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精密和超精密加工现状与发展趋势一、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1~0.1µ;m，表面粗糙度为Ra0.1~0.01µ;m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。
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。
表面粗糙度对光学性能的影响及其测量方法光学元件的表面粗糙度是一个重要参数，对光的反射、折射以及透射都有影响。
粗糙的表面会导致光线的扩散、反射、散射和吸收，从而影响光学元件的性能。
因此，对表面粗糙度的测量和控制非常重要，特别是在高精度光学器件设计和制造过程中。
影响光学性能的表面粗糙度光学元件的表面粗糙度主要影响反射、折射和透射几个方面。
首先，表面粗糙度会导致光线的散射和吸收，特别是在高频段。
其次，表面粗糙度会导致光的反射、折射和透射的方向和程度不同，从而影响光学元件的性能。
特别是在高精度应用中，如激光成像、干涉测量、光学传感器、照明和光学通信等领域，表面粗糙度的控制非常关键。
测量表面粗糙度的方法为了控制光学元件的表面粗糙度，需要对其进行测量。
目前常用的表面粗糙度测量方法有接触式和非接触式两种方法。
接触式表面粗糙度测量方法包括拉伸法、微观测量方法和机械针头等方法。
非接触式表面粗糙度测量方法包括光学方法、电学方法和力学方法等。
下面让我们就其中一些常用的方法进行介绍。
1. 拉伸法拉伸法是一种接触式测量方法，它是通过钢丝或橡胶刮子等测量仪器刮过样品的表面，然后通过测量刮痕的深度来确定表面粗糙度的大小。
这种方法适用于较大的表面、强度较高的材料以及较贵的样品。
但是，它的缺点就是不能测量较小的表面粗糙度。
2. 微观测量法微观测量法是一种比较准确的接触式表面粗糙度测量方法，常用的方法包括扫描探针显微镜和电子显微镜等。
这种方法可以测量很小的表面比如纳米级别的表面，但是需要专业的设备和技能。
3. 光学方法光学方法是一种非接触式表面粗糙度测量方法，包括干涉法、反射法和透射法等。
其中，干涉法是一种测量表面形貌的方法，反射法和透射法是测量表面粗糙度的方法。
干涉法是通过双波长干涉仪和相位移方法来测量表面高度差的方法，适用于比较平坦的表面。
反射法是通过测量光在表面反射时的角度差以及光线的强度来确定表面粗糙度的大小。
透射法是通过测量光在样品上透过和反射的光强的变化来确定表面粗糙度的大小。
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。
1、精密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2、什么叫精密加工？加工精度在0.1～1µm，加工表面粗糙度在Ra0.02～0.1µm之间的加工方法称为精密加工。
3、什么叫超精密加工？加工精度高于0.1µm，加工表面粗糙度小于Ra0.01µm之间的加工方法称为超精密加工。
4、以下哪些是精密和超精密加工的分类？A.去除加工B.结合加工；C.变形加工；D.切削加工；E.磨粒加工F.特种加工；G.复合加工；5、影响精密与超精密加工的因素有哪些？加工机理、被加工材料、加工设备及其基础元部件、加工工具、检测与误差补偿、工作环境等。
6、我国今后发展精密与超精密加工技术的重点研究内容包括什么？（1）超精密加工的加工机理；（2）超精密加工设备制造技术；（3）超精密加工刀具、磨具及刃磨技术；（4）精密测量技术及误差补偿技术；（5）超精密加工工作环境条件。
7、举例说明超精密切削的应用范围有哪些？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、录像机的磁头、复印机的硒鼓、菲尼尔透镜等由有色金属和非金属材料制成的零件。
8、超精密切削速度是如何选择的？超精密切削实际速度的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。
9、金刚石刀具的尺寸寿命甚高，高速切削时刀具磨损亦甚慢，因此刀具是否磨损以加工表面质量是否下降超差为依据，切削速度并不受刀具寿命的制约。
10、单晶金刚石刀具破损或磨损不能继续使用的标志是？加工表面粗糙度超过规定值。
11、简述超精密切削时切削参数对积屑瘤生成的影响？见书本P13-14。
12、简述超精密切削时积屑瘤对切削力和加工表面粗糙度的影响？见书本P14-15。
13、分别用1-2句话总结切削速度、进给量、修光刃、切削刃、背吃刀量变化对加工表面质量的影响？在常用超精密切削速度范围内，切削速度对加工表面粗糙度基本无影响；带有修光刃的刀具，当f<0.02mm/r时，进给量再减小对表面粗糙度影响不大；修光刃的长度过长，对加工表面粗糙度影响不大。
微振动对干涉仪运动机构均匀性的影响分析段鹏飞;李明;徐彭梅【摘要】外界振动对双角镜摆臂式傅里叶变换干涉仪（下简称干涉仪）运动机构速度均匀性的影响，可以通过干涉仪光程差速度稳定度来定量分析。
文章针对空间光谱探测过程中，在轨微振动影响下的干涉仪运动机构可靠性问题，提出了一种更全面的光程差速度均匀性分析方法。
该方法将外界激励引起的干涉仪结构响应作为一项影响因素纳入到稳定性的分析中，从而能够更真实地反映干涉仪在轨工作的可靠性，更准确地判断干涉仪能够承受的微振动临界。
文章论述的方法为外界激励扰动下机构运动可靠性的判断以及机构控制优化的研究提供了一种思路。
%A method on discussing the influence of micro-vibration on optical spectrum interferometer (in twin cube corners and swinging arm structure) is introduced. According to the method, the interferometer structural response excited by the micro-vibration is considered as an influencing factor in derivation of interferometer OPD (optical path difference) speed stability, which can be taken as a criterion on interferometer stability. Considering micro-vibration disturbance, this OPD speed stability would be more accurate in the evaluation of interferometers on-orbit stability, and more effective in determining the critical micro-vibration that interferometer can stand.【期刊名称】《航天返回与遥感》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】7页(P44-50)【关键词】傅里叶变换干涉仪;干涉光程差;速度稳定度;微振动;空间光谱探测【作者】段鹏飞;李明;徐彭梅【作者单位】北京空间机电研究所，北京 100094;北京空间机电研究所，北京100094;北京空间机电研究所，北京 100094【正文语种】中文【中图分类】V411.41 引言基于干涉型的傅里叶变换光谱探测技术具有探测通量大、光谱波段多、光谱分辨率高等诸多优点，逐渐成为国内外光谱探测技术发展的热点[1-3]。
1）精密和超精密加工的精度范围分别为多少？超精密加工包括哪些领域？2）答：精密与超精密加工的精度随着科学技术的发展不断提高, 以目前的加工能力而言, 精密加工的精度范围是0.1~1μm, 加工表面精度Ra在0.02~0.1μm之间。
超精密加工的精度高于0.1μm, 加工表面精度Ra小于0.01μm。
3）超精密加工领域:4）超精密切削,5）超精密磨削,6）超精密研磨和抛光。
超精密切削对刀具有什么要求？天然单晶金刚石、人造单晶金刚石、人造聚晶金刚石和立方氮化硼刀具是否适用于超精密切削？答: 超精密切削对刀具的要求:1) 刀具刃口锋锐度ρ刀具刃口能磨得极其锋锐, 刃口圆弧半径ρ极小, 能实现超薄切削厚度, 减小切削表面弹性恢复和表面变质层。
ρ与切削刃的加工方位有关, 普通刀具5~30μm, 金刚石刀具<10nm；从物理学的观点, 刃口半径ρ有一极限。
2) 切削刃的粗糙度。
切削时切削刃的粗糙度将决定加工表面的粗糙度。
普通刀刃的粗糙度Ry0.3~5 μm, 金刚石刀具刀刃的粗糙度Ry0.1~0.2 μm, 特殊情况Ry1nm, 很难。
3) 极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量, 保证长的刀具寿命。
4) 刀刃无缺陷, 足够的强度, 耐崩刃性能。
5) 化学亲和性小、与工件材料的抗粘结性好、摩擦系数低, 能得到极好的加工表面完整性。
单晶金刚石硬度极高。
自然界最硬的材料, 比硬质合金的硬度高5~6倍。
摩擦系数低。
除黑色金属外, 与其它物质的亲和力小。
能磨出极锋锐的刀刃。
最小刃口半径1~5nm。
耐磨性好。
比硬质合金高50~100倍。
导热性能好, 热膨胀系数小, 刀具热变形小。
因此, 天然单晶金刚石被一致公认为理想的、不能代替的超精密切削刀具。
人造单晶金刚石已经开始用于超精密切削, 但是价格仍然很昂贵。
金刚石刀具不适宜切黑色金属, 很脆, 要避免振动而且价格昂贵, 刃磨困难。
人造聚晶金刚石无法磨出极锋锐的切削刃, 切削刃钝圆半径ρ很难达到<1μm, 它只能用于有色金属和非金属的精切, 很难达到超精密镜面切削。
