精密和超精密加工技术第5章精密加工中的测量技术

精密超精密加工技术精密及超精密加工对尖端技术的发展起着十分重要的作用。

当今各主要工业化国家都投入了巨大的人力物力,来发展精密及超精密加工技术,它已经成为现代制造技术的重要发展方向之一。

本节将对精密、超精密加工和细微加工的概念、基本方法、特点和应用作一般性介绍。

一、精密加工和超精密加工的界定精密和超精密加工主要是根据加工精度和表面质量两项指标来划分的。

这种划分是相对的，随着生产技术的不断发展，其划分界限也将逐渐向前推移。

1．一般加工一般加工是指加工精度在10µm左右（IT5~IT7）、表面粗糙度为R a0.2µm~0.8µm的加工方法，如车、铣、刨、磨、电解加工等。

适用于汽车制造、拖拉机制造、模具制造和机床制造等。

2．精密加工精密加工是指精度在10µm~0.1µm（IT5或IT5以上）、表面粗糙度值小于R a0.1µm的加工方法，如金刚石车削、高精密磨削、研磨、珩磨、冷压加工等。

用于精密机床、精密测量仪器等制造业中的关键零件，如精密丝杠、精密齿轮、精密导轨、微型精密轴承、宝石等的加工。

3．超精密加工超精密加工一般指工件尺寸公差为0.1µm~0.01µm数量级、表面粗糙度R a 为0.001µm数量级的加工方法。

如金刚石精密切削、超精密磨料加工、电子束加工、离子束加工等，用于精密组件、大规模和超大规模集成电路及计量标准组件制造等方面。

二、实现精密和超精密加工的条件精密和超精密加工技术是一项内容极为广泛的制造技术系统工程，它涉及到超微量切除技术、高稳定性和高净化的工作环境、设备系统、工具条件、工件状况、计量技术、工况检测及质量控制等。

其中的任一因素对精密和超精密加工的加工精度和表面质量，都将产生直接或间接的不同程度的影响。

1．加工环境精密加工和超精密加工必须具有超稳定的加工环境。

因为加工环境的极微小变化都可能影响加工精度。

1、通常将加工精度在0.1-1um、加工表面粗糙度R在0.02-0.1um之间的加工方法称为精密加工。

而将加工精度高于0.1um、加工表面粗糙度R小于0.01um的加工方法称为超精密加工。

2、提高加工精度的原因：提高制造精度后可提高产品的性能和质量，提高其稳定性和可靠性；促进产品的小型化；增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配。

3、精密和超精密加工目前包含三个领域：超精密切削；精密和超精密磨削研磨‘精密特种加工。

4、金刚石刀具的超精密切削加工技术，主要应用于两个方面：单件的大型超精密零件的切削加工和大量生产的中小型零件的超精密切削加工技术。

5、金刚石刀具有两个比较重要的问题：晶面的选择；切削刃钝圆半径。

6、超稳定环境条件主要是指恒温、防振、超净和恒湿五个方面的条件。

7、我国应开展超精密加工技术基础的研究，其主要内容包括以下四个方面：1）超精密切削、磨削的基本理论和工艺。

2）超精密设备的关键技术、精度、动特性和热稳定性。

3）超精密加工的精度检测、在线检测和误差补偿。

4）超精密加工的环境条件。

5）超精密加工的材料。

8、超精密切削实际选择的切削速度，经常是根据所使用的超精密机床的动特性和切削系统的动特性选取，即选择振动最小的转速。

9、超精密切削实际能达到的最小切削厚度和金刚石刀具的锋锐度、使用的超精密机床的性能状态、切削时的环境等都直接有关。

10、为实现超精密切削，刀具应具有如下性能：1）极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量，以保证刀具有很长的寿命和很高的尺寸耐用度。

2）切削刃钝圆能磨得极其锋锐，切削刃钝圆半径r值极小，能实现超薄切削厚度。

3）切削刃无缺陷，切削时刃形将复印在加工表面上，能得到超光滑的镜面。

4）和工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦因素低，能得到极好的加工表面完整性。

11、SPDT——金刚石刀具切削和超精密切削。

12、晶体受到定向的机械力作用时，可以沿平行于某个平面平整地劈开的现象称为解理现象。

1-1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。

精密和超精密加工是国际竞争取得成功的关键技术。

许多现代技术产品需要高精度制造。

发展尖端技术，发展国防工业，发展微电子工业等都需要精密和超精密加工制造出来的仪器设备。

1-2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精密加工：加工精度0.1～1um表面粗糙度Ra在0.02～0.1um超精密加工：加工精度高于0.1um表面粗糙度Ra小于0.01um1-3精密和超精密加工现在包括那些领域。

1）超精密切削（各种镜面）2）精密和超精密磨削研磨（集成电路基片和高精度磁盘）3）精密特种加工（电子束、离子束加工使美国超大规模集成电路线宽达到0.1um）1-4试展望精密和超精密加工技术的发展。

对精密和超精密加工技术给予足够的重视，投入较多的人力物力进行研究和发展，在生产中稳定纳米加工，扩大应用亚微米加工技术，并开始纳米级加工的试验研究，则在10～15年内有希望达到美国等先进国家的水平。

可先在某些单项技术上取得突破，逐步使我国的精密和超精密加工技术达到国际先进水平。

1-5我国的精密和超精密加工技术和发达国家相比情况如何与发达国家相比，仍有不少的差距。

不少精密机电产品尚靠进口。

有些靠老工人手艺，且报废高。

某些精密机电产品我国虽已能生产，但其中的核心关键部件仍需依靠进口，我国每年需进口大量尚不能生产的精密数控机床设备。

1-6我国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?1）超精密切削、磨削的基本理论和工艺2）超精密设备的关键技术、精度、动特性和热稳定性3）超精密加工的精度检测、在线检测和误差补偿4）超精密加工的环境条件；5）超精密加工的材料2-1金刚石刀具超精密切削有哪些应用范围?用于加工铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料。

用于加工陀螺仪、激光反射镜、天文望远镜的反射镜、红外反射镜和红外透镜、雷达的波导管内腔、计算机磁盘、激光打印机的多面棱镜、复印机的硒鼓、菲尼尔透镜2-2金刚石刀具超精密切削的切削速度如何选择？根据所使用的超精密机床的动特性和切削系统的动特性选取，即选择振动最小的转速。

精密和超精密加工技术课程设计一、课程设计目的本课程设计旨在通过对精密和超精密加工技术的学习与研究，培养学生对于精密加工技术的理解和掌握，并能够通过实验操作提高技能水平。

二、课程设计内容2.1 精密加工技术1.精密加工技术概述2.精密加工的分类3.精密加工的工艺过程4.现代精密加工技术发展及应用2.2 超精密加工技术1.超精密加工技术概述2.超精密加工的分类3.超精密加工的工艺过程4.现代超精密加工技术发展及应用2.3 实验操作1.精密加工技术操作实验2.超精密加工技术操作实验三、课程设计要求3.1 实验操作要求1.实验前学生需要了解实验操作流程，明确实验目的，熟悉实验原理和安全注意事项。

2.实验时按正常操作方法和工艺参数，保证操作的准确性和实验成功率。

3.实验后需认真整理实验数据，撰写实验报告。

3.2 实验报告要求1.实验报告应清晰准确地展现实验目的、原理、实验流程和数据处理过程。

2.实验报告应具有系统性和科学性。

3.实验报告应具有合理的结论和推论，并对实验结果进行合理的分析和评价。

四、课程设计参考书目1.《精密加工技术》(第3版), 刘宗英等著, 机械工业出版社, 20182.《超精密加工技术概论》, 郁勇新著, 科学出版社, 20093.《现代制造工艺技术》(第5版), 翁启惠等著, 机械工业出版社,2014五、课程设计总结通过学习和研究精密和超精密加工技术，并进行实验操作，可以使学生加深对于精密加工技术的了解和掌握，提高技能水平，同时也对于现代制造工艺技术有更深刻的理解和认识。

精密和超精密加工一、精密和超精密加工的概念与范畴通常，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。

精密加工包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。

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，具体如下：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Ra0.4~0.1μm，最好可到Ra0.025μm，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.精密研磨与抛光是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≤0.025μm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。

精密机械加工中的测量与检测技术在当今高度工业化的时代，精密机械加工在各个领域都发挥着至关重要的作用。

从航空航天到汽车制造，从医疗设备到电子通讯，几乎所有的高科技产品都离不开精密机械加工的支持。

而在精密机械加工过程中，测量与检测技术则是保证产品质量和精度的关键环节。

测量与检测技术的重要性不言而喻。

它就像是一双“眼睛”，时刻监控着加工过程中的每一个细节，确保加工出来的零件符合设计要求。

如果没有精确的测量与检测，即使使用了最先进的加工设备和工艺，也无法保证产品的质量和性能。

因此，对于精密机械加工企业来说，掌握先进的测量与检测技术是提高竞争力的核心要素之一。

在精密机械加工中，常用的测量与检测技术包括尺寸测量、形状测量、位置测量、表面粗糙度测量等。

尺寸测量是最基本的测量项目之一，它主要用于测量零件的长度、宽度、高度、直径等尺寸参数。

常用的尺寸测量工具包括卡尺、千分尺、量规等。

这些工具操作简单，精度较高，能够满足大多数常规零件的尺寸测量需求。

然而，对于一些高精度、复杂形状的零件，传统的测量工具可能就无法胜任了，这时就需要使用更先进的测量设备，如三坐标测量机、激光干涉仪等。

三坐标测量机是一种高精度、高效率的测量设备，它可以对零件的三维尺寸进行精确测量。

通过将零件放置在测量机的工作台上，并使用探头对零件表面进行逐点测量，测量机可以快速获取零件的三维坐标数据，并通过软件分析计算出零件的尺寸、形状、位置等参数。

激光干涉仪则是一种基于激光干涉原理的测量设备，它可以用于测量零件的直线度、平面度、垂直度等几何精度。

激光干涉仪具有测量精度高、测量范围大等优点，在精密机械加工中得到了广泛的应用。

形状测量也是精密机械加工中非常重要的一个环节。

零件的形状精度直接影响着其装配性能和工作性能。

常见的形状测量项目包括圆度、圆柱度、平面度、线轮廓度、面轮廓度等。

圆度测量通常使用圆度仪进行，圆柱度测量可以使用圆柱度仪或三坐标测量机，平面度测量则可以使用平板和千分表、三坐标测量机等设备。

《精密和超精密加工技术》学习总结11机械1班 2011411011070. 引言精密和超精密加工技术不仅直接影响尖端技术和国防工业的发展，还影响着国家的机械制造业的国际竞争力，因此，全球各国对此十分重视！本文就从超精密切削、精密和超精密磨削、精密研磨与抛光、精密加工的机床设备和外部支撑环境、微纳加工技术等相关的超精密加工技术进行研究与总结。

1. 超精密切削超精密切削是国防和尖端技术中的重要部分，受到了各国的重视和发展。

一、超精密切削的切削速度选择超精密切削所使用的刀具是天然单晶金刚石刀具，它是目前自然界硬度最高的物质，具有耐磨性好、热传导系数高和有色金属间摩擦系数小。

因此，在加工有色金属时，切削温度低，刀具寿命很高，亦可使用1000-2000m/min的高速切削。

而这一点（切削速度并不受刀具寿命的制约）是和普通切削规律不同的。

超精密切削的速度选择是根据所使用的超精密机床的动特性和切削系统的动特性所决定的，即选择振动最小的转速。

换而言之，要高效地切削出高质量的加工表面，就应该选择动特性好，振动小条件下最高转速的超精密机床。

例如沈阳第一机厂圣工场的SI-255液体静压主轴的超精密车床在700-800r/min时振动最大，故要避开该转速范围，选择低于或者高于该速度范围进行切削，则可得到较好的加工表面。

二、超精密切削时刀具的磨损和寿命天然单晶金刚石刀具超精密切削应用于加工铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料，比如激光反射镜、雷达的波导管内腔、计算机磁盘等。

判断金刚石刀具是否破损或磨损而不能继续使用的标准是根据工件加工的表面粗糙度有无超过规定值。

而金刚石刀具的切削路程的长度则是其寿命长短的标志。

倘若切削条件正常，刀具的耐用度可达数百千米。

但是在实际使用中，金刚石刀具常是达不到这个耐用度，因为加工过程中切削刃会产生微小崩刃而不能继续使用，而这主要是由于切削时的振动或切削刃的碰撞引起的。

因此，金刚石刀具只能使用在机床主轴转动非常平稳的高精度机床上，而刀具的维护对机床的要求亦是如此。

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。

机械行业智能化机械零件的精密加工与制造方案第一章智能化机械零件加工概述 (2)1.1 智能化机械零件加工的意义 (2)1.2 智能化加工技术的发展趋势 (2)第二章精密加工技术基础 (3)2.1 精密加工的定义及分类 (3)2.2 精密加工的关键技术 (3)2.3 精密加工技术的应用领域 (4)第三章智能化机械零件加工工艺 (4)3.1 智能化加工工艺的基本原理 (4)3.2 智能化加工工艺的设计方法 (4)3.3 智能化加工工艺的优化策略 (5)第四章智能化机械零件加工设备 (5)4.1 智能化加工设备的选型 (5)4.2 智能化加工设备的操作与维护 (5)4.3 智能化加工设备的故障诊断与排除 (6)第五章精密测量技术 (6)5.1 精密测量技术的原理 (6)5.2 精密测量技术的应用 (7)5.3 精密测量技术的误差分析 (7)第六章智能化控制系统 (7)6.1 智能化控制系统的组成 (7)6.1.1 控制器 (7)6.1.2 传感器 (8)6.1.3 执行器 (8)6.1.4 通信网络 (8)6.2 智能化控制系统的设计 (8)6.2.1 系统架构设计 (8)6.2.2 控制策略设计 (8)6.2.3 传感器和执行器选型 (8)6.2.4 通信网络设计 (8)6.3 智能化控制系统的调试与优化 (9)6.3.1 系统调试 (9)6.3.2 功能优化 (9)6.3.3 故障诊断与处理 (9)第七章精密加工中的材料选择与处理 (9)7.1 精密加工材料的选择 (9)7.2 精密加工材料的预处理 (10)7.3 精密加工材料的后处理 (10)第八章智能化机械零件加工过程中的质量控制 (10)8.1 质量控制的基本原则 (10)8.2 质量控制的方法与工具 (11)8.3 质量控制体系的建立与运行 (11)第九章智能化机械零件加工的环境与安全 (11)9.1 加工环境的要求与改善 (11)9.2 安全生产的基本原则 (12)9.3 安全的预防与处理 (12)第十章智能化机械零件加工的未来展望 (13)10.1 智能化加工技术的发展方向 (13)10.2 智能化加工技术的市场前景 (13)10.3 智能化加工技术的挑战与对策 (14)第一章智能化机械零件加工概述1.1 智能化机械零件加工的意义现代工业的快速发展，机械零件的加工精度和效率要求越来越高。