构具有“T”型布局结构，主轴一般装在X向导轨上，刀具装在Z 向导轨上。在近十几年内，随着计算机技术的高速发展，超精密机床的一些关键技术，如控制技术、反馈系统、伺服驱动装置等方面有了很大的进步，提高了超精密机床的加工精度，目前，超精密已能够直接加工出粗糙度达1nm的表面。这些关键技术的发展概括起来有以下几个方面：用天然花岗岩作机床床身，它具有非常高的热稳定性和机械稳定性；利用空气弹簧系统隔振；利用液体或气体静压导轨，使阻尼增大，运动光滑，无摩擦；直流直线电机快速驱动系统，具有较好的动态刚度；高速空气主轴，承载能力高，刚度大，可提高加工精度；开放式计算机数控技术（CNC），便于应用第三方控制软件，提高加工精度；高分辨率检测装置，可以提供精确的位置反馈；利用快速伺服机构，实现多轴系统的宏微结合技术，用以加工复杂型面；在线测量和误差补偿技术，
正确测量工件残余误差并最终消除误差。
2.2应用实例
电子技术及光学技术的发展，大大促进了自由非球面及其他非传统几何形状微结构光学元件的应用。一些光学设计软件的出现，使得光学设计者可以方便地对光学系统进行性能优化，但这同时也会使得光学元件变得复杂，这就要求微光学元件制造技术能够胜任加工出这些复杂的光学元件。对微光学元件设计者和制造者来说，单晶金刚石超精密加工技术具有很多优势，比如，能够加工真正的三维结构；加工零件的成形精度达亚微米级；表面粗糙度达Ra值5nm，有些材料甚至可以达到1nm；能够加
工大深宽比的结构等。因此，在过去十几年内，超精密加工技术在微光学元件加工中的应用实例也在逐渐增多。如单晶金刚石超精密加工技术已成功应用于隐形眼镜、棱镜、非球面透镜、微透镜阵列、金字塔微结构表面、减反射光栅等结构的加工。图2所示即是用单晶金刚石车床加工的微结构（图2略）。虽然超精密加工技术对某些结构光学元件的加工具有很多优点，但将超精密加工技术与复制成型技术结
合起来或许是加工微光学元件最有效的方式，即用超精密加工技术来加工复制模具，然后利用该模具制作出微光学元件。用单晶金刚石车床加工光学元件模具，需要注意选择合适的加工参数，以减小毛刺，降低模具的误差，另外要能加工出合适的金刚石刀具。用金刚石车床加工的模具来制作的菲涅尔透镜用于高架投影仪已获得巨大成功，如图3所示（图3略）。
3总结
微光学技术的不断发展，对微光学元件制造技术提出了更高的要求，超精密机械加工技术，经过最近十多年来的快速发展，具有很多传统光学制造技术，如光刻技术和LIGA技术等所不具有的优势：①能加工真正的三维结构，且精度达纳米级；②能在模具上加工浮动对准结构；③能在同一元件上加工出不同深宽比的结构。在微光学制造领域，很多类似产品却是由很多不同方法加工而成的，这说明了微光学制造技术的不成熟性，尽管超精密机械加工技术在微光学元件及其模具加工中的应用具有很多的优点，但也仍是处于初步发展阶段。因此，超精密加工技术还具有很大的发展潜力。我
国内外机械制造技术的发展现状及趋势 学院：材料学院姓名：*** 学号：00000000 摘要：机械制造业已经熔入电子学、信息科学、材料学、生物学、管理科学等最新科学成就，现代制造技术的发展趋势有三个方面：高精度、高效自动化和特种加工。 关键词：现代机械制造技术 现代制造技术是以传统制造技术与计算机技术、信息技术、自动控制技术等现代高新技术交叉融合的结果，是一个集机械，电子、信息、材料、能源与管理技术于一体的新型交叉学科，它使制造技术的内涵和水平发生了质的变化。因此，凡是那些能够融合当代科技进步的最新成果，最能发挥人和设备的潜力，最能体现现代制造水平并取得理想技术经济效果的制造技术均称为现代制造技术，它给传统的机械制造业带来了勃勃生机。 一国外现代机械制造技术的现状 在产品设计方面，普遍采用计算机辅助产品设计(CAD)、计算机辅助工程分析(CAE)和计算机仿真技术；在加工技术方面，巳实现了底层(车间层)的自动化，包括广泛地采用加工中心(或数控技术)、自动引导小车(AGV)等．近10余年来，发达国家主要从具有全新制造理念的制造系统自动化方面寻找出路，提出了一系列新的制造系统。如计算机集成制造系统、智能制造系统、并行工程、敏捷制造等。 1.1 计算机集成制造系统(CIMS) 它是在自动化技术、信息技术和制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造厂全部生产活动所需的各种分散的自动化系统有机地集成起来，是适合于多品种、中小批量生产的总体高效率、高柔性的制造系统。首先在功能上，它包含了一个工厂的全部生产经营活动，即从市场预测、产品设计、加工工艺、制造、管理至售后服务以及报废处理的全部活动．因此它比传统的工厂自动化的范围要大得多，是一个复杂的大系统，是工厂自动化的发展方向。其次，在集成上，它涉及的自动化不是工厂各个环节自动化的简单叠加，而是在计算机网络和分布式数据库支持下的有机集成。这种集成主要体现在以信息和功能为特征的技术集成，即信息集成和功能集成。计算机集成制造系统的核心技术是CAD/cAM技术。 1.2 智能制造系统(IMS) 是指将专家系统、模糊逻辑、人工神经网络等人工智能技术应用到制造系统中，以解决复杂的决策问题，提高制造系统的水平和实用性。人工智能的作用是要代替熟练工人的技艺，学习工程技术人员的实践经验和知识，并用于解决生产中的实际问题，从而将工人、工程技术人员多年来积累起来的丰富而又宝贵的实践经验保存下来，在实际的生产中长期发挥作用。智能制造系统的核心技术是人工智能。
精密和超精密加工的应用和发展趋势 [摘要]本文以精密和超精密加工为研究对象，对世界上精密和超精密加工的应用和发展趋，势进行了分析和阐释，结合我国目前发展状况，提出今后努力方向和发展目标。 【关键词】精密和超精密加工；精度；发展趋势 精密和超精密制造技术是当前各个工业国家发展的核心技术之一，各技术先进国家在高技术领域(如国防工业、集成电路、信息技术产业等)之所以一直领先，与这些国家高度重视和发展精密、超精密制造技术有极其重要的关系。超精密加工当前是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01μm的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展。超精密加工技术在国际上处于领先地位的国家有美国、英国和日本。这些国家的超精密加工技术不仅总体成套水平高，而且商品化的程度也非常高。 美国是开展超精密加工技术研究最早的国家，也是迄今处于世界领先地位的国家。早在20世纪50年代末，由于航天等尖端技术发展的需要，美国首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，称为“SPDT技术”（Single Point Diamond Turning）或“微英寸技术”（1微英寸＝0.025μm），并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床。用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面非球面大型零件等等。如美国LLL实验室和Y－12工厂在美国能源部支持下，于1983年7月研制成功大型超精密金刚石车床DTM－3型，该机床可加工最大零件￠2100mm、重量4500kg的激光核聚变用的各种金属反射镜、红外装置用零件、大型天体望远镜（包括X光天体望远镜）等。该机床的加工精度可达到形状误差为28nm（半径），圆度和平面度为12.5nm，加工表面粗糙度为Ra4.2nm。 在超精密加工技术领域，英国克兰菲尔德技术学院所属的克兰菲尔德精密工程研究所（简称CUPE）享有较高声誉，它是当今世界上精密工程的研究中心之一，是英国超精密加工技术水平的独特代表。如CUPE生产的Nanocentre（纳米加工中心）既可进行超精密车削，又带有磨头，也可进行超精密磨削，加工工件的形状精度可达0.1μm，表面粗糙度Ra<10nm。 日本对超精密加工技术的研究相对于美、英来说起步较晚，但是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家。日本的研究重点不同于美国，是以民品应用为主要对象。所以日本在用于声、光、图象、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件的超精密加工技术方面，是更加先进和具有优势的，甚至超过了美国。 我国的精密、超精密加工技术在20世纪70年代末期有了长足进步，80年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件。北京机床研究所是国内进行超
超精密加工技术简介论文 学校：XXXXX 学院：XXXX 班级：XXXXX 专业：XXXXX 姓名：XXXX 学号：XXXX 指导教师：XXX
目录 目录 .......................................................................................................................................... - 2 - 一、概述................................................................................................................... - 1 - 1、超精密加工的内涵...................................................................................... - 1 - 2.、发展超精密加工技术的重要性................................................................. - 1 - 二、超精密加工所涉及的技术范围....................................................................... - 2 - 三、超精密切削加工............................................................................................... - 3 - 1、超精密切削对刀具的要求.......................................................................... - 3 - 2、金刚石刀具的性能特征.............................................................................. - 3 - 3、超精密切削时的最小切削厚度.................................................................. - 3 - 四、超精密磨削加工............................................................................................... - 4 - 1、超精密磨削砂轮.......................................................................................... - 4 - 2、超精密磨削砂轮的修整.............................................................................. - 4 - 3、磨削速度和磨削液...................................................................................... - 5 - 五、超精密加工的设备........................................................................................... - 5 - 六、超精密加工的支撑环境................................................................................... - 6 - 1、净化的空气环境.......................................................................................... - 6 - 2、恒定的温度环境.......................................................................................... - 6 - 3、较好的抗振动干扰环境.............................................................................. - 7 - 七、超精密加工的运用领域................................................................................... - 7 - 八、超精密加工的现状及未来发展....................................................................... - 7 - 1、超精密加工的现状...................................................................................... - 7 - 2、超精密加工的发展前景.............................................................................. - 8 - 总结：....................................................................................................................... - 9 - 参考文献：.....................................................................................错误!未定义书签。
精密和超精密加工技术复习思考题答案 第一章 1.试述精密和超精密加工技术对发展国防和尖端技术的重要意义。 答：超精密加工技术在尖端产品和现代化武器的制造中占有非常重要的地位。国防方面，例如：对于导弹来说，具有决定意义的是导弹的命中精度，而命中精度是由惯性仪表的精度所决定的。制造惯性仪表，需要有超精密加工技术和相应的设备。 尖端技术方面，大规模集成电路的发展，促进了微细工程的发展，并且密切依赖于微细工程的发展。因为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。因此，提高超精密加工水平以减小电路微细图案的最小线条宽度就成了提高集成电路集成度的技术关键。 2.从机械制造技术发展看，过去和现在达到怎样的精度可被称为精密和超精密加工。 答：通常将加工精度在0.1-lμm，加工表面粗糙度在Ra 0.02-0.1μm之间的加工方法称为精密加工。而将加工精度高于0.1μm，加工表面粗糙度小于Ra 0.01μm的加工方法称为超精密加工。 3.精密和超精密加工现在包括哪些领域。 答：精密和超精密加工目前包含三个领域： 1)超精密切削，如超精密金刚石刀具切削，可加工各种镜面。它成功地解决了高精度陀螺仪，激光反射镜和某些大型反射镜的加工。 2)精密和超精密磨削研磨。例如解决了大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘等的加工。 3)精密特种加工。如电子束，离子束加工。使美国超大规模集成电路线宽达到0.1μm。 4.试展望精密和超精密加工技术的发展。 答：精密和超精密加工的发展分为两大方面：一是高密度高能量的粒子束加工的研究和开发；另一方面是以三维曲面加工为主的高性能的超精密机械加工技术以及作为配套的三维超精密检测技术和加工环境的控制技术。 5.我国的精密和超精密加工技术和发达国家相比情况如何。 答：我国当前某些精密产品尚靠进口，有些精密产品靠老工人于艺，因而废品率极高，例如现在生产的某种高精度惯性仪表，从十几台甚至几十台中才能挑选出一台合格品。磁盘生产质量尚未完全过关，激光打印机的多面棱镜尚不能生产。1996年我国进口精密机床价值达32亿多美元(主要是精密机床和数控机床)。相当于同年我国机床的总产值，某些大型精密机械和仪器国外还对我们禁运。这些都说明我国必须大力发展精密和高精密加工技术。 6.我目要发展精密和超精密加工技术，应重点发展哪些方面的内容。
精密加工 通常，按加工精度划分，机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。目前，精密加工是指加工精度为1~0.1μm，表面粗糙度为Ra0.1~0.01μm的加工技术，但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。 精密加工所要解决的问题，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。 精密及超精密加工-分类 1、传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。 a.砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。 b.精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。 c.珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达Ra0.4~0.1μ;m，最好可到Ra0.025μ;m，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。 d.精密研磨与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025μ;m加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。 e.抛光是利用机械、化学、电化学的方法对工件表面进行的一种微细加工，主要用来降低工件表面粗糙度，常用的方法有：手工或机械抛光、超声波抛光、化学抛光、电化学抛光及电化学机械复合加工等。手工或机械抛光加工后工件表面粗糙度Ra≤0.05μ;m，可用于平面、柱面、曲面及模具型腔的抛光加工。超声波抛光加工精度0.01~0.02μ;m，表面粗糙度Ra0.1μ;m。化学抛光加工的表面粗糙度一般为Ra≤0.2μ;m。电化学抛光可提高到Ra0.1~0.08μm。 2、精密加工包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。 微细加工技术是指制造微小尺寸零件的加工技术； 超微细加工技术是指制造超微小尺寸零件的加工技术，它们是针对集成电路的制造要求而提出的，由于尺寸微小，其精度是用切除尺寸的绝对值来表示，而不是用所加工尺寸与尺寸误差的比值来表示。 光整加工一般是指降低表面粗糙度和提高表面层力学机械性质的加工方法，不着重于提高加工精度，其典型加工方法有珩磨、研磨、超精加工及无屑加工等。实际上，这些加工方法不仅能提高表面质量，而且可以提高加工精度。精整加工是近年来提出的一个新的名词术语，它与光整加工是对应的，是指既要降低表面粗糙度和提高表面层力学机械性质，又要提高加工精度(包括尺寸、形状、位置精度)的加工方法。 3、超精密加工就是在超精密机床设备上，利用零件与刀具之间产生的具有严格约束的相对运动，对材料进行微量切削，以获得极高形状精度和表面光洁度的加工过程。当前的超精密加工是指
现代机械制造工艺的发展现状及趋势
现代机械制造工艺的发展现状及趋势 摘要：随着我国社会经济的不断发展，机械制造工艺的发展得到了突飞猛进的进步，而且也推动着其他行业的快速发展，特别是对现代化工业的发展，起到至关重要的作用。机械制造工艺作为现代工业发展的根本动力，仍需要进行不断的优化和创新。自动化控制技术、激光技术的出现，都是当下机械制造工艺当中不可或缺的组成部分，并为制造企业带来巨大的效益。当然，随着社会的进步，我们还需要对机械制造工艺的未来发展趋势进行预测和分析，从而实现我国机械制造行业可持续化发展战略。基于此，本文对我国现代机械制造工艺发展的现状及发展趋势进行探讨和分析。 关键词：机械制造工艺；发展现状；趋势 DOI：10.16640/https://www.doczj.com/doc/c718165029.html,ki.37-1222/t.2018.08.053 0 导言 进入二十一世纪以来，随着我国现代工业的飞速发展，人们对机械制造的生产需求也越来越高。为了满足社会发展需求，需要人们对机械制造工艺进行不断改进和创新，同时这也是我国机械制造工艺发展的必然趋势。 1 我国现代机械制造工艺的发展现状 机械制造工艺的发展是展现一个国家综合生产力的重
要标志，在近几年的发展过程中，机械制造工艺中所应用的先进技术正在进行优化和改革。 1.1 自动化控制技术 自动化控制是最为常见的现代机械制造工艺，也是机械制造领域中不可或缺的重要组成部分。其自动化控制功能主要表现在自动化加工制造、自动化加工流水线以及自动化制造工程三个方面。例如，在机械制造的生产过程中，实施自动化生产可以代替传统的人工生产力，有效减少了人力的使用量，同时也能够减少由于人为因素造成的生产误差，在每个加工环节中都能够按照初始设定完成机械的加工和制造，大大提高了加工制造的精准性，最终形成自动化性质的生产流水线。然而，在市场需求不断变化的作用下，我国现阶段所应用的自动化控制技术已经难以满足市场需求，对机械制造工艺发展产生了局限性，因此，为了实现我国现代机械制造工艺的可持续发展，对其工艺技术的改进和创新是其必然的发展趋势。 1.2 激光技术 激光技术是现代机械制造工艺中被人们应用最为广泛的工艺技术，其主要包含激光热处理、快速成型技术等。激光技术的应用目的是为了将机械部件的使用年限延长，实现零部件的最大化应用价值。在对部件表面进行热处理的过程中，有效提升了机械部件的耐磨性能，在现代机械制造工艺
微型机械加工技术发展现状及趋势分析 一、概念 微型机械加工或称微型机电系统或微型系统是只可以批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、甚至外围接口、通讯电路和电源等于一体的微型器件或系统。其主要特点有：体积小（特征尺寸范围为：1μm-10mm）、重量轻、耗能低、性能稳定；有利于大批量生产，降低生产成本；惯性小、谐振频率高、响应时间短；集约高技术成果，附加值高。微型机械的目的不仅仅在于缩小尺寸和体积，其目标更在于通过微型化、集成化、来搜索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域，形成批量化产业。 微型机械加工技术是指制作为机械装置的微细加工技术。微细加工的出现和发展早是与大规模集成电路密切相关的，集成电路要求在微小面积的半导体上能容纳更多的电子元件，以形成功能复杂而完善的电路。电路微细图案中的最小线条宽度是提高集成电路集成度的关键技术标志，微细加工对微电子工业而言就是一种加工尺度从微米到纳米量级的制造微小尺寸元器件或薄模图形的先进制造技术。目前微型加工技术主要有基于从半导体集成电路微细加工工艺中发展起来的硅平面加工和体加工工艺，上世纪八十年代中期以后在LIGA加工（微型铸模电镀工艺）、准LIGA加工，超微细加工、微细电火花加工（EDM）、等离子束加工、电子束加工、快速原型制造（RPM）以及键合技术等微细加工工艺方面取得相当大的进展。 微型机械系统可以完成大型机电系统所不能完成的任务。微型机械与电子技术紧密结合，将使种类繁多的微型器件问世，这些微器件采用大批量集成制造，价格低廉，将广泛地应用于人类生活众多领域。可以预料，在本世纪内，微型机械将逐步从实验室走向适用化，
超精密机械加工技术发 展及应用 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
超精密机械加工技术发展及应用超精密机械加工技术作为微光学元件的一种制造方法，具有很多其他传统方法所不具有的优点。本文回顾了超精密机械加工技术的发展，展望了其在微光学元件加工中的应用潜力。 1微光学概述 1.1定义与名称 微光学是一门属于多门前沿学科交叉领域的新兴科学。微光学借助于微电子工业技术的最新研究成果，是国际上最前沿研究方向之一，并具有广泛的应用前途。微光学元件（MOC），指面形精度可达亚微米级，表面粗糙度可达纳米级的自由光学曲面及微结构光学元件。自由光学曲面包括有回转轴的回转非球面（如抛物面、渐开面等），和没有任何对称轴的非回转非球面，如Zernike像差方程曲面。微结构是指具有特定功能的微小表面拓扑形状，如凹槽、微透镜阵列等，如图1所示（图1略）的微金字塔结构表面。这些结构决定了对光线的反射，透射或衍射性能，便于光学设计者优化光学系统，减轻重量，缩小体积。典型微光学元件如全息透镜、衍射光学元件（DOE）和梯度折射率透镜等，将这些微光学元件应用在各种光电子仪器中，可以使光电子仪器及其零部件更加小型化、阵列化和集成化。 1.2微光学元件的应用 微光学元件是制造小型光电子系统的关键元件，它具有体积小、质量轻、造价低等优点，并且能够实现普通光学元件难以实现的微小、阵
列、集成、成像和波面转换等新功能。随着系统小型化不断的成为一种趋势，几乎在所有的工程应用领域中，无论是现代国防科学技术领域，还是普通的工业领域的应用前景。军用方面，西方国家在70年代以后研制和生产的军用光电系统，如军用激光装置、热成像装置、微光夜视头盔、红外扫描装置、导弹引导头和各种变焦镜头，均已在不同程度上采用了非球面光学零件。在一般民用光电系统方面，自由非球面零件可以大量地应用到各种光电成像系统中。如飞机中提供飞行信息的显示系统；摄像机的取景器、变焦镜头；红外广角地平仪中的锗透镜；录像、录音用显微物镜读出头；医疗诊断用的间接眼底镜，内窥镜，渐进镜片等。微结构光学元件应用更是广泛，如光纤连接器中的微槽结构，液晶显示屏的微透镜阵列，及用于激光扫描的F-theta镜片，激光头的分光器等，这些微结构光学元件在很多我们日常使用的产品中都有应用，比如手机、掌上电脑、CD和DVD等。 1.3微光学元件加工方法 由于受应用需求的驱动，对微光学元件加工技术的研究也在不断深入，出现了多种现代加工技术，如电子束写技术、激光束写技术、光刻技术、蚀刻技术、LIGA技术，复制技术和镀膜技术等，其中最为成熟的技术是蚀刻技术和LIGA技术。这些技术基本都是从微电子元器件的微细加工技术发展而来，但与电子原件不同，三维成型精度和装配精度对光学元件来说是至关重要的，将会直接影响其性能，因此这些方法各自都有它自身的缺陷和使用的局限性。如由于视场深度的限制，光刻技术仅限于二微结构和小深宽比三维结构的加工；采用牺牲层蚀刻技术，虽然
机械制造技术的发展现状 摘要：现代机械制造技术是一门高科技，它是机械 制造技术和计算机信息技术融合技术，因此它是衡量一个国家制造业水平的重要标准。但是由于传统制造技术水平限制，目前我国机械制造发展缓慢、效率低下，很难应对当前快速发展下的激烈市场竞争环境。因此引入先进机械制造技术以充分发挥其智能化、系统化的优势，以提升了生产效率并使产品朝向多样化、精细化的方向迅速发展。 关键词：机械制造技术；发展趋势；特点；发展方向 机械制造业是工业重要组成部分，为各行各业的生产发展提供装备。我国以前经济发展靠的是劳动密集型产业，低水平的加工业，以环境为代价来获取高速增长。当前我国经济面临转型，在未来创新和高科技成为发展的主要动力。机械制造技术的创新已经成为机械制造业发展的主要驱动力，先进的机械制造技术已经成为衡量一个国家科技发展水平 的重要标志，也成为国际间科技竞争的重要领域。 一、现代机械制造技术的特点 1.现代机械制造技术最重要的特点在于，它是一项面向 工业应用，具有很强实用性的新技术。与传统制造技术相比，现代机械制造技术更具有系统性、集成性、广泛性、高精度性。它涉及到产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产
准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容，并将它们结合成一个有机的整体。 2.现代机械制造技术虽然仍大量应用于加工和装配过程，但在其制造过程中还综合应用了设计技术、自动化技术、计算机技术、信息技术和现代系统管理技术等。在产品设计、制造和生产管理等方面的应用。 3.现代机械制造技术比传统的制造技术更加重视技术与 管理的结合，更加重视制造过程组织和管理体制的简化以及合理化，从而产生了一系列先进的制造模式。 二、现代机械制造技术的发展现状 几年来，我国现代机械制造业不断采用先进制造技术，机械制造有了显著的发展，无论制造总量还是制造技术水平都有很大的提高。机械制造从产品研发、技术装备和加工能力等方面都取得了很大的进步，但与工业发达国家相比，仍然存在一个阶段性的整体上的差距。 1.设计方面。工业发达国家不断更新设计数据和准则， 采用新的设计方法，广泛采用计算机辅助设计技术，大型企业开始无图纸的设计和生产。我国采用计算机辅助设计技术的比例较低。 2.管理方面。工业发达国家广泛采用计算机管理，重视 组织和管理体制、生产模式的更新发展，推出了准时生产、敏捷制造、精益生产、并行工程等新的管理思想和技术。我
浅析超精密加工机床现状及展望 张建锋学号：11309017 (汕头大学机械工程学院广东) 摘要：本文主要讨论超精密加工以及加工机床的发展历程、国内外现状、关键技术要点以及展望。通过对超精密加工机床的现状和难点分析，总结了未来超精密加工机床的发展趋势，并且具体给出了超精密加工机床的重点需要突破革新的要点和对策。 关键字：超精密加工、超精密加工机床、精度、效率。 0 前言 超精密加工技术是20世纪60年代为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的需要而发展起来的精度极高的一种加工技术。超精密加工技术是现代制造技术之一，它与传统加工在加工方法、加工精度等方面有着本质的区别，是零件加工精度和质量的飞跃。超精密加工是世界科技发展的重要前沿领域，主要包含有超精密制造、超精密检测、超精密环境控制及其各类辅助研究分支。大部分仪器系统和设备都是通过机床加工出来的，如隐形眼镜就是用超精密数控车床加工而成的。目前隐形眼镜的加工工艺主要有三种：分别是旋转成型工艺、切削成型工艺和模压成型工艺。计算机硬盘驱动器、光盘和复印机等高技术产品的很多精密零件都是用超精密加工手段制成。当现有加工设备不能满足零件加工要求时，必然要设计新设备，这就是我们经常提起的超精密机床的研究，而超精密加工机床的结构设计是其中最关键的技术之一。一个高精密机床的设计不仅仅是机械部门一个单元能完成的，它受到材料、物理、设计和工艺水平等多个环节和整个系统的综合影响。本文主要从超精密加工的起源、内涵、影响因素、研究方向和对策等方面来阐述超精密加工机床结构。 1 超精密加工相关知识概述 超精密加工目前尚没有统一的定义，在不同历史时期，不同的科学技术发展水平的情况下，有不同的理解。通常我们认为一定尺寸的被加工零件的尺寸精度和形位精度达到零点几微米，表面粗糙度优于百分之几微米的加工技术为超精密
论现代机械加工技术的发展 前言 纵观近些年来现代机械加工技术的发展，当今机械制造业的内涵与水平早已今非昔比。世界各国俨然都将机械加工技术的研究与开展作为一个国家发展的关键技术进行优先发展。因此，清楚的了解我国现代机械加工技术的发展情况，对促进与提高我国机械加工技术发展而言有着十分重要的作用。以下笔者即从机械加工技术的特征入手，分析现代机械加工技术的内容与发展，以期为促进我国机械加工技术的发展做出有意的参考。 1 机械加工技术的基本特征 当今的机械加工技术其是多学科最高新技术的融合，并俨然成为一种基于先进制造技术的现代制造产业。如若我们对机械加工技术进行详细的刨析，则可以看到，其基本特征如下：第一，现代机械加工科学是一门跨学科的综合科学，其将机械、计算机、信息、材料、自动化等学科有机结合，并随着不同对象、不同时间的改变而变化。 第二，现代机械加工系统具有信息密集性与多功能性，因此，其在加工生产中能够按照订单的实际需求，加工制造出成本与批量无关的机械加工产品，进而满足机械加工产品的个性化市场发展要求。 第三，现代机械加工技术呈现出智能化运转。所谓的智能化运转就是指在机械加工过程中使用智能加工制造系统代替人为的手工操作。用智能加工制造系统去管理机械加工的整套流程，真正实现机械加工技术的自动化发展。在智能加工制造系统中，智能与集成是并列存在且相辅相成的，智能是集成的促进，而集成是智能的支撑。 第四，现代机械加工技术逐渐形成设计与工艺一体化。在传统的机械加工设计中，其机械加工设计与机械加工工艺往往是分步进行的，因此，在某种意义上可以说工艺是从属于设计的。也正因如此，在机械加工中往往会出现设计与工艺相分离的情况，而要想解决这一问题，机械加工设计往往就必须受制与机械加工工艺，无法满足机械加工产品的质量需求。因此，在近些年的发展中，我们加大了对设计与工艺的研究与开发工作，以工艺为突破口，逐渐在机械加工中将设计与工艺相结合，不断努力实现设计与工艺一体化，提高机械加工技术水平。 第五，始终将精密加工技术作为机械加工技术的关键点，加强对精密、超精密技术的研究与开发，加大对其的研发投入力度，不断提高机械加工技术水平。 第六，提出机械加工产品生命周期的全新理念。现代的机械加工技术不单单是一个产品的生产过程，其更是一个产品生命的开始，而这一理念的提出，使得制造业在机械加设计中，不仅要考虑到产品的形成与使用，更要考虑到产品的处理与报废。因此，现代机械加工技术要做好机械加工产品整个生命周期的设计工作，特别是在报废处理环节上，应该能做到材料的再次循环利用，以此紧跟节能环保的时代主题。 第七，逐步实现由技术支撑向人、组织、技术三结合的集成处理。而这一理念的本质，
《精密与超精密加工技术》知识点总结 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。 2.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。 3.表面质量：指已加工表面粗糙度、残余应力及加工硬化。 4.精密加工定义：是指在一定时期，加工精度和表面质量达到较高程度的加工技术（工艺）。 5.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加工技术（工艺）。 6.加工的划分普通加工（一般加工）、精密加工和超精密加工。普通加工：加工精度在1μm 以上（粗加工IT13～IT9、半精加工IT8～IT7、精加工IT6～IT5），粗糙度Ra0.1-0.8μm。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1～0.1μm ，粗糙度Ra0.1μm 以下（一般Ra0.1～0.01μm ）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0.1～0.01μm ，粗糙度小于Ra0.01μm（Ra0.01～Ra0.001μm）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。 7.精密加工影响因素 8.切削、磨削加工：精密切削和磨削、超精密切削与磨削。 9.特种加工：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。 10.精密加工和超精密加工的发展趋势：向高精度方向发展、向大型化，微型化方向发展、向加工检测一体化发展、研究新型超精密加工方法的机理、新材料的研究。 11.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。 12.金刚石刀具是超精密切削中的重要关键。金刚石刀具有两个比较重要的问题：一是晶面的选择，因为金刚石晶体各向异性；二是研磨质量，也就是刃口半径，因为影响变形和最小切削厚度。 13.检测技术是超精密切削中一个极为重要的问题。超精密加工要求测量精度比加工精度高一个数量级。 14.超精密加工必须在超稳定的加工环境条件下进行：恒温条件、防振条件。恒温：20℃±(1～0.02)℃恒湿：35﹪～45﹪空气净化、防振等。 15.金刚石分类：天然金刚石和人造金刚石两大类（碳的同素异形体）。 16.金刚石晶体的三种晶面晶体——原子具有规则排列的物体。晶体中各种方位上的原子面 叫晶面。晶体中各种方位上的原子列叫晶向。金刚石晶格中有三种重要晶面，(100),(110),(111)。 17.金刚石晶体具有强烈的各向异性不同晶面，不同方向性能有明显差别；金刚石刀具的晶面选择直接影响切削变形和加工表面质量；金刚石晶体和铝合金、紫铜间的摩擦系数在0.06～0.13之间，而
精密与超精密加工技术综述 0 前言 就先进制造技术的技术实质性而论，主要有精密和超精密加工技术和制造自动化两大领域 1 。前者包括了精密加工、超精密加工、微细加工，以及广为流传的纳米加工，它追求加工上的精度和表面质量的极限，可统称为精密工程；后者包括了设计、制造和管理的自动化，它不仅是快速响应市场需求、提高生产率、改善劳动条件的重要手段，而且是提高产品质量的有效方式。两者有密切联系，许多精密和超精密加工要靠自动化技术才能达到预期目标，而不少制造自动化则有赖于精密加工才能达到设计要求。精密工程和制造自动化具有全局性的、决策性的作用，是先进制造技术的支柱。 精密和超精密加工与国防工业有密切关系。导弹是现代战争的重要武器，其命中精度由惯性仪表的精度所决定，因而需要高超的精密和超精密加工设备来制造这种仪表。例如，美国“民兵”型洲际导弹系统的陀螺仪其漂移率为0.03～0.05°/h ，加速度计敏感元件不允许有0.05μm的尘粒，它的命中精度的圆概率误差为500m；MX战略导弹(可装载10个核弹头)，由于其制导系统陀螺仪精度比“民兵—Ⅲ”型导弹要高出一个数量级，因而其命中精度的圆概率误差仅为50～150m。对射程4000km的潜射弹道导弹，当潜艇的位置误差对射程偏差的影响为400m、潜艇速度误差对射程偏差的影响为800m、惯性平台的垂直对准精度对射程偏差的影响为400m时，要求惯性导航的陀螺仪的漂移精度为0.001°/h、航向精度在1′以上、10小时运行的定位精度为0.4～0.7海里，因此，陀螺元件的加工精度必须达到亚微米级，表面粗糙度达到Ra0.012～0.008μm。由此可知，惯性仪表的制造精度十分关键。如1kg重的陀螺转子，其质量中心偏离其对称轴为0.5nm时，就会造成100m的射程误差和50m的轨道误差；激光陀螺的平面反射镜的平面度为0.03～ 0.06μm ，表面粗糙度要求为Ra0.012μm以上；红外制导的导弹，其红外探测器中接受红外线的反射镜，其表面粗糙度要求达到Ra0.015～0.01μm［2］。 航天、航空工业中，人造卫星、航天飞机、民用客机等，在制造中都有大量的精密和超精密加工的需求，如人造卫星用的姿态轴承和遥测部件对观测性能影响很大。该轴承为真空无润滑轴承，其孔和轴的表面粗糙度要求为Ry0.01μm，即1nm，其圆度和圆柱度均要求纳米级精度。被送入太空的哈勃望远镜(HST)，可摄取亿万千米远的星球的图像，为了加工该望远镜中直径为2.4m、重达900kg的大型反光镜，专门研制了一台形状精度为0.01μm的加工光学玻璃的六轴CNC研磨抛光机。据英国Rolls-Royce公司报道，若将飞机发动机转子叶片的加工度，由60μm提高到12μm、表面粗糙度由Ra0.5μm减少到0.2μm，发动机的加速效率将从89%提高到94%；齿轮的齿形和齿距误差若能从目前的3～6μm，降低到1μm，则其单位重量所能传递的扭距可提高近1倍。 当前，微型卫星、微型飞机、超大规模集成电路的发展十分迅猛，涉及微细加工技术、纳米加工技术和微型机电系统(MEMS)等已形成微型机械制造。这些技术都在精密和超精密加工范畴内，与计算机工业、国防工业的发展直接相关。 1 精密和超精密加工的技术内涵 精密加工和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶段，通常，按加工精度划分，可将机械加工分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。由于生产技术的不断发展，划分的界限将逐渐向前推移，过去的精密加工对今天来说已是普通加工，因此，其划分的界限是相对的，且在具体数值上至今没有固定。 1.1 精密加工和超精密加工的范畴 当前，精密加工是指加工精度为1～0.1μm、表面粗糙度为Ra0.1～0.025μm的加工技术；超精密加工是指加工精度高于0.1μm、表面粗糙度Ra小于0.025μm的加工技术，因此，超精密加工又称之为亚微米级加工。但是，目前超精密加工已进入纳米级精度阶段，故出现了纳米加工及其相应的技术 从精密加工和超精密加工的范畴来看，它应该包括微细加工、超微细加工、光整加工、精整加工等加工技术。 微细加工技术是指制造微小尺寸零件的加工技术；超微细加工技术是指制造超微小尺寸零件的加工技术，它们是针对集成电路的制造要求而提出的，由于尺寸微小，其精度是用切除尺寸的绝对值来表示，而不是
第六章练习题 第六章机械制造技术的发展 机械制造自动化技术的发展，精密与超精密加工技术，非传统加工技术，先进制造技术。 1. 单项选择 1-1 柔性制造系统（FMS）特别适合于（）生产。 ①单件②多品种、中小批量③少品种、中小批量④大批量 1-2 先进制造技术首先由美国于20世纪（）提出。 ① 70年代中② 80年代初③ 80年代末④ 90年代中 1-3 AMT是制造技术和（）结合而产生的一个完整的技术群。 ①现代管理科学②现代高技术③计算机技术④测控技术 1-4 当前精密加工所达到的精度是（）。 ① 10～1μm ② 1～0.1μm ③ 0.1～0.01μm ④ 0.01～0.001μm 1-5 在超精密切削加工中，最常用的刀具材料是（）。 ①高速钢②硬质合金③陶瓷④金刚石 1-6 金刚石或CBN砂轮修锐的目的是使磨粒（）。 ②平整②变细③变尖④突出 1-7 光刻加工主要用于（）。 ①加工超硬材料②加工工程陶瓷③制作集成电路④制作微型模具 1-8 电火花加工设备关键装置之一是（）。 ①直流电源②稳压电源③高压电源④脉冲电源 1-9 电解磨削属于（）。 ①溶解加工②熔化加工③机械加工④复合加工 1-10 激光打孔时，为保证加工孔的质量，要求加工面（）。 ①位于焦点和透镜之间②与焦点位置一致③位于焦点之外④距焦点距离等于焦距1-11 电子束特别适合于加工半导体材料，其主要原因是电子束加工（）。 ①加工效率高②工件变形小③在真空条件下进行④可控性好 1-12 超声波加工设备中变幅杆的功能是（）。 ①增大振动幅值②减小振动幅值③改变振动方向④改变振动频率 2. 多项选择 2-1 在激烈的市场竞争中，企业赢得市场的基本要素包括（）和服务。 ①时间（T）②质量（Q）③成本（C）④资金（F） 2-2 现代机械制造技术的先进性主要表现在（）少污染等几方面。 ①质量优②效率高③全自动④消耗低
精密与特种加工技术 结课论文 题目：超精密加工技术的发展与展望指导教师：沈浩 学院：机电工程学院 专业：机械工程 姓名：司皇腾 学号：152085201020
超精密加工技术的发展与展望 摘要:超精密加工是多种技术综合的一种加工技术,是获得高形状精度、表面精度和表面完整性的必要手段。根据当前国内外超精密加工技术的发展状况,对超精密切削、磨削、研磨以及超精密特种加工及复合加工技术进行综述,简单地对超精密加工的发展趋势进行预测。精密加工技术发展方向是：向高精度、高效率方向发展；向大型化、微型化方向发展；向加工检测一体化方向发展；机床向多功能模块化方向发展。本世纪的精密加工发展到超精密加工历程比较复杂且难度大，目前超精密加工日趋成熟，已形成系列，它包括超精密切削、超精密磨削、超精密研磨、超精密特种加工等。在不久的将来，精密加工也必将实现精密化、智能化、自动化、高效信息化、柔性化、集成化。创新思想及先进制造模式的提出也必将为精密与超精密技术发展提供策略。环保也是机械制造业发展的必然趋势。 关键词:加工精度;超精密加工技术;超精密特种加工;纳米技术;复合加工 【引言】 精密加工和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶段，往往我们一提到超精密这个词，就会觉得它很神秘，但同任何复杂的高新技术一样，经过一段时间的熟悉和掌握，都会被大众所了解，也就不再是所谓的高科技了，超精密加工也是这样。实际上，如果拥有超精密的加工设备，并且在其它相关技术和工艺上能匹配，经过一段时间的实践之后，就能很好地掌握它，但这需要一个过程。超精
密加工领域集成了很多IT、机械以及电气控制方面的技术，设备方面的操作和使用也非常复杂，所以，只有在对它有很深的理解之后才能把它用好。 通常按加工精度划分,可将机械加工分为一般加工、精密加工、超精密加工。在不同的历史阶段,不同的科学技术水平下,对超精密加工有不同的定义,由于生产技术的不断发展,划分的界限不断变化。过去的超精密加工对今天来说可能已经是普通加工了,所以对其划分的界限是相对的,而且在具体数值上至今没有确切的界限。现阶段通常把被加工零件的尺寸精度和形位精度达到零点几微米,表面粗糙度优于百分之几微米的加工技术称为超精密加工技术[1],也可以理解为超精密加工就是在超精密机床设备上,利用零件与刀具之间产生的具有严格约束的相对运动,对材料进行微量切削,以获得极高形状精度和表面光洁度的加工过程,其精度从微米到亚微米,乃至纳米。超精密加工技术是现代高技术战争的重要支撑技术,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方向[2]。 超精密加工技术综合应用了机械技术发展的新成果及现代光电技术、计算机技术、测量技术和传感技术等先进技术。同时,作为现代高科技的基础技术和重要组成部分,它推动着现代机械、光学、半导体、传感技术、电子、测量技术以及材料科学的发展进步。超精密加工在现代武器和一些尖端产品制造中具有举足轻重的地位,是其它一些加工方法无可替代的,它不仅可以应用于国防,而且可以广泛地应用于比较高端的民用产品中,是衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志。 1、超精密加工技术的发展历史 精密超精密加工技术的起源从一定意义上可以上溯到原始社会：当原始人类学会了制作具有一定形状且锋利的石器工具时，可以认为出现了最原始的手工研