超精密加工技术（精选11篇）
超精密加工技术 篇1
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。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;精度高于0.1μm, 表面粗糙度小于Ra0.01μm之间的称为超精密加工。因此, 如果从去除单位尺寸将切削加工加以区别的话, 以微米级的去除, 才属于超精密加工。
1 金刚石刀具切削的机理
超精密切削加工主要是由高精度的机床和单晶金刚石刀具进行的, 故一般称为金刚石刀具切削或SPDT (Single Point Diamond Turning) 。金刚石刀具的超精密切削加工虽有很多优点, 但要使金刚石刀具超精密切削达到预期的效果, 并不是很简单的事, 许多因素都对它有影响。
1.1 切削厚度与材料切应力的关系
金刚石刀具超精密切削属微量切削, 其机理和普通切削有较大差别。精密切削时要达到0.1微米的加工精度和Ra0.01微米的表面粗糙度, 刀具必须具有切除亚微米级以下金属层厚度的能力。由于切深一般小于材料晶格尺寸, 切削是将金属晶体一部分一部分地去除。因此, 精密切削在切除多余材料时, 刀具切削要克服的是晶体内部非常大的原子结合力, 于是刀具上的切应力就急剧增大, 刀刃必须能够承受这个比普通加工大得多的切应力。
切削厚度与切应力成反比, 切削厚度越小, 切应力越大。当进行切深为0.1微米的普通车削时, 其切应力只有500MPa;当进行切深为0.8微米的精密切削时, 切应力约为10000MPa。因此精密切削时, 刀具的尖端将会产生根大的应力和很大的热量, 尖端温度极高, 处于高应力高温的工作状态, 这对于一般刀具材料是无法承受的。因为普通材料的刀具, 其刀刃的刃口不可能刃磨得非常锐利, 平刃性也不可能足够好, 这样在高应力和高温下会快速磨损和软化, 不能得到真正的镜面切削表面。而金刚石刀具却有很好的高温强度和高温硬度, 能保持很好的切削性能, 而不被软化和磨损。
1.2 材料缺陷及其对超精密切削的影响
金刚石刀具超精密车削是一种原子、分子级加工单位的去除 (分离) 加工方法, 要从工件上去除材料, 需要相当大的能量, 这种能量可用临界加工能量密度δ (J/cm3) 和单位体积切削能量ω (J/cm3) 来表示。临界加工能量密度就是当应力超过材料弹性极限时, 在切削相应的空间内, 由于材料缺陷而产生破坏时的加工能量密度;单位体积切削能量则是指在产生该加工单位切削时, 消耗在单位体积上的加工能量。从工件上要去除的一块材料的大小 (切削应力所作用的区域) 就是加工单位, 加工单位的大小和材料缺陷分布的尺寸大小不同时, 被加工材料的破坏方式就不同。
2 超精密金刚石刀具切削
当加工应力作用在比位错缺陷平均分布间隔一微米则还要狭窄的区域时, 在此狭窄区域内是不会发生由于位错线移动而产生材料滑移变形。当加工应力作用在比位错缺陷平均分布间隔还要宽的范围内时, 位错线就会在位错缺陷的基础上发生滑移, 同时在比剪切应力理论值低得多的加工应力作用下, 晶体产生滑移变形或塑性变形。当加工应力作用在比晶粒大小更宽的范围时, 多数情况易发生由晶界缺陷所引起的破坏。实际上, 在比微错缺陷平均分布间隔还要小的范围内, 还存在着空位、填隙原子等缺陷, 会演变成位错并发生局部塑性滑移.因此实际剪切强度比理论值低, 实际的临界加工能量密度和单位体积切削能量比理论值也要低得多。
2.1 金刚石刀具起精密车削表面的形成
用金刚石刀具超精密车削形成表面的主要影响因素有几何特性、塑性变形和机械加工振动等。几何特性主要是指刀具的形状、几何角度、刀刃的表面粗糙度和进给量等。它主要影响与切削运动力向相垂直的横向表面粗糙度。图a表示了在切削时, 主偏角kr、副偏角kr和进给量f对残留面积高度的影响。图中ap为切削深度, Ry为表面粗糙度的轮廓最大高度, 由几何关系可知:
Ry=f/ (ctgkr+ctgk’) r
图b表示了在切削时, 刀尖圆弧半径re和进给量f对残留面积高度的影响, 其几何关系如下:
Ry≈f2/8re
2.2 金刚石刀具超精密车削的切屑形成
金刚石刀具超精密车削所能切除金属层的厚度标志其加工水平。当前, 最小切削深度可达0.1微米以下, 其主要影响因素是刀具的锋利程度, 一般以刀具的切削刃钝圆半径rn来表示。超精密车削所用的金刚石车刀, 其切削刃钝圆半径一船小于0.5微米, 而切削时的切削深度ap和进给量f都很小, 因此, 在一定的切削刃钝圆半径下, 如果切削深度太小, 则可不能形成切屑。切屑能否形成主要取决于切削刃钝圆圆弧处每个质点的受力情况, 在自由切削条件下, 切削刃钝圆圆弧上某一质点A的受力情况见图。该点有切向分力Fz和法向分力Fy, 合力为Fy, z。切向分力使质点向前移动, 形成切屑;法向分力使质点压向被加工表面, 形成挤压而无切屑。所以, 切屑的形成取决于Fz和Fy的比值, 当Fz>Fy时, 有切削过程, 形成切屑;当Fz
式中:ψ—金刚石刀切削时的摩擦角;
Ff—金刚石刀切削时的摩擦力;
Fn—金刚石刀切削时的正压力。
可见, 切削刃钝圆半径rn是决定切屑形成的关键参数。
金刚石刀具越精密切削时, 刀具切削刃钝圆半径小, 切薄能力强, 形成流动切屑, 因此切削作用是主要的。但由于实际切别刃钝因半径不可能为零, 以及修光刃等的作用, 因此还伴随着挤压作用。所以金刚石刀具超精密车削表面是由微切削和微挤压而形成, 并以微切削为主。
3 结语
近几年来, 切削加工技术得到了突飞猛进的发展, 像计算机用的磁鼓、磁盘, 大功率激光用的金属反射镜, 激光扫描用的多面棱镜, 红外光等用的光学零件和复印机的高精度零件, 都是用切削的方法加工出来的, 超精密切削加工技术在这个技术时代显得尤为重要。
摘要：超精密切削加工主要是由高精度的机床和单晶金刚石刀具进行的, 故一般称为金刚石刀具具切削或SPDT。对超精密切削加工技术及其机理进行介绍和总结, 希望对超精密加工行业同事有所指导。
关键词：超精密切削,金刚石,机床
参考文献
[1]骆红云, 焦红, 范猛, 王立江.金刚石刀具与精密超精密加工技术[J].长春光学精密机械学院学报, 2000, (1) .
[2]陈明君, 王景贺, 原大勇, 罗熙淳, 李旦.KDP晶体塑性域超精密切削加工过程仿真[J].光电工程, 2005, (5) .
探析机械制造工艺与精密加工技术 篇2
关键词：机械制造；工艺；精密加工技术；产品质量
中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）14-0016-02
机械制造工艺过程是生产过程的主要组成部分，是在生产过程中改变生产对象的尺寸、形状、相对位置和性质等，成为成品或半成品的过程，主要包括毛坯制造、热处理、零件加工、质量检验和装配等；在机械加工过程中，刀具、夹具、工件和机床4个要素共同作用，加工出符合设计要求的尺寸、形状、位置及表面质量精度的合格零部件。
然而，随着科学技术突飞猛进的发展，对产品提出了更高的制造精度的要求，传统的加工方法已不能够适应更高质量的加工精度的要求。在这一背景下，精密加工技术应用愈加广泛并不断得到发展，是在一定的时期在机械加工领域中的一种更高加工精度的各种精度加工方法的总称，是实现产品更高质量指标的必要条件。它的螺旋式发展极大地推动了机械制造领域的变革，促进了经济社会的发展进步。
1 机械制造工艺与精密加工技术的关系
机械制造工艺系统是以整个机械加工车间为层次的系统，包括原材料的供应、毛坯的制造、机械加工、热处理、装配、检验、油漆、包装、运输及储存等要素组成，目的是使能有效的全面完成零件的机械加工任务。其中，机械加工是该系统的核心要素之一，该系统由刀具、夹具、工件、与机床等部分组成，它们之间相互作用，能在特定的生产条件下，在保证质量要求的前提下，采用合理的工艺过程降低工序的加工成本。在这一过程中，为满足更高的产品质量要求，从而使用加工精度更高的精密加工技术，精密加工技术是机械加工工艺过程应用的一种方法或工具，是机械加工的一系列高精度加工方法的总称。机械制造工艺对生产对象的加工高质量的要求是精密加工技术发展的动力，精密加工技术的提高是提高机械制造工艺加工精度的保障。
2 现代机械制造工艺
现代机械制造工艺具有精度高、柔性高、效率高的特点，其应用范围很广，包括车削、铣削、磨削、孔的钻削、铰削和镗削、齿轮加工和数控加工等。本文将介绍车削，铣削、孔的钻削、铰削和镗削加工以及数控加工的现代机械制造工艺。
2.1 车削加工工艺
一般情况下，车削加工是以主轴带动工件作回转运动，刀具作直线运动的加工方式，一般较多使用的是车床，车床的加工范围很广，主要加工各种回转表面，包括端面、内圆、外圆、螺纹、回转沟槽和滚花等。
根据所用机床的精度不同，可以达到的加工精度等级也不同。其加工的尺寸范围一般可以达到IT12-IT7，精车可达到IT6-IT5，表面粗糙度范围一般是6.3～0.8 um。
2.2 铣削加工工艺
铣削加工利用相切法成形原理，用多刃回转体刀具在铣床上对工件进行加工的一种切削方法。在铣削加工中，铣刀作旋转运动，工件作直线或回转运动，可以加工平面、垂直面、斜面、各种成形面和沟槽。目前，常见的铣削方式有周洗和端铣、顺铣和逆铣，常见的铣刀有圆柱铣刀、圆盘铣刀、角度铣刀、成形铣刀等，常见的铣床有升降台铣床、龙门铣床、工作台不升降铣床和数控铣床等。
2.3 孔的钻削、铰削和镗削加工工艺
①钻削加工是加工孔的常用方法，在加工孔时，孔系的位置精度由夹具保证。在大多数的情况下，钻削是在钻床上进行，也可以在车床、铣床、镗床和加工中心上进行。常见的钻床种类有立式钻床、台式钻床和摇臂式钻床等，这些钻床的共同特点是工件固定不动，刀具作旋转运动，并沿着主轴的方向进给，操作可以是机动，也可以是手动方式。
②孔的铰削被广泛应用于不淬火工件上孔的精加工，一般是加工精度要求较高的小孔，其精度主要由刀具结构和精度来保证。目前，常用的铰刀分为手用和机用铰刀。铰孔时，在很小的切削余量（粗铰为0.15～0.5 mm，精铰0.05～0.25 mm）下，采用较低的切削速度进行加工，其切削力和变形小，孔径由铰刀的校准部分来修光和校正，还用切削液来降低孔的表面粗糙度。因此，铰孔能保证孔的尺寸和形状以及表面粗糙度。铰孔的精度可达IT18-IT7，加工表面粗糙度可达1.6～0.4 um
③孔的镗削加工时，镗刀作旋转运动，工件或镗刀作进给运动。其主要在镗床或铣镗床上对孔进行加工，目前，镗床的主要类型为卧式镗床、坐标镗床和精镗床等，其中卧式镗床应用最为广泛。镗孔可以对孔进行粗加工、半精加工和精加工，也可加工通孔和盲孔。其次，对工件材料的材质范围也很广，一般有色金属、结构钢和灰铸铁等都可以镗削，镗孔的加工精度一般为IT9-IT7，表面粗糙度为6.3～0.8 um，若在金刚石镗床等高精度的镗床上镗孔，表面粗糙度可达1.6～0.8 um，加工精度可达到IT6以上。
2.4 数控加工工艺
数控加工是信息自动化技术发展的产物，具有高柔韧性、高精度、自动化程度高等特点，能解决传统常规加工难以解决的问题，特别是对单件小批加工和复杂型面的加工方面。数控加工前需要对工件进行工艺设计，无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的工件进行拟定工艺路线、工艺分析、设计加工程序。因此，合理的工艺设计方案是数控编程加工的依据，若设计不合理，会造成机械加工材料、零件等不必要的浪费，从而导致加工成本增加。
3 精密加工技术
3.1 精密切削技术
超精密切削加工主要是用高精度的机床和单晶金刚石刀具进行的，一般计算机用的磁盘、磁鼓，大功率激光用的金属反射镜、激光扫描用的对面棱镜、红外光等用的光学零件和复印机的高精度零件都是采用超精密切削加工技术实现的。
3.2 精密磨削技术
在机械加工的各种方法中，往往以磨削作为最终精加工的手段，在精密磨削加工中所使用的砂轮，采用硬度极高的金刚石、立方氮硼磨料。对于金刚石砂轮，在大气中磨削时，在产生的高温条件下会与铁发生反应，产生异常磨损，因此，金刚石砂轮只能用于磨削非铁系材料，立方氮硼砂轮磨削铁系材料。
3.3 纳米技术
纳米技术是一项高新技术，在电、磁、热、能源、生物等领域都有广泛的应用，其中，在电子行业可用该项技术设计计算机的集成电路板。
3.4 特种加工技术
为了适应高技术的要求，开发了具有高硬度、高韧性、高强度的新材料，实现对微小或巨大、形状复杂等的工件进行高精度的加工，传统的加工方法不仅效率低，而且有的方法已经不能够胜任，为此，开发了多种特种加工方法，包括电火花加工，电子束加工、离子束加工激光加工、电解加工、超声波加工等。因多数的特种加工方法不用实体工具，故可以对高硬度、高强度材料、极微细或巨大、形状复杂的材料进行加工。
4 结 语
机械制造工艺与精密加工技术是密不可分的，两者相互联系，共同作用。精密加工技术的广泛应用，极大地推动了机械制造工艺的变革，使其加工的对象精度更高，从而更好地服务于我国的经济社会发展。
参考文献：
[1] 赵竞远.机械加工工艺对加工精度的影响[J].黑龙江科学，2014，（5）.
[2] 刘书麟.关于现代机械制造工艺与精密加工技术的探讨[J].科技创新与应用，2014，（17）.
超精密加工的关键技术及发展趋势 篇3
由于加工技术水平的发展, 超精密加工划分的界限逐渐向前推移, 但在具体数值上没有固定的界定。根据目前技术水平及国内外专家的看法, 对中小型零件的加工形状误差△和表面粗糙度Ra的数量级可分为以下档次。精密加工:Δ=1.0~0.1μm, Ra=0.1~0.03μm;超精密加工:Δ=0.1~0.01μm, Ra=0.03~0.005μm;纳微米加工:Δ<0.01μm, Ra<0.005μm。随着科学技术的飞速发展, 超精密加工技术日趋成熟, 已形成系列, 它包括超精密切削、超精密磨削、超精密微细加工、超精密计量等, 并向更高层次发展。
超精密加工的影响因素很多, 只有广泛研究和综合采用各种新技术, 并在各方面精益求精, 才能突破目前常规加工技术不能达到的精度界限。实现超精密切削加工的条件主要包括超精密加工机床、超精密切削刀具、超精密加工环境、超精密加工的工件材质、超精密加工用夹具和超精密测控技术等多项技术。超精密加工技术实际上就是这些技术的综合应用。
2 超精密加工的关键技术
2.1 主轴
机床的主轴在加工过程中直接带动工件或刀具运动, 故主轴的回转精度直接影响到工件的加工精度。现在超精密加工机床中精度最高的主轴采用的是空气静压轴承, 其实用精度可达0.05μm, 但还不能满足纳米级加工的要求。近年来磁悬浮轴承的发展非常迅速, 有望在未来有所突破, 但目前还达不到空气静压轴承的精度。而提高空气轴承主轴回转精度的途径之一是提高轴及轴套的圆度, 因为理论上这两者是成正比的。另外, 还要想办法提高气孔供气的平稳性。通过多孔粉末冶金材料的小孔供气是理想的供气形式, 有待进一步研究。此外, 还可以利用控制技术以补偿的形式来减小或消除回转误差。
2.2 直线导轨
总的来说, 从精度角度看, 空气导轨是现在最好的导轨。虽然它没有液体静压导轨的刚性大, 但气浮导轨优点也很明显, 如无需进行油温控制, 对环境没有污染。此外, 纳米级精度加工机床的负荷和行程没有那么大, 所以应优先考虑空气导轨。目前, 空气导轨的直线度可达 (0.1~0.2) μm/250 mm, 国内303所也可做到0.1μm/200 mm的水平。纳米水平的机床导轨行程比上述要短, 通过补偿技术还可进一步提高导轨的直线度。国防科技大学利用二维微进给装置补偿导轨直线度, 取得了较好的效果, 可补偿到0.1μm/300 mm的精度水平。在导轨的结构设计上还有潜力可挖, 如采用多根导轨并联来加强气膜的误差匀化作用, 加大气垫式导轨跨度来缩小直线度误差等。由于空气导轨的气膜厚度大概只有10μm, 在使用过程中防尘显得很重要, 若不保证洁净的环境, 导轨有可能因为灰尘而受损伤, 这种损伤常常是难以修复的。
2.3 传动系统
传统进给装置的主要任务之一是把旋转运动转化成直线运动, 主要使用滚珠丝杠。与轴承一样, 为了克服摩擦引起的爬行和反向间隙现象, 出现了静压丝杠。由于介质膜的均化作用, 目前的空气静压丝杠分辨率可达到0.01μm, 进给精度比C0级滚珠丝杠高2个数量级, 但刚度有所欠缺。所以, 又出现了传动原理类似齿轮齿条传动的摩擦传动, 它能够实现无反向间隙的传动, 同时因为结构非常简单, 弹性变形因素较小。目前, 已有的摩擦传动分辨率能达到1.25 nm, 定位精度能达到0.1μm, 而根据其原理, 采用高分辨率的电机还可以使这两个数值进一步减小。微进给机构在超精密加工领域获得广泛应用, 它一般被用作补偿工具。用压电陶瓷驱动、弹性铰链支撑的微位移机构得到了广泛的应用。
2.4 超精密测控技术
在距离的测量仪器中, 双频激光干涉仪测量精度高、测量范围大, 但对环境的要求过高, 在使用中有很多困难。近年来, 微光学器件的发展使光栅技术有了很大的进步。德国Heidenhain的超精密光栅尺被世界各超精密设备厂家选用。在小距离的测量仪器中, 电容式、电感式测微仪仍是主要的设备, 光纤测微仪也发展很快。在更小测量范围的测量仪器中有扫描隧道显微镜 (STM) 、扫描电子显微镜、原子力显微镜, 这些仪器可进行纳米级的测量, 常用于表面质量检测。测量仪器的稳定性和可靠性也是超精密测量中的一项十分重要的指标。
2.5 微进给技术
微进给机构在超精密加工领域获得广泛应用, 它一般被用来微进给或作补偿工具。压电陶瓷材料具有较好的微位移特性和可控制性。以压电陶瓷为驱动器的基于弹性铰链支撑的微位移机构目前是用得最多的。美国LODTM机床上用的快速刀具伺服机构 (FTS) 在±1.27μm范围内分辨率达2.5 nm, 频响可达100 Hz, 可进行主轴回转误差的补偿 (转速在150 r/min以下) 。日本东京工业大学用压电陶瓷微进给机构补偿气浮导轨运动直线度, 可将直线度提高到0.14μm/600 mm。国防科技大学利用自研的二维微进给刀具进行二坐标工作台定位误差的补偿, 获得了较好的效果。在机床跟踪半径50 mm的圆时, 定位误差从0.7μm提高到0.033μm。这种微进给机构在行程是5μm时分辨率可达5 nm。目前希望解决的是提高这种机构的频响和刚度, 对于主轴回转误差的补偿来说100 Hz的频响是不够的。开环控制可提高系统的频响, 但会牺牲刚性和精度。利用补偿技术来提高机床的精度是一种有效的手段。
2.6 超精密环境控制技术
为了适应超精密加工的需要, 达到微米甚至纳米级的加工精度, 必须对它的支撑环境加以严格的控制, 主要包括空气环境、热环境、振动环境、声环境和磁环境等。空气环境中主要应控制的品质是洁净度, 一般超精密加工要求的洁净度在1 000~100级, 即每立方米空间0.5μm大小的尘埃不多于35×1 000~35×100个 (1ft3的空间0.5μm大小的尘埃不多于1 000~100个) 。随着半导体工业的快速发展, 对空气洁净度提出了更加苛刻的要求, 美国联邦标准209D上增加了1级和10级的洁净度级别。
热环境与加工精度有密切关系, 热环境中主要应控制的品质为温度和湿度。普通金属在温度变化1℃时的热膨胀量约为1.6μm, 所以为进行亚微米精度的加工, 温度变动范围应控制在±0.05℃, 相对湿度控制在35%~45%为宜。目前, 实用的温度控制技术最高水平为美国的恒温油喷淋技术, 可实现20±0.002 5℃的温度控制。
振动是影响超精密加工精度的又一重要因素。利用良好的隔振地基和空气隔振垫, 可以隔离绝大部分“常时振动”, 是目前应用较多的隔振手段。另外, 还应考虑设备运动件的动平衡或振动隔离, 消除或减少内部振源, 尽量远离外部振源。通过综合努力, 70 Hz以下的振动幅度小于1μm, 满足超精密加工的要求。
2.7 加工原理
超精密加工的精度要求越来越高, 机床相对工件的精度裕度已很小。在这种情况下, 只是靠改进原来的技术是很难提高的, 应该从工作原理着手进行研究, 来寻求解决办法。从这种意义上说, 没有必要一定要采用原来的通过固定磨料去加工的方法, 而可以采用不用刀具的研磨, 通过游离磨料去除材料。还可采用各种能量束的加工方法。在采用能量束直接进行的加工中, 无需刀具等中间物, 也就不会有弹性变形等问题, 因此被看作是很好的加工方法, 特别是将来进行纳米级、0.1 nm级甚至分子级的加工时, 这种方法将是极为有效的。使用STM方式的能量束加工已能进行分子级的加工。因此从微细加工方面来看, 最终的加工目标已经确立。分子单位的加工, 在生物和基因工程学、医学上是合适的, 对机械工程学的加工来说, 加工效率不能满足大批量生产的实际要求。以分子为单位对机械零件进行加工, 简直需要天文数字的加工时间。其他能量加工, 例如电子束、激光束和离子束加工等, 虽然加工效率有相当大的提高, 但目前来看精度不能满足要求, 因此将来的纳米级精度加工, 可以考虑采用超精密加工机床的机械去除加工和STM原理的能量束去除加工的复合方式。
3 结论
超精密加工技术在高技术迅猛发展的今天显得越来越重要。一方面受高技术发展的牵引, 超精密加工的精度和尺寸微小程度越来越高;另一方面, 超精密加工技术是整个高技术领域的基础。提高超精密加工精度、降低超精密加工成本是目前迫切需要解决的问题。如果说亚微米的加工精度能够满足当今高技术的发展, 那么超大规模集成电路和微细加工已经向我们提出了0.01μm的加工精度要求。
精密与特种加工技术期末复习总结 篇4
概念（15分5个）分析解答（24分4个）线切割（16分）精密加工机床目前的研究方向？
答提高机床主轴的回转精度，工作台的直线运动精度以及刀具的微量进给精度。2 精密加工机床工作台的直线运动精度由（导轨）决定的。3 精密加工机床（必须使用微量进给装置）提高刀具的进给精度。4 在超精密切屑中，金刚石刀具哪些比较重要的问题需要解决？
答：一是金刚石晶体的晶面选择，这对刀具的使用性能有重要的影响；二是金刚石刀具刃口的锋利性，即刀具刃口的圆弧半径。5 扫描隧道显微镜的分辨率为（0.01nm），它的功用如何？
在扫描隧道显微镜下可移动原子，实现精密工程的最终目标—原子级精密加工 6 金刚石刀具和立方氮化硼刀具的用途如何？
答：应用天然金刚石车刀对铝、铜和其他软金属以及合金进行切削加工，立方氮化硼等新型超硬刀具材料，他们主要用于黑色金属的精密加工。7 超精切削加工时，积屑瘤高度对切削力的影响如何？
答积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力也小，这和普通切削黑丝规律相反。8 金刚石晶体的理解概念？
答：解理。当垂直于金刚石（111）晶体面的拉力超过某特定值时，两相邻的（111）面分离，产生解理劈开。金刚石晶体的那个晶面适合作刀具的前后刀面？
答：为了增加切削刃的微观强度，减小破碎概率，应选用强度最高的（100）晶面作为金刚石刀具的前后刀面。天然单晶金刚石刀具用于精密切削，其破损和磨损不能继续使用的标志是？ 答：加工表面粗糙度超过规定值。超精密加工机床的主轴部件通常采用哪些类型的轴承？这些轴承各有哪些特点？答：液体静压轴承主轴和空气静压轴承主轴
液体静压轴承主轴优点：回转精度可达0.1um，且转动平稳，无振动，因此某些超精密机床主轴使用这种轴承。缺点：液体静压轴承的油温升高，在不同转速时温度升高值不相同，因此要控制恒温较难，温升造成的热变形会影响主轴回
转度。静压油回油时将空气带入油隙中，形成微小气泡不易排出，这将降低液体静压轴承的刚度和动特性。空气静压轴承主轴：它也具有很高的回转精度。由于空气的黏度小，主轴在高速转动时空气温升很小，因此造成的热变形误差很小。空气轴承的刚度较低，只能承受较小的载荷。超精密且学士切削力很小，空气轴承满足要求，放在超精密机床得到广泛应用。12 超精密加工机床床身和导轨的材料，可采用哪些材料？ 答:1）优质耐磨铸铁 2）花岗岩
3）人造花岗岩 超精密加工机床中的微量进给装置普遍采用的形式有哪一种？ 答：电致伸缩式 压电或电致伸缩式微量进给装置的突出特点和用途？ 答：特点：压电或电致伸缩式微量进给装置具有良好的动态特性
用途：可用于实现自动微量进给。15 什么是超硬磨料？
答：金刚石、立方氮化硼及他们为主要承认的复合材料。16 精密磨削机理主要是什么？
答：1）磨粒的微刃性
2）磨粒的等高性
3）微刃的滑擦、挤压、抛光作用 4）弹性变形的作用 17 磨削烧伤概念？
答：磨削时，由于磨削区域的瞬时高温（一般900～1500℃）到相变温度以上时，形成零件表面层金相组织发生变化（大多数表面的某些部分出现氧化变色），使金属强度和硬度降低，并伴有残余应力产生，甚至出现微观裂纹。精密磨削中为什么要控制机床的热变形？减少机床热变形的措施是有哪些？ 解答：温度变化对精密机床加工误差的影响，工件温升引起的加工误差占总误差的40%~70%。措施：（1）尽量减少机床中的热源（2）采用热膨胀系数小的材料制造机床部件（3）机床结构合理化（4）使机床长期处于热平衡状态，使热变形量成为恒定（5）使用大量恒温液体喷淋，形成机床附近布局地区小环境的精密恒温状态。19 精密研磨属性？
答：它属于游离磨粒切削加工 什么是非接触抛光？
答：（概念）是一种研磨抛光新技术，是指在抛光中工件与抛光盘互不接触，依靠抛光剂冲击工件表面，以获得加工表面完美结晶性和精确形状的抛光方法，其去除量仅为几个到几十个原子级。
什么是弹性发射加工？弹性发射加工是指加工时研具与工件互不接触，通过微粒子冲击工作表面，对物质的原子结合产生弹性破坏，以原子级的加工单位去除工件材料，从而获得无损伤的加工表面。21 电火花腐蚀微观过程分为那几个阶段？
答：1极间介质的电离、击穿，形成放电通道；2介质热分解、电极材料熔化、汽化热膨胀；3蚀除产物的抛出；4极间介质的消电离。22 电火花粗槽加工时工件各应接什么电极？
答：精加工时，应选用正极性加工；粗加工时，应采用负极性加工。23 电火花加工一般采用（单向脉冲）电源。极性效应的概念，如何在生产中利用极性效应？（解答）
答：在电火花加工过程中，这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象。在电火花加工中极性效应越显著越好，这样，可以把电蚀量小的一极作为工具电极，以减少电极的损耗。电火花加工工具电极相对损耗是（产生加工误差）的主要原因之一。如何降低工具电极的相互对损耗？
答：1极性效应（正确选择极性和脉宽）2吸附效应3传热效应4材料的选择 26 电火花加工需要具备哪些条件才能进行的？
答：1.必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙，必须具有电极的自动进给和调节装置。
2.两极之间行充入有一定绝缘性能的介质。3.电火花加工必须采用脉冲电源。电火花加工表面质量主要包括哪三部分？
答：（1）必须使用工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙（2）两极之间应充入有一定绝缘性能的介质（3）火花放电必须是瞬时的脉冲性放电 电火花加工成形机床中主轴电头的作用？
答：主轴头是电火花成形机床中最关键的部件，是自动调节系统中的执行机构，对加工工艺指标的影响极大。按图4.14简述电火花技工RC线路脉冲电源的工作过程？
答：当直流电源接通后，电流经充电电阻R向电容C充电C两端的电压按指数曲线上升，因为电容两端的电压就是工具电极和工件间隙两端的电压，因此当电容C两端的电压上升到等于工具电极和工件间隙的击穿电压Ud时，间隙就被击穿，此时电阻变得很小，电容器上储存的能量瞬时放出，形成较大的脉冲电流ie，电容上的能量释放后，电压下降到接近于零，间隙中的工作液又迅速恢复绝缘状态，完成一次循环。此后电容器再次充电，又重复前述过程。如果间隙过大，则电容器上的电压uc按指数曲线上升到电流电源电压U。30 对材料是硬质合金耐热合金的工件的深孔加工最有效的加工工艺是什么？ 答：较深较小的孔采用研磨方法加工 31 线切割适合加工什么材料和形状的工件？
答：可以加工硬质合金等一切导电材料，由于电极丝比较细可以加工微细异型孔、窄缝和复杂形状的工件。主要是平面形状。32 电火花线切割加工的间隙状态一般有哪三种？ 答：正常火花放电、开路和短路 33 线切割属于那种极性的电火花加工？ 答：属中、精正极性电火花加工
高速走丝电火花线切割加工主要采用（钼丝）材料做电极丝。工作液通常采用（乳化液），也可采用（矿物油）、(去离子水)等。35 俩种速度走丝的线切割加工的精度，哪种较高？
答：低速走丝，电极丝只是单方向通过加工间隙，不重复使用，可避免电极丝损耗为加工精度带来的影响。36线切割走丝机构的作用？
答：走丝机构使电极丝以一定的速度运动并保持一定的张力。37 高速走丝线切割机床的控制系统普遍采用（逐点比较法）控制。38 线切割加工的主要工艺指标有哪些？
答：1）切割速度2）表面粗糙度3）加工精度4）电极丝损耗量 39 高速走丝切割加工由于电极的往复运动会造成怎样的斜度？
答：电极丝上下运动时，电极丝进口处与出口处的切缝宽窄不同。宽口是电极丝的入口处，窄口是电极丝的出口处。
什么是电化学反应？在阴、阳极表面发生得失电子的化学反应。
什么是电化学加工？利用这种电化学反应作用加工金属的方法就是电化学加工。电化学加工在阳极和阴极上各发生什么电化学现象？阳极上为电化学溶解，阴极上为电化学沉积。
法拉第第一定律的内容是什么？
答：在电极的两相界面处（如金属/溶液界面上）发生电化学反应的物质质量与通过其界面上的电量成正比。42 熟悉教材中例6-1的问题方法？
答：要在厚度为40mm的45钢板上加工50mm*40mm的长方形通孔，采用NaCl电解液，要求在8min完成，加工电流需要多大？如配备的是额定电流为5000A的直流电源，则进给速度能达到多少？加工时间多长？
电解加工中加工间隙的作用？
答：加工间隙是电解加工的核心工艺要素，它直接影响加工精度、表面质量和生产率，也是设计工具阴极和选择加工参数的主要依据。44 按图6.18指出电铸加工的基本原理？
答：
1、将电铸材料作为阳极，原模作为阴极，电铸材料的金属盐溶液做电铸液。
2、在直流电源的作用下，阳极发生电解作用，金属材料电解成金属阳离子进入电铸液，在被吸引至阴极获得电子还原而沉积于原模上。
3、当阴极原模上电铸层逐渐增厚达到预定厚度时，将与其原模分离，即可获得与原模型面凹凸相反的电铸件。
激光加工的基本设备有哪些？
答：（1）激光器（2）激光器电源（3）光学系统（4）机械系统 46 激光切割时对焦点的位置有何要求？
位于工件表面或低于工件表面时，可以获得最大的切割深度和较小的切缝宽度 47 电子束加工通过什么效应进行？各种功率密度电子束加工的用途？ 答：1）电子的动能瞬间大部分转变为热能。2）在低功率密度时，电子束中心部分的饱和温度在熔化温度附近，这时通化坑较大，可作电子束熔凝处理。中等功率密度照射时，出现熔化，汽化和蒸发，可用于电子束焊接。用高功率密度照射时，电子束中心的饱和温度远远超过蒸发温度，是材料从电子束的入口处排除出去，并有效地向深度方向加工，这就是电子束打孔加工。高功率密度电子束除打孔，切槽外中功率焊接。
离子束加工的概念和特点？
答：离子束加工的原理与电子束加工类似，也是在真空条件下，将氩、氪、氙等惰性气体，通过离子源产生离子束经过加速、集束、聚焦后，以其动能轰击工件表面的加工部位，实现去除材料的加工。特点：加工应力小，变形小。49 超声波加工的用途？超声波清洗的原理？
答：适合于加工各种不导电的硬脆材料，例如玻璃、陶瓷、石英、锗、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。对于导电的硬质金属材料如淬火钢、硬质合金等，也能进行加工，单加工生产率较低。对于橡胶则不可进行加工。
超声波清洗的原理：主要是基于清洗液在超声波的振动作用下，使液体分子产生往复高频振动，引起空化效应的结果
超高压水射流加工是否属于绿色的加工范畴？答：属于。在（石材）加工领域，它具有其他工艺方法比拟的技术优势。51 点解磨削是靠（电解）作用来去除金属。
熟悉特种加工方法的具体用途？电火花加工，线切割加工，电解加工，电子束加工（高速打孔），离子束加工(刻蚀)，激光加工（打孔），超声波加工（清洗）等？答：
精密磨削是指加工精度为1~0.1um、表面粗糙度Ra值达到0.2~0.025um，又称低粗糙度值磨削。
AB段：B4 B2 B40000 Gx L1 BC段：B
B
B20000 Gx L1 CD段：B0 B20000 B20000 Gy SR1 DE段：B
B
B30000 Gy L4
EF 段：B
B
B80000 Gx L3 FA 段：B
B
B30000 Gy L2
3B编程 解 R=25 AE=25-15=10 DE=20 AB段：B0 B25000 B25000 Gy SR1 BC段：B45 B15
B45000 GxL3 CD段：B20000 B15000 B30000 GySR3 DE段：B
B
B20000 GxL1 EA段：B
B
B10000 GyL2 编写电极丝中心轨迹为直径20mm的圆的线切割3B程序
B10000 B0 B10000 Gx L1 B10000 B0 B40000 Gy NR1 B10000 B0 B10000 Gx L3 若要切割一个直径为20mm的圆孔，设穿丝顶孔打在孔中心处所用钼丝直径为0.12mm，单边放放电间隔0.01mm，写出此线切割的3B程序。B
B
B9930
Gx L1
引入直线段 B9930 B0 B39720 GYNR1
切割整圆 B
B
B9930
Gx L3
引出直线段 D
结束
超精密加工技术 篇5
【关键词】机械制造工艺；精密加工技术；工艺
随着科技的发展和时代的进步，机械制造工艺也在不断地提高，以往的机械制造工艺已经跟不上时代的步伐，满足不了对现在需求的生产水平。为了能够使企业稳步的发展，提高机械制造水平，引入先进的机械制造工艺和精密加工技术已是大势所趋。
1.现代机械制造工艺与精密加工技术的特点
1.1具有关联性
现在的机械制造工艺和精密加工技术涉及的技术范围比较广，不仅是体现在制作过程中，而且在产品的开发和调研也大量采用。在产品的设计和加工以及销售方面都涉及到制造工艺和精密技术，这些环节都是相互关联的，任何一个环节出现问题都会影响整个技术的应用效果。所以，想要通过提高技术达到更好的收益，必须掌握好机械制造工艺和精密加工技术在生产中的关联性。
1.2具有一定的系统性
随着科技的不断发展，机械制造业的生产技术也在不断的发展，随着现代先进技术引入，加快了机械制造业的发展。机械制造产业采用的现代科技包括计算机技术、数字信息、自动化系统、传感技术以及现代管理技术对生产过程中的设计、生产、销售等得到广泛应用。
1.3技术全球化发展
随着经济全球化发展，技术的竞争也越来越激烈，只有最先进最有效的技术才能占据现代市场的主导地位，所以发展先进技术刻不容缓。只有全面的提高先进的技术才能更好的让企业甚至过的得到更好地发展。所以，现代化机械制造工艺与精密技术对于全球化发展是非常重要的。
2.分析现代机械制造工艺
现代机械制造工艺所涉及的范围比较广。突出的制造工艺包括气体保护焊、电阻焊、埋弧焊、螺柱焊以及搅拌摩擦焊等五个方面，以下针对这五项技术在机械制造工艺中的应用进行分析。
2.1气体保护焊工艺
气体保护焊主要是以电弧为热源的一种新型焊接工艺，主要特点是通过气体保护被焊接的物体。在焊接过程中，其工作原理是在电弧周围产生气体保护层，将空气与电弧和熔池相隔离，有效地预防焊接在空气中受到影响，并确保电弧稳定且充分的燃烧。通常使用二氧化碳作为保护气体，由于二氧化碳气体能够有效地起到隔离作用，并且价格相对较低，所以在机械制造业中被广泛采纳。
2.2电阻焊工艺
电阻焊工艺指的是将被焊接物体紧压并进行通电，通过电流使被焊接物体的接触表面产生电阻热效应，从而进行加入融化，在通过压力将被焊接物体链接为一体，达到焊接的效果。采用电阻焊接工艺能够确保焊接质量，机械化程度高、加热时间短以及生产效率高和无污染等特点。所以被广泛应用在现代的机械制造领域。但是也存在一定的缺陷，比如设备成本较高，维修难度比较大，缺乏有效地检测技术。
2.3埋弧焊工艺
埋弧焊工艺就是在焊剂层下燃烧电弧而进行的焊接工艺。埋弧焊焊接工艺通常可以分为两种焊接方式，自动焊接和半自动焊接。自动埋弧焊的操作比较简单，可以直接进行焊接，通过小车来完成送进焊丝和移动电弧等操作。半自动埋弧焊需要进行手动送进焊丝，且在移动电弧时同样需要人工进行完成，因为半自动埋弧焊比较麻烦，而且需要人力比较大，在现代机械制造中已经很少被采用。就焊接钢筋而言，电渣压力焊已经完全取代了传统的手工焊接模式，具备更高的生产效率，能够更好的保证焊接质量。在选用这种焊接进行工作时，也要注意焊剂的选择，注重选择焊剂的碱度，因为焊剂的碱度是衡量焊接水平的一个重要标准。
2.4螺柱焊工艺
螺柱焊就是将螺柱的一端与管件表明相接，引通电弧以至于表面融化，在对螺柱进行压紧融合，而达到焊接的目的。螺柱焊接工艺一般也可以分为两种方式，包括储能式焊接和拉弧式焊接。采用储能式焊接时其熔身比较小，所以大多数应用在接触面大而材料薄的焊接，例如薄板的焊接，但是拉弧式焊接恰恰相反，用于焊接熔身比较大的地方，一般应用在重工业之中。但两种方式都能够单面焊接，具有不需要钻孔和铆接等特点。采用螺柱焊工艺不会产生漏气和漏水等现象，也被广泛应用在现代机械制造工艺中。
2.5搅拌摩擦焊工艺
搅拌摩擦焊接工艺起始于上世纪九十年代，由英国人研究出来的焊接工艺，并且被广泛应用在铁路、车辆、飞机以及船舶等制造行业里，并且应用领域不断扩大。采用搅拌摩擦焊工艺只通过消耗搅拌头就可以来完成焊接，不需要消耗焊以上几种工艺中的消耗品，而且在焊接铝合金时，可以很好的控制器焊缝的温度，使温度快速降低，并且非常节约材料，一个搅拌头可以焊接八百米的焊缝。
3.精密加工技术
精密加工技术种类繁多，主要包含精密切削技术、磨具成型技术、超精密研磨技术、微细加工技术和纳米技术。目前精密切削技术应用较广泛，精密切削技术是直接采用切削的方式获得高精度的方法，但是要想采用切削的方式获得高精度的加工水平，必须保证机床、工具等不受到外界因素的影响。例如采用机床进行加工时，必须保证机床具高刚度、热变形小、抗震性良好等特点，才能确保加工的精密度。
4.总结
机械制造行业要想不断的发展，必须跟随现代科技的发展步伐，积极引进现代机械制造工艺，保证技术与时俱进，同时引进高精度的加工技术，保证机械制造的生产质量，提高生产水平，使企业得到更有利的发展。根据文章的分析，我们必须认识到现代机械制造工艺和精度加工在制造业中占据的地位，并不断创新，为现代机械制造行业的发展提供有力的保障。 [科]
【参考文献】
[1]王美，宋广彬，张学军.对现代机械制造企业工艺技术工作的研究[J].新技术新工艺，2011.
[2]贾文佐，李晓军.精密和超精密加工的应用和发展趋势[J].科技与企业，2012（3）.
[3]张宪民.精密装备与精密制造技术[C].2009海峡两岸机械科技论坛论文集，2009.
精密与超精密磨削关键技术探讨 篇6
现代新产品新工艺的出现对工件表面质量提出了越来越高的要求,磨削是一种广泛应用于精加工的技术,随着科学技术的不断发展,精密与超精密磨削的技术指标也在不断发生变化。精密磨削是指加工精度介于0.1 um～1 um、表面粗糙度为Ra0.1 um～Ra0.16 um范围的磨削;超精密磨削是指加工精度小于0.01 um、表面粗糙度小于Ra0.01 um范围的磨削技术[1]。目前超精密磨削已经达到纳米级工艺阶段。本文就精密与超精密磨削所涉及的关键技术进行探讨。
1精密与超精密磨削机理研究
精密磨削是将金刚石或立方氮化硼等具有高硬度的磨料砂轮进行精细修整,使磨粒在具有微刃的状态下进行加工而得到低的表面粗糙度参数值。微刃的数量很多且具有很好的等高性,因此被加工表面留下的磨削痕迹极细,残留高度极小。与普通磨削相比,超精密磨削具有如下特点:
(1)极小量切除。超精密磨削是一种切削量非常小的磨削,磨削深度可能比晶粒的尺寸还小,因此磨削在晶粒内进行,要使磨削顺利进行,必须使磨削力大大超过晶粒的结合力,甚至可以达到材料的剪切强度[2]。同时,磨粒在磨削时产生高温和高压,因此磨粒材料要选取高温性能好、硬度大的材料,如金刚石、立方氮化硼等。
(2)连续磨削。在磨削初始阶段,砂轮与工件相接触,慢慢切入,此时砂轮的切深少于工件的减少量,即砂轮与工件形成一个弹性变形的阶段;砂轮逐渐切入时,砂轮切深与工件减少量的差值逐渐减少,最后砂轮的切深等于工件的减少量,即砂轮达到稳定磨削阶段;接下来,随着砂轮切深的加大,最后达到加工值,加工完成。该加工的整个过程为一个连续磨削的持续过程,这种磨削要求机床刚性高、磨削量小、砂轮修锐量好。
随着磨削建模和计算机仿真技术的发展,对磨削机理的研究更加深入,人们可以对加工过程在计算机上进行仿真与数值计算,进而对磨削加工做出有效的预测与评估。目前,通过建立砂轮模型,在已知磨削运动和磨具参数、磨削振动及磨削力等初始条件下,对磨削形成过程、磨削力与磨削区温度变化、磨削精度和表面质量进行仿真,进而可以模拟再现整个磨削过程,并最终分析和预测在特定加工条件下的加工精度及效果。
针对不同工程材料,国内外也开展了有关精密及超精密磨削的磨削机理与工艺的研究,但研究面较窄,没有建立起独立完整的理论体系,所以今后的研究重心主要集中在:①各种常用材料的磨削机理研究;②磨削加工工艺参数优化研究;③磨削全过程、磨削力、磨削温度的研究;④磨削加工的计算机仿真与模拟研究。
2精密与超精密磨削磨具技术
随着航空航天、汽车及高精密模具制造所涉及的新型材料的加工需求及其应用,使CBN和人造金刚石砂轮等精密磨具有了更多的用武之地。精密磨削的加工方式根据要求及加工条件的不同,主要有超精密砂轮磨削和超精密砂带磨削、ELID磨削、超硬材料微粉砂轮磨削、超声振动磨削、电泳磨削及双断面精密磨削等[3]
实际生产中应用最为广泛的是精密砂轮磨削,其加工的主要对象包括陶瓷、玻璃、黑色金属等硬脆材料。精密磨削中砂轮的材料有立方氮化硼(CBN砂轮)、人造金刚石、蓝宝石等硬度极高的磨料[4],此外还有新型陶瓷磨料及微晶刚玉砂轮等。
在精密磨削加工中,砂轮修整技术是保证零件加工质量的关键。砂轮的修整会直接影响被磨工件的表面质量、生产成本及生产效率,是目前普遍的一个技术难题。修整主要包括修形与修锐两部分。修形是使砂轮达到特定的几何形状;修锐是将磨粒间的结合剂去除,以保证有足够的容屑空间和切削刃。目前,超硬材料砂轮的修整方法主要包括电解加工整形、电火花整形、杯形砂轮整形、气体喷砂修锐、超声振动修锐和弹性修锐。也可以将这两种技术及其以上修整复合在一起,如电火花—超声修整、电火花—化学修整等。
对新型高精密砂轮进行设计与制造,需要考虑砂轮的截面形状及其优化、粘结剂的种类和应用场合、砂轮的制造工艺及选取的基体材料等,其中需重点攻克的技术难题有:①砂轮新型粘结剂的试验研究与开发;②选择合适的基体材料进行制造工艺的开发与优化;③研究新型砂轮的制造技术,在满足砂轮充分容屑空间的同时保证其良好的凸出性;④新型磨料制备工艺研究,如可使磨料容易产生新切削刃的加工方法;⑤适合于超精密磨削的超微粉砂轮制备技术等。
3精密磨削加工设备及基础零部件技术
进行精密及超精密磨削加工的主要设备有超精密磨削机床、各种研磨机等,对于这些加工设备要求其具有高精度、高刚度、高稳定性和高度自动化等特点。基础零部件技术包括高精度主轴单元制造技术及精密进给单元制造技术。
3.1 主轴单元
适应于高精度、高速度磨床的主轴单元是磨床的关键部件。主轴单元包括主轴动力源、主轴、轴承和机架等部分,其性能的好坏对系统的加工精度、应用范围及加工稳定性有着较大的影响,尤其其动力学特性在加工过程中起着至关重要的作用。
提高效率,保证主轴能快速升降,从而可以快速定位到加工准确位置,因此要求主轴具有较高的角加速度。目前,在高速高精度主轴结构上主要采用交流伺服电机进行直接驱动的集成方式。其有两种方案:①将转子与主轴连成一体;②采用电机与主轴通过联轴器直接相联。现在,大多数高精度高速机床采用了内装式电主轴的结构形式,即将变频电机和机床主轴合为一体,而主轴的变速完全通过控制交流电的频率来完成。
国内外用于高精度高速加工的机床主轴轴系的轴承主要有陶瓷球轴承、动静压轴承、静压轴承、气浮轴承及磁悬浮轴承。其中陶瓷球轴承的寿命最多也只有数千小时,且无法承受较重负载。磁悬浮轴承支承的电主轴寿命长,但由于对主轴的支撑刚度较低,难以用于磨削加工。静压轴承抗过载能力低,难以推广应用。液体动静压轴承则集中了动压轴承及静压轴承的优点,刚性好,精度高,在理论上具有无限寿命,应用前景很好,但目前的理论模型多是针对层流、不可压缩物体的粘度假设,范围较窄,有待于进一步研究。
对于超精密磨削加工而言,由于要求主轴单元系统具有刚性好、精度高、加工稳定性好、散热好、故障少等特点,因此在成本适中的条件下,对主轴的制造精度、主轴轴承结构方式、主轴的润滑和冷却系统、底座及主轴刚度等提出了更高的要求,主轴单元的静刚度和工作精度对磨床精密加工性能有很大的影响。磨床主轴单元的动态性能在很大程度上决定了机床的加工质量和切削能力。
3.2 进给单元
进给单元是评价精密及超精密磨床性能的重要指标之一,也是使砂轮保持正常工作的必要条件。在精密和超精密磨削加工中,进给单元是影响精度的重要部件,由于其分辨率高,运转灵活,同时又具有较高的定位精度,加工时需要小进给或者微进给,而在空行程时又能够快速进给,有较大的加速度和推力,并且主轴单元系统刚性好,反应速度快,回转精度高。
由交直流伺服电机与滚珠丝杠组合的轴向进给方案是目前国内数控机床普遍采用的方式。基于高精密加工的要求,越来越多的国内外机床厂家采用直线伺服电机直接驱动技术,通过高性能的直线伺服电机结合数字控制技术,可以获得较高的尺寸精度与表面质量,从而满足加工要求。
4磨床支承技术及辅助单元技术
数控机床支承技术在精密机床的设计中占有非常重要的地位,它主要涉及磨床支承构件的研究开发与加工技术。相应的辅助单元技术则有夹具技术、加工主轴及砂轮的动平衡技术、机床冷却润滑液系统、机床安全装置、加工切屑处理及工件清洁技术等。
在磨床部件中,磨床支承构件主要包括砂轮架、头架、尾架、工作台等起支撑作用的基础件,要进行高精度加工,要求它具有良好的动刚度、静刚度及热刚度。在一些精密及超精密磨床设计中,为了提高部件的刚度,国内外多数采用聚合物混凝土制造床身和立柱;还有采用钢板焊接件,并将阻尼材料填充其内腔以提高抗震性;也有的将立柱和底座采用铸铁整体铸造而成,这些都收到了很好的效果。
在精密磨削领域,应在以下几个方面进行重点研究:①新型材料及结构的支承件优化设计及其制造技术研究;②磨削液过滤系统的研究;③砂轮动平衡技术研究;④精密自动跟刀架及支承件的研究;⑤安全防护装置设计制造技术的研究。
5精密磨削测量技术及误差补偿技术
精密检测是精密和超精密磨削的必要条件,实现加工过程的自动监控和误差补偿,以使制造系统长期保持高效率、高可靠性和低成本的运行状态。精密磨削监控检测技术多采用传感器进行信号的分析处理,对加工的整个过程实现实时监控,例如实时监控砂轮的磨损及破损情况以便及时更换砂轮,检测及监控工件的加工精度与表面质量等。目前,在超精密磨削加工领域,尺寸测量主要有两种技术:激光干涉技术和光栅技术[5]。
激光干涉仪分辨率高,最高可达0.3 nm,一般为1.25 nm;其测量范围大,可达几十米。由于激光波长受温度、湿度、压力的影响比较大,因此该测量方法对环境要求很高。
光栅在近年来被越来越多地选作为测量工具。从分辨率来看,北京光电量仪研究中心的光栅系统分辨率可达0.1 nm;精度上,Heidenhain的LIP401的准确度为±0.1 μm,LG100光栅系统分辨率可达0.1 nm,测量范围100 mm,精度±0.01 μm。单从分辨率和精度上看,光栅技术可以和激光干涉技术相媲美,同时对环境要求相对较低,可以满足精密磨削加工的使用要求,是一种非常有前途的精密测量工具。
当加工精度高于一定程度后,如果仍然从采用提高机床的制造精度、保证加工环境的稳定性等误差预防措施来提高加工精度,将会使成本极大地增加,得不偿失。而取而代之的是误差补偿措施,即通过消除或抵消误差本身的影响来达到提高加工精度的目的。国内外的一些著名精密磨床,采用了误差补偿的方法,取得了很好的效果。
6结束语
实现超精密磨削,不仅需要超精密的磨床和砂轮,也需要超稳定的环境条件,还需要运用计算机技术进行实时检测,反馈补偿,只有将各领域的技术集成起来,才有可能实现。随着磨削在切削加工中的比重日益增大,精密与超精密磨削的应用将越来越广泛,这将在极大程度上提高我国机械制造业的发展水平。
参考文献
[1]冯薇.精密与超精密磨削的发展现状[J].精密制造与自动化,2009(2):8-9.
[2]杨江河,程继学.精密加工实用技术[M].北京:机械工业出版社,2005.
[3]盛晓敏,邓朝晖.先进制造技术[M].北京:机械工业出版社,2000.
[4]高兴军,赵恒华.精密和超精密磨削机理及磨削砂轮选择的研究[J].机械制造,2004,(12):43-45.
单晶硅片超精密磨削技术与设备 篇7
微电子行业是全球最大的产业,2009年全球半导体行业的年产值已达到2284亿美元。单晶硅片是集成电路(integrated circuit, IC)制造中最重要的衬底材料。IC芯片的制作过程包括四个阶段:硅片制备(wafer manufacturing)、前道制程(front-end)、晶圆测试(wafer test)和后道制程(back-end)。在硅片制备阶段,硅晶棒需要经过切片(内圆锯或线锯)、平整化、腐蚀和抛光加工以形成具有光滑无损伤表面的单晶硅片。受成品芯片制造成本因素的驱动,硅片尺寸不断增大,已由半世纪前的ϕ12.5mm增加到目前的ϕ300mm[1]。随着硅片尺寸的增大,对硅片面型精度的要求也不断提高。例如,对于ϕ200mm和ϕ300mm的硅片,要求其总厚度变化(total thickness variation,TTV)分别小于10μm和3μm。由于切片存在较大的厚度偏差、表面波纹、平面度较大和较深的损伤层[2],而后续化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)过程的去除量非常小,仅约15～25μm,因此在CMP前要应用平坦化工艺来改善硅片表面粗糙度、减小亚表面损伤层深度、消除波纹度、减小平整度与平行度。对于直径小于200mm的硅片,研磨加工是最主要的平整化方案,研磨加工一次能够同时研磨批量硅片,加工效率很高。当硅片尺寸增加到ϕ300mm时,传统的研磨加工已经很难达到TTV小于3μm的加工要求。同时,研磨大尺寸硅片时同时装片的数量大大减少,加工效率随之降低。为了应对大尺寸硅片精密加工的要求,精密磨削技术应运而生。与研磨加工相比,磨削加工具有如下优势:①采用固结磨料的砂轮代替游离磨料的研磨液加工硅片,减少了磨粒的消耗,降低了磨削液处理的难度,节约了成本;②磨削速度快,加工效率高;③自动化程度高,工艺稳定性好,控制容易;④单次磨削一片硅片,使得硅片质量的追踪控制变得更加容易和精确[3]。
在后道制程阶段,晶圆(正面已布好电路的硅片)在后续划片、压焊和封装之前需要进行背面减薄(back thinning)加工以降低封装贴装高度,减小芯片封装体积,改善芯片的热扩散效率、电气性能、机械性能及减小划片的加工量[4]。背面磨削加工具有高效率、低成本的优点,目前已经取代传统的湿法刻蚀和离子刻蚀工艺成为最主要的背面减薄技术[1]。
目前已经成功应用于硅片制备的磨削工艺有转台式磨削、硅片旋转磨削、双面磨削等。随着单晶硅片表面质量需求的进一步提高,新的磨削技术也不断提出,如TAIKO磨削、化学机械磨削、抛光磨削和行星盘磨削等。
国内外关于硅片磨削技术的综述性文章很多[2,3,5,6],但其中大部分都只针对一种或几种技术进行评述,很少有结合磨削设备对硅片磨削技术进行分析的文献。本文介绍了单晶硅片表面磨削工艺及其设备的发展历程,分析了目前广泛应用的转台式磨削、硅片旋转磨削、双面磨削等硅片磨削技术的原理、适用场合及代表性设备的特点,对单晶硅片磨削技术的最新进展以及未来的发展趋势进行了探讨。
1 单晶硅片的超精密磨削技术
1.1 转台式磨削
转台式磨削(rotary table grinding)是较早应用于硅片制备和背面减薄的磨削工艺,其原理如图1所示。硅片分别固定于旋转台的吸盘上,在转台的带动下同步旋转,硅片本身并不绕其轴心转动;砂轮高速旋转的同时沿轴向进给,砂轮直径大于硅片直径[7]。转台式磨削有整面切入式(face plunge grinding)和平面切向式(face tangential grinding)两种。整面切入式加工时,砂轮宽度大于硅片直径,砂轮主轴沿其轴向连续进给直至余量加工完毕,然后硅片在旋转台的带动下转位;平面切向式磨削加工时,砂轮沿其轴向进给,硅片在旋转盘带动下连续转位,通过往复进给方式(reciprocation)或缓进给方式(creep feed)完成磨削。
与研磨方法相比,转台式磨削具有去除率高、表面损伤小、容易实现自动化等优点。但如图2所示,磨削加工中实际磨削区(active grinding zone)面积B和切入角θ(砂轮外圆与硅片外圆之间夹角)均随着砂轮切入位置的变化而变化,导致磨削力不恒定,难以获得理想的面型精度(TTV值较高),并容易产生塌边、崩边等缺陷。转台式磨削技术主要应用于ϕ200mm以下单晶硅片的加工。单晶硅片尺寸增大,对设备工作台的面型精度和运动精度提出了更高的要求,因而转台式磨削不适合ϕ300mm以上单晶硅片的磨削加工。
为提高磨削效率,商用平面切向式磨削设备通常采用多砂轮结构。例如在设备上装备一套粗磨砂轮和一套精磨砂轮,旋转台旋转一周依次完成粗磨和精磨加工,该形式设备有美国GTI公司的G-500DS(图3)[8]。
1.2 硅片旋转磨削
为了满足大尺寸硅片制备和背面减薄加工的需要,获得具有较好TTV值的面型精度,1988年日本学者Matsui[9]提出了硅片旋转磨削(in-feed grinding)方法,其原理如图4所示。吸附在工作台上的单晶硅片和杯型金刚石砂轮绕各自轴线旋转,砂轮同时沿轴向连续进给。其中,砂轮直径大于被加工硅片直径,其圆周经过硅片中心[10]。为了减小磨削力和减少磨削热,通常把真空吸盘修整成中凸或中凹形状或调整砂轮主轴与吸盘主轴轴线的夹角,保证砂轮和硅片之间实现半接触磨削。
硅片旋转磨削与转台式磨削相比具有以下优点[1]:①单次单片磨削,可加工ϕ300mm以上的大尺寸硅片;②实际磨削区面积B和切入角θ恒定(图5),磨削力相对稳定;③通过调整砂轮转轴和硅片转轴之间的倾角可实现单晶硅片面型的主动控制,获得较好的面型精度,如图6所示。另外还具有可实现大余量磨削、易于实现在线厚度与表面质量的检测与控制、设备结构紧凑、容易实现多工位集成磨削、磨削效率高等优点。
根据砂轮的布置方向不同,硅片旋转磨削有立式和卧式两种磨削方式,其中立式设备有日本Okamoto公司的VG401 MKII(图7)[11],卧式设备有日本Komatsu等公司的UPG-300H(图8)[12]。卧式设备的砂轮进给易控制,磨屑易清洗;立式设备占地小,操作方便,在背面减薄和硅片制备单面加工中获得了广泛应用。
为了提高生产效率,满足半导体生产线需求,基于硅片旋转磨削原理的商用磨削设备采用多主轴多工位结构,一次装卸即可完成粗磨和精磨加工,结合其他辅助设施,可实现单晶硅片“干进干出(dry-in/dry-out)”和“片盒到片盒 (cassette to cassette)”的全自动磨削。具有可移动的双主轴和两工位的硅片旋转磨削设备如美国Strasbaugh公司的7AF(图9)[13];具有双主轴和可转动三工位的硅片旋转磨削设备有日本Okamoto公司的DNX300(图10)[14];具有双主轴和可转动的四工位的硅片旋转磨削设备有德国G&N公司的NanoGrinder/4(图11)[15]。
1.3 双面磨削
硅片旋转磨削加工硅片上下表面时需要将工件翻转分步进行,限制了效率。同时硅片旋转磨削存在面型误差复印(copied)和磨痕(grinding mark),无法有效去除线切割(multi-saw)后单晶硅片表面的波纹度(waviness)和锥度等缺陷[16],如图12所示。
为克服以上缺陷,在20世纪90年代出现了双面磨削技术(double side grinding),其原理如图13所示。两侧面对称分布的夹持器将单晶硅片夹持在保持环中,在辊子的带动下缓慢旋转,一对杯型金刚石砂轮相对位于单晶硅片的两侧,在空气轴承电主轴驱动下沿相反的方向旋转并沿轴向进给实现单晶硅片的双面同时磨削[18,19,20]。从图14中可看出,双面磨削可有效去除去除线切割后单晶硅片表面的波纹度和锥度。
按照砂轮轴线布置方向,双面磨削有卧式和立式两种,其中卧式双面磨削能有效降低硅片自重导致的硅片变形对磨削质量的影响,容易保证单晶硅片两面的磨削工艺条件相同,且磨粒和磨屑不易停留在单晶硅片的表面,是比较理想的磨削方式。卧式设备有日本Koyo公司的DXSG320(图15)[21]。
1.4 单晶硅片磨削和研磨加工对比
表1所示为上述三种单晶硅片的磨削与双面研磨的对比。双面研磨主要应用于ϕ200mm以下硅片加工,具有较高的出片率。由于采用固结磨料砂轮,单晶硅片的磨削加工能够获得远高于双面研磨后的硅片表面质量,因此硅片旋转磨削和双面磨削都能够满足主流ϕ300mm硅片的加工质量要求,是目前最主要的平整化加工方法。选择硅片平整化加工方法时,需要综合考虑单晶硅片直径大小、表面质量以及抛光片加工工艺等要求。晶圆的背面减薄加工只能选择单面加工方法,如硅片旋转磨削方法。
硅片磨削加工中除了选择磨削方法,还要确定选择合理的工艺参数如正向压力、砂轮粒度、砂轮结合剂、砂轮转速、硅片转速、磨削液黏度及流量等,确定合理的工艺路线。通常采用包括粗磨削、半精磨削、精磨削、无火花磨削和缓退刀等磨削阶段的分段磨削工艺获得高加工效率、高表面平整度、低表面损伤的单晶硅片。
2 单晶硅片超精密磨削技术与设备的最新进展
2.1 TAIKO磨削
高性能电子产品的立体封装甚至需要厚度小于50μm的超薄的芯片[22],而背面减薄后硅片强度降低、容易产生翘曲变形,导致输送和夹持困难,在划片时产生碎裂。针对上述问题,Disco公司提出一种TAIKO磨削方法[23],其原理与硅片旋转磨削类似,不同之处在于砂轮直径比硅片半径稍小,仅磨削单晶硅片内部而保留外圆周约2～3mm宽区域,如图16所示。在Disco公司,采用DAG810设备(图17)应用TAIKO磨削技术磨削的硅片的强度明显高于传统磨削加工硅片的强度,如图18所示。
TAIKO磨削技术利用硅片旋转磨削方式通过改变硅片的磨削区域,在增强超薄硅片强度方面做出了改进,便于夹持定位以及工序间输送,降低了晶圆破裂的机率。
2.2 化学机械磨削
为了改善硅片在经过旋转磨削后表面存在放射状磨痕和中心“微凹”(dimple)的缺陷,减小残余应力、非晶层等损伤(图19),Zhou等[24] 和Kang等[25]提出了一种化学机械磨削技术(chemo-mechanical grinding),又称软磨料砂轮磨削技术,该技术采用硬度低于硅片或与硅片硬度相当、但在一定条件下能和硅片发生固态化学反应的软磨料制作砂轮,通过化学反应和机械作用相结合去除表面材料,实现硅片低损伤或无损伤磨削加工。
Zhou等研制的一种干磨砂轮及其磨削的硅片如图20所示,硅片表面粗糙度Ra<0.8nm。Kang等研制了软磨料砂轮并用于磨削单晶硅片,获得了具有表面粗糙度Ra=0.54nm、亚表面非晶层深度为16nm的磨削表面。通过和金刚石砂轮超精密磨削以及CMP加工效果的对比显示,软磨料砂轮磨削单晶硅片的表面质量远高于同粒度金刚石砂轮磨削硅片的表面,基本达到CMP加工水平,材料去除率高于CMP加工,如图21所示。
化学机械磨削又称软磨料磨削,采用了MgO软磨料砂轮用于磨削单晶硅片。从图21可看出,软磨料砂轮磨削单晶硅片的表面粗糙度Ra(0.54nm)及亚表面非晶层深度(16nm)远低于3000号金刚石砂轮磨后的表面粗糙度和亚表面非晶层深度,且表面层质量已基本达到CMP水平,而材料去除率则高于CMP加工。
化学机械磨削技术属于在磨削单晶硅片工艺上(砂轮的材质)的改进,从加工质量、加工效率和环境友好性等方面考虑,该技术可作为单晶硅片金刚石砂轮磨削的后一道工序,是一种非常有潜力的代替传统CMP加工的技术。
2.3 抛光磨削
在硅片制备过程中,采用CMP加工去除磨削后较深的表面损伤层,为缩短CMP加工时间,同时减少工序间的硅片传输次数,Disco公司新近提出一种磨抛技术(poligrind technology)[26],即在粗磨和精磨工序后,直接采用固结磨料抛光轮抛光,可以实现硅片的纳米和亚纳米级镜面加工,该技术不用抛光液、水和化学试剂,加工成本低。如Disco 公司开发了一种超细磨料砂轮,安装于图22所示的具有粗磨轴和精磨轴设备的精磨轴上,磨后表面粗糙度Ra达9nm,抗折强度达900～1500MPa[27]。所加工的硅片机械性能可与 CMP 加工相比。但是,该设备加工效率低(小于1μm/min),只适合磨削损伤较浅的硅片,且加工表面温度较高。
抛光磨削技术将单晶硅片的磨削加工与抛光加工工艺集成,并在磨削单晶硅片所用的砂轮磨粒粒径和结合剂上进行了改进,在对单晶硅片质量要求不高的场合中,可以替代传统CMP加工技术。
2.4 行星盘磨削
上述各种磨削方式中,由于单晶硅片与砂轮之间均存在有序的相对运动,致使磨后单晶硅片的表面留下磨痕,以及残留应力和表面损伤,尤其在硅片旋转式磨削后的单晶硅片中心出现图23所示的“微凹”缺陷[28],最终将影响单晶硅片表面的纳米形貌特征。
为消除磨痕,并获得更高的单晶硅片平整度,最近出现一种基于双面研磨的行星盘磨削(planetary pad grinding,PPG)技术。该技术用于单晶硅片双面磨削的磨削原理如图24所示,单晶硅片被保持架分置于上下磨盘之间做行星运动,固结磨料的上磨盘和下磨盘同时磨削单晶硅片的上下表面,所用磨削液为纯水和表面活性剂。如德国Peter Wolters公司采用该技术生产的行星盘磨削设备AC 2000-P2(图25),可有效去除双面磨削工艺中的微波纹度[29],磨削后单晶硅片的全局平整度(GBIR)小于500nm、局部平整度(SFQR)小于100nm[30]。同类设备还有韩国Am Technology公司的ADG-1500双面研磨削设备[31]。
行星盘磨削技术将磨削和研磨加工工艺进行集成,在磨削原理上进行改进,是比较有潜力的大尺寸单晶硅片的表面磨削方法。
2.5 磨抛一体化
在硅片制备阶段,磨削单晶硅片后仍存在较深的表面损伤层,为缩短后续CMP加工时间,同时减少工序间的硅片传输次数,新近提出一种磨抛一体化技术,即在粗磨和精磨完单晶硅片后,直接采用干式抛光轮进行抛光,如图26所示。如日本Disco 公司的DFG8760和Tokyo Seimitsu公司的PG300RM均采用该技术。
从图27中单晶硅片在粗磨、精磨和抛磨后的损伤层深度对比可看出,磨抛一体化加工可进一步提高单晶硅片表面的加工质量。从图28中可看出,相比于砂轮磨削后单晶硅片翘曲度,干式抛光的翘曲度要小得多,表面残余应力较小。
磨抛一体化技术是将单晶硅片加工工艺的集成,并在磨削设备和单晶硅片传输上取得了改进。
除以上介绍的新技术外,还有从其他角度进行改进的新技术,例如:为了解决在单晶硅片磨削过程中出现的面型“误差复印”问题而提出的软质吸盘夹持技术[32];为监测磨削状态、降低磨削大而薄晶圆的碎裂机率而提出的恒力磨削技术[33]等。
3 结束语
硅片磨削技术是涉及精密加工、精密测量与控制、材料和力学等多学科知识的一项高新的系统技术。采用新组织结构的砂轮和改进的砂轮运动形式,以及利用物理化学作用与机械摩擦作用相结合形成新原理的加工方法,实现去除表面损伤层和释放应力的超精密磨削加工技术是低损伤超精密磨削加工技术的发展方向。
国外先进的商用硅片超精密磨削设备沿着全自动化、功能齐全化的方向发展,如采用多主轴多工位结构,集成磨削、定位、清洗和干燥等功能于一体,或集成其他工艺设备而形成生产线,采用传输机械手装卸硅片、自动检测硅片厚度、自适应控制磨削力以及分段磨削,完成从“片盒到片盒”和“干进干出”式的全自动加工。
超精密加工技术 篇8
关键词：非球面,超精密,研磨
引言
非球面光学零件是一种非常重要的光学零件, 常用的有抛物面镜、双曲面镜、椭球面镜等。非球面光学零件可以获得球面光学零件无可比拟的良好的成像质量, 在光学系统中能够很好的矫正多种像差, 改善成像质量, 提高系统鉴别能力, 它能以一个或几个非球面零件代替多个球面零件, 从而简化仪器结构, 降低成本并有效的减轻仪器重量。非球面光学零件在军用和民用光电产品上的应用也很广泛, 如在摄影镜头和取景器、电视摄像管、变焦镜头、电影放影镜头、卫星红外望远镜、录像机镜头、录像和录音光盘读出头、条形码读出头、光纤通信的光纤接头、医疗仪器等中。
一、国外非球面零件的超精密加工技术的现状
80年代以来, 出现了许多种新的非球面超精密加工技术, 主要有:计算机数控单点金刚石车削技术、计算机数控磨削技术、计算机数控离子束成形技术、计算机数控超精密抛光技术和非球面复印技术等, 这些加工方法, 基本上解决了各种非球面镜加工中所存在的问题。前四种方法运用了数控技术, 均具有加工精度较高等特点, 适于批量生产。但非球面零件加工周期长、成本高, 使得非球面光学零件的价格昂贵, 从而导致非球面光学零件应用受到很大的限制。所以, 人们一直在不断探索非球面零件的加工新方法。目前, 现有非球面加工方法有几十种, 可是没有一种方法能在加工种类、尺寸范围、精度和效率等方面均较理想, 更没有一种方法能够普遍推广应用。
国外许多公司己将超精密车削、磨削、研磨以及抛光加工集成为一体, 并且研制出超精密复合加工系统, 如Rank Pneumo公司生产的Nanoform300、Nanoform250、CUPE研制的Nanocentre、日本的AHN60―3D、ULP一100A (H) 都具有复合加工功能, 这样可以使非球面零件的加工更加灵活。
二、我国非球面零件超精密加工技术的现状
我国从80年代初才开始超精密加工技术的研究, 比国外整整落后了20年。近年来, 该项工作开展较好的单位有北京机床研究所、中国航空精密机械研究所、哈尔滨工业大学、中科院长春光机所应用光学重点实验室等。为更好的开展对此项超精密加工技术的研究, 国防科工委于1995年在中国航空精密机械研究所首先建立了国内第一个从事超精密加工技术研究的重点实验室。
三、研究的意义
光学非球面零件因具有成像质量好等优点。在军事、航天、气象等领域得到了广泛应用, 它的加工越来越受到人们的关注, 但加工技术一直是制约其广泛应用的关键因素。传统的加工方法普遍存在着加工效率低、成本高、精度有限等不足。如采用传统的修带研磨法加工一个非球面镜需要几个工作日, 甚至更长时间, 且对操作者的技能要求较高, 加工成本也大大提高。随着科技的进步, 对机械加工精度提出了越来越高的要求, 从而促进了以提高加工精度为目的的精密加工技术的发展, 而相应的精密加工技术水平的提高又有力地推动了各种新技术的发展。随着航空航天、精密机械、精密仪表等领域中高精度产品不断增加, 对成本低、灵活、有柔性的精密加工工艺装备需求迅猛增加。精密、超精密加工技术是60年代应电子、计算机、宇航及激光等尖端技术的发展需要而发展起来的机械制造新工艺。
传统的光学系统中一般都采用球面和平面廓形的零件, 这些廓形零件的加工和检测技术都较为成熟。但随着科技的进步, 人们对光学系统的要求日益提高, 如成像质量好, 光能损失少, 体积小, 重量轻等。采用传统的球面镜光学系统很难达到上述的要求。而非球面光学零件就能很好地解决这些问题。在光学系统中应用非球面元件既可以减少光学零件的数量, 简化系统结构, 减小系统尺寸及质量, 减少光能损失, 又可以消除像差, 提高光学系统的成像质量。非球面能够用来提高更大的光圈, 更宽的视角, 减少重量和体积。如采用非球面镜来实现广角照明;在定向照明中使用抛物面反光镜;在电视投影仪器中利用非球面镜来校正球差;在放映系统中、光谱仪器、医疗器械以及日常生活中都有应用。
四、结语
随着非球面光学零件应用领域的不断拓宽, 非球面的加工技术从精度和效率上还不能满足当前的需求, 它主要体现在非球面零件制造工艺复杂, 单件生产周期长, 成本高, 这制约了非球面零件应用的快速发展, 因此, 探索一种高精度、高效率、低成本的加工方法是非球面加工领域所追求的目标。将现有的平面和球面高速研磨技术推广应用到非球面加工上, 完善磨具弯曲成形法, 将其用来高速研磨加工非球面是一种新型的非球面高效研磨的方向。
参考文献
[1]罗松保、张建明:《非球面曲面的超精密加工与测量技术的研究》, 《制造技术与机床》, 2003年。
[2]杨福兴:《非球面光学零件的超精密磨削技术》, 《机械工艺师》, 1998年。
[3]杨力:《先进光学制造技术》, 科学出版社, 2001年。
[4]杨建东、田春林:《高速研磨技术》, 国防工业出版社, 2003年。
[5]王权陡、余景池、张学军等:《离轴非球面最接近球面半径及非球面度的求解》, 《光电工程》, 2000年。
精密加工与传感测量技术分析 篇9
1 精密加工技术发展和应用
1.1 精密加工技术介绍
所谓精密加工技术, 实际上就是将加工误差、表面粗糙度控制在允许的范围的一种技术。超精密加工技术误差和表面粗糙度要更为严格。精密加工技术主要包括精整加工、光整加工、超微细加工和微细加工等。
微细加工技术, 就是用来进行为小尺寸零件制造的技术。主要是制造一些集成电路等, 因为尺寸微小, 所以通过尺寸额绝对值进行误差表示。
光整加工主要是为了提升表面层的力学机械性质和缩小表面的粗糙度的加工方式, 对于加工误差相对不够重视。这些加工方式不仅可以降低误差, 还能提升表面质量。
1.2 精密加工技术的特点和方法
按照加工方式的机理特点, 能够将其分为三种方式, 分别是变形加工、去除加工和结合加工。去除加工实际上就是将工件上的一部分材料去除掉。加工方式基本可以分为:磁粒光整、超精研抛技术、精细磨削、超精细切削、砂带磨削、布轮抛光、蚀刻、电解加工和电火花加工等。实际上, 砂带磨削就是使用混纺布, 这些混纺布粘有磨料, 加工工件。具有适用范围广、表面质量好和生产效率高的优点。而精密磨削就是利用单晶的金刚石道具和高精密机床实施切削加工, 基本上应用于软金属加工。超精密磨削则是在精密磨床上利用修整精确的砂轮实施微量磨削加工。变形加工, 实际上就是利用分子、力和热运动使工件出现变形, 使其性能、尺寸和形状发生改变。
按照理化方式的不同, 可以分为连接、注入和附着三种。所谓附着加工, 就是将一层物质覆盖在工件表面, 例如, 镀加工方式等。诸如加工就是将某些元素注入到工件表面, 从而发生物化反应。连接加工就是通过物化方式将两种材料连接起来的方法。
结合传统、特点与机理可以分为三种, 分别是复合加工、非传统加工和传统加工。传统加工可以分为游离磨料、固结磨料和道具切削加工的方法。实际上, 非传统加工就是运用核能、化学能、光能、声能、磁能和电能等进行处理和加工。而复合加工则是结合多种加工方式, 综合发生的复合作用, 相辅相成、优势互补。
2 精密传感测量技术的发展和应用
现代测量技术, 是一种综合性学科, 主要包括了计算机技术、制造、图像、传感器、电子以及光学等, 与紧密加工技术是相互补充、相辅相成的。测量技术为精密加工提供检测和评价方式, 精密加工为测量技术提供有效地保障。结合科学技术的进步, 传感测量技术也发生了巨大的改变, 传统的方式已经难以满足发展要求, 一系列应用了高新技术的测量技术应运而生, 下面将进行详细的介绍:
2.1 双频激光干涉仪
这种仪器具有测量范围大、准确度高的优点, 所以在测量位置控制反馈元件和测量超精密机床相关作位置中得到了大量的应用。但是激光测量, 空气折射率影响着准确度, 空气折射率和二氧化碳含量、压力、温度和湿度等有着密切的关系。干涉仪在空气中补偿和休整光路, 能够将误差缩小。但是这种测量方式, 受环境影响较大, 因此在加工生产机床的时候, 要求比较苛刻, 很难满足其工作要求。
2.2 X射线干涉技术
随着科学技术的发展, 显微测量X射线干涉技术得到了快速的发展, 具有较大的测量范围, 比较容易实现一些纳米级别的测量。SPM基础上的相关观测技术基本上只能提供纳米级别的分辨力, 但是对于表面结构并不能够给出精确的纳米尺寸。X射线扫描干涉测量技术, 是一种新型测量技术, 其十纳米误差的测量基本单位是单晶硅上的晶面间距。另外, 由于X射线波长要小于常规的可见光波波长两个数量级, 很大程度上能够达到0.01纳米的测量分辨力。与其他方式相比, 这种测量方式对于环境的要求不高, 并且具有较好的测量稳定性, 结构比较简单, 有着很大的应用潜力。
2.3 显微扫描测量技术
在对表面的尺寸和微观形貌进行测量的时候, 可以应用这种测量技术。基本原理就是通过极小探针来扫描被测表面。通过纳米级别的定位三维控制系统, 能够测出表面微观立体情况。
3 结语
综上所述, 在工业生产中, 应用精密加工和传感测量技术, 对于提升生产效率, 提高产品质量, 有着至关重要的作用。科学技术的快速发展, 加工技术和测量技术取得了快速的发展。精密加工技术与测量技术是相互促进、相辅相成的。在工业生产中, 二者缺一不可。在工业生产中, 应该结合具体情况, 选择最适合的精密加工技术与测量技术, 每种加工技术都有着自身的优势和不足, 这就需要进行合理慎重的选择。总而言之, 随着科学技术的进步, 精密加工技术和传感测量技术依然在不断地发展完善着, 从而为工业生产提供坚实的技术支撑, 推动技术的进步, 提升生产力水平。
参考文献
[1]刘奎, 李艺, LI X P, RAHMAN M.用立方氮化硼刀具对硬质合金材料进行延性超精密加工 (英文) [J].纳米技术与精密工程, 2004 (03) .
[2]陈海霞.隔振基础的设计[A].2007年全国机电企业工艺年会“星火机床杯”工艺创新发展绿色制造节约型工艺有奖征文科技论文集[C], 2007.
[3]常敏, 袁巨龙, 楼飞燕, 王志伟.化学机械抛光技术概述[A].全国生产工程第九届年会暨第四届青年科技工作者学术会议论文集 (二) [C], 2004.
[4]李圣怡, 吴宇列, 戴一帆.超精密加工技术在光纤对接中的应用[A].全国生产工程第九届年会暨第四届青年科技工作者学术会议论文集 (二) [C], 2004.
超精密加工技术 篇10
关键词：机械制造；精密加工；车床
前言
随着工业制造行业的发展，产品数量、质量、生产工艺、安全等方面均受到了广大群众的高度重视，几年来发展的现代机械制造工艺和精密加工技术得到了行内的认可，两者对传统机械制造工艺的生产成本高、生产效率低、质量不稳定等方面均作出了很好的改善，试论机械制造业和精密加工技术的发展趋势，还需要掌握现代机械制造工艺和精密加工技术的具体内容，这对我国工业事业的发展具有重要作用。
1.现代机械制造工艺及精密加工技术概述
1.1现代机械制造工艺概述
现代机械制造工艺包含两种方式，一种是机器化处理，对原材料进行机械化的切削工艺，完成零件加工，二是使用机械制造工艺辅助完成零件装配，利用电子信息技术、机械加工技术等与机械相融合，达到高质、高量、低消耗的加工目的。現代机械制造工艺在设计、生产、检测、维修等方面均以达到综合运用，提高了生产效率。
1.2机械制造精密加工技术概述
现代社会中的高新科技和工业领域中都不乏有机械制造精密加工技术的存在，例如，航空航天业和精密车床业均采用了机械制造精密加工技术。在使用机械制造精密加工技术的同时，对提高生产效率和增长经济效益等方面均有促进作用。世界各国的工业技术中已经几乎全面实现了机械制造精密加工技术，这也是我国工业发展方向。
2.现代机械制造工艺及精密加工技术分析
2.1现代机械制造工艺
2.1.1现代机械制造工艺理论与技术的发展
二十世纪初，德国就非常重视工艺，出版了许多工艺工作手册，而到了20世纪50年代，苏联许多学者在德国学者研究的基础上，出版了《机械制造工艺学》、《机械制造工艺原理》等著作，把工艺提升到理论高度。在20世纪70年代，形成了机械制造系统和机械制造工艺系统，从此工艺技术成为一门学科。近年来，机械制造加工工艺理论和技术的发展比较快，除传统制造方法外，由于制造精度、表面粗糙度和质量的提高及许多新材料的出现，特别是不少新型产品的制造生产，如计算机、集成电路、印刷线路板等，与传统制造方法有很大的不同，开辟了许多制造工艺的新领域和新方法，主要可分为工艺理论、制造模式、加工方法、制造技术和系统等。机械制造工艺理论包括：精度原理、加工成形机理、相似性原理、优化原理和决策原理等方面。
2.1.2现代机械制造工艺的实践
现代机械制造工艺是在实践生产中不断发展完善的。在机械制造企业生产工艺的过程中，存在许多不稳定的因素，例如，设备、刀具、气候、元时代辅助材料及工艺生产则的情等。工艺产品生产需要与企业的工艺资源相结合，并能够依据实际生产经验进行科学的探索和试验。相反，如果未经实践就容易忽略掉设备、技术、操作人员、生产环境、物流等因素对工艺制造的影响，从而影响实际制造效果。现代机械制造工艺实践的过程包括许多内容，如会签新产品图样、设计新产品的试剂、解决工艺技术问题、做好工艺服务工作等。随着PDM、ERP、CAPP等系统的广泛应用，现代机械制造工艺的流程更加规范，生产效率也得到了提高，同时降低了成本、实现了环保生产。在自动化程度较高的现代机械制造企业，基于先进的科技而进行了工艺设计、工装设计、图样研究构建工艺数据等，从而大大提高了现代机械制造工艺是质量和生产效率，推动了我国机械制造工艺的绿色、环保、可持续发展。
2.2现代机械精密加工技术
为解决普通精密加工技术达不到的高精度加工，现代化机械精密加工技术应运而生。使用现代机械精密加工技术，从“质”和“量”的方面均具有明显的促进作用：“质”方面，以往精密加工技术中有不少技术达不到的精度范围，现代机械精密加工技术对微米、纳米级的原件均能够精密加工，从“质”方面提升了整体加工技术；“量”方面，现代机械精密加工技术的生产率较高，相比以往精密加工技术的生产量高出30%，并且具有不同形状、不同尺寸，使现代机械精密加工技术在各应用领域中均得到了广泛发展。
2.2.1超精密研磨技术
现代工艺中复杂的电路基板、粗糙的硅片若想得到精密加工，使用传统研磨、抛光方法显然无法达到标准，而超精密研磨技术中包含了线修整固着磨料研磨和化学机械研磨等众多高新技术，对原件的加工能够做到极高的精准，并且所需设备较为简单，在各应用领域中均得到了认可[2]。
2.2.2超精细切削技术
使用超精细的切削方法对原件进行加工，采用超高精准度的定位、微进给、微控制等技术对原件进行加工，实现超精密切削工艺。
2.2.3微细加工技术
在人们所用的电子设备中，电子零部件的体积微小、运行频率高、能耗低，对此方面的加工需要超微细离子技术，特别是该技术针对在硅片上的操作更为精准。
3.现代机械制造工艺及精密加工技术特点
现代机械制造工艺和精密加工技术两者之间的联合具有以下特点：①关联性，两者相结合提升了单一工艺的技术，在现代机械制造工艺中，设计的工作环节较多，包括产品研发、设计、生产、售后、管理等，任何一个环节出现错误都将影响以下环节的运行[3]。因此，将精密加工技术的先进性加入到制造工作中，能够提升整个制造流程的质量；②全球性，目前世界各国的工业、经济、文化、政治、科技等方面均朝向全球化发展，现代机械制造工艺和精密加工技术在此背景下得到了迅猛发展，就我国目前来看，使用的现代机械制造工艺和精密加工技术是借鉴了国外先进技术下形成的技术，带动了我国工业加工技术的发展。
4.结论
综上所述，现代工业领域融入现代机械制造技术和精密加工技术是必然发展趋势，也是生产企业提升市场竞争力的关键技术。社会各界应该对该工艺和技术的结合给予高度重视，不断开拓、创新机械制造工艺和精密加工技术，扩展应用领域，推动我国工业事业的发展。
参考文献：
[1]黄静.浅谈现代机械制造技术和加工工艺的应用[J].中国新技术新产品，2013，05（11）：73.
[2]解宝利.疏水性可折叠人工晶状体的常温加工技术研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2013.
精密微小孔的加工技术研究 篇11
1 机械加工技术
1.1 钻削加工技术
在当前精密微小孔的加工技术中, 钻削加工是实用性最强、应用最广泛的技术, 在仪器仪表、精密机械、电子等行业中, 受到人们极大的重视。不过, 在钻削加工技术的实际应用中, 往往存在着一些问题。例如, 由于孔径较小, 难以有效排屑, 因此, 一旦造成切屑堵塞, 将会加重刀具的磨损和发热情况。在较大的轴向钻削力度下, 容易在出口处产生较高的毛刺。对精密微小孔的加工, 普通钻床转速难以适应, 因此, 需要配备高速主轴, 才能获得足够的切削速度。此外, 很多微小钻头的刚度有限, 容易偏移正确的入钻位置, 无法保证入钻位置精度, 因而会对精密微小孔的形状和尺寸精度造成影响。
针对以上这些问题, 在实际应用中可以通过多工位钻削、振动钻削、高速钻削、钻模板等措施来提高加工精度。其中, 多工位钻削主要是在不同工位上, 利用长短不一的钻头和中心钻, 对同一个精密微小孔进行加工, 该方法对钻头寿命、微小孔形位精度都有积极的作用。振动钻削就是在钻削过程中, 利用振动装置的作用, 在工件、钻头间, 产生可控的相对振动, 从而提高入钻位置的精度。在高速钻削下, 主轴的转速能达到数万转以上, 该方法能让主轴得到更加稳定的转速, 从而发挥出自动定心的效果。而钻模板的应用, 能有效解决微小钻头入钻位置、刚度方面的问题, 从而提高入钻位置的精确度。
1.2 其他机械加工技术
在精密微小孔的机械加工技术中, 除钻削技术外, 还有很多不同的加工技术, 例如, 冲孔加工、磨削加工、挤压珩磨加工等。其中, 冲孔加工技术在一些精密制造业, 如仪表、仪器等方面的应用较为广泛, 具有制造成本低、尺寸稳定、凸模寿命长、生产效率高等优点。对于需要在板件上进行多孔加工的零件来说, 具有很大的便利性。磨削加工技术在获得较高的表面质量、尺寸精度的同时, 还能提高孔轴线的直线度和孔的位置精度。在实际应用中, 利用磨削技术, 已能加工直径小于0.38mm的精密微小孔。挤压珩磨技术是一种十分先进的精密微小孔抛光技术, 经过多年来的不断发展, 目前已形成了一套专业的加压设备。在一定压力下, 在被加工表面上往复通过粘稠状的磨料, 进行研磨加工。利用该加工技术, 能有效将毛刺清除, 同时也适用于异形孔、弯孔、直孔的抛光, 同时也能将其他技术加工形成的硬化层消除。利用挤压珩磨技术加工出的精密微小孔, 分布方向为延孔轴方向, 在微小孔中通过流体时, 能有效降低阻力, 在液压产品领域中, 是一种十分理想的加工技术。此外, 挤压珩磨技术还能免受材料硬度的限制, 对很多形状特殊的精密微小孔来说, 都能较好地完成加工。
2 特种加工技术
2.1 电火花加工技术
电火花加工技术是一种重要的特种加工技术, 在正负电极之间进行脉冲放电的过程中, 通过其电腐蚀的现象对材料进行加工。相比其他加工技术, 电火花加工技术在应用过程中不会产生切削力, 对工件的刚度、强度要求也较低。在斜面上, 也能进行不同形状精密微小孔的加工, 且该技术不会受工件材料硬度的限制, 能对任何导电材料进行加工。不过, 在实际应用中, 电火花加工技术也存在一定的问题, 例如, 加工成本较高、加工质量和精度不足、电极相对损耗大、排屑困难、异型微孔电极的制造难度大、加工效率低下等。
针对以上问题, 在加工小孔电极的选择上, 采用旋转空心铜管, 将高速、高压的流动工作也通入管内, 能突破传统技术工艺的限制, 实现电火花高速加工精密微小孔, 提高10 倍以上的生产效率。在制备电极的过程中, 可以利用电极自身加工出的精密微小孔, 反过来进行电极加工, 这样能提升电极加工的效率, 同时也能对异形孔所需的电极进行加工。经过多年不断研究, 逐渐产生出专门用于电火花加工的机械, 在美国、瑞士、日本等一些企业中, 也都生产出性能和质量较为理想的产品。我国通过电磁冲击原理研制出的电磁冲击式小型电火花加工装置, 通过每步0.02μm的进给, 能对深径比为4、孔径为0.085mm的精密微小孔进行加工。
2.2 超声加工技术
在超声加工技术中, 应用超声发生器, 将其激励的换能器驱动工具做超声振动, 对工件表面上的磨料进行冲击, 粉碎加工区域中的材料。这样, 在工具进给过程中, 就能加工出精密微小孔。该技术具有多方面优势, 其所加工微小孔的尺寸能得到0.1mm以下的直径, 能达到10 到20 的深径比。同时, 生产成本较低, 机床结构也十分简单。对不同端面截形的异形孔也能进行加工, 可以达到1μm的加工精度, 同时达到Ra0.03 到0.10μm的表面粗糙度。通过该技术加工的微小孔表面, 不会存在烧伤、残余应力等情况。超声加工技术不但能对淬火钢、硬质合金等硬脆的金属材料进行加工, 而且也能精密加工半导体硅片、陶瓷、石英、碳纤维复合板、宝石、玻璃、锗片等非金属硬脆材料。不过, 该技术在实际应用中同样具备一定程度上的不足, 例如, 工具较细、容易磨损、振幅小、加工效率低、功率小、精度易受影响、制备和安装困难等问题。
目前, 日本一家研究机构在石英玻璃上利用超声加工技术已能对5μm直径的精密微小孔进行加工。我国也已成功利用该项技术在钛合金上实现直径0.2mm以下、深径比15 以上的精密微小孔。此外, 德国一家企业生产出了主轴转速达3 000 转到5 000 转每分钟的超声振动加工机床, 在硅、玻璃、陶瓷等应对材料的加工中, 效果十分理想, 相比传统加工方式, 提高了五倍以上的生产效率。
2.3 电子束加工技术
电子束加工技术的应用需要真空的环境条件, 通过聚焦、加速等步骤, 生成高能的电子束, 对工件的待加工部位进行轰击, 使材料气化和熔化, 从而实现精密微小孔的加工。在当前精密微小孔加工领域中, 电子束加工技术已成为一种不可替代的重要技术, 它能完成很多其他技术无法完成的任务和要求。在实际应用过程中, 能将电子束的能量聚焦在0.1μm左右, 因而能对十分精密的微小孔进行加工。由于电子束具有较高密度的能量, 因此, 能取得更高的加工效率, 且不会对材料产生宏观应力, 避免材料发生形变。在该技术的实际应用中, 能实现整个过程的自动化控制, 具有很大的便利性。对纯度要求较高的半导体材料、容易氧化的合金材和金属材料等, 该技术都能取得良好的加工效果。此外, 电子束加工技术具有十分广泛的加工范围, 能加工脆性、导体、非导体、半导体、韧性等多种类型的材料。但与此同时, 电子束加工技术也具有一些缺陷, 例如, 生产应用较为局限、加工成本较高, 并且需要采用整套专用的真空系统和加工设备。
在当前实际应用中, 该技术已能对直径为1μm的精密微小孔进行加工。如果将孔径控制在0.5mm到0.9mm之间, 可以实现10mm的最大孔深, 深径比能达到10 以上。如果在0.3mm厚的材料上进行0.1mm微小孔的加工, 能将孔径公差控制在0.9μm。该技术具有较高的加工效率和较广的应用范围, 例如, 在0.1mm厚的钢板上进行0.2mm微小孔的加工时, 能达到3 000 个每秒的转速。
2.4 电解加工技术
电解加工技术主要是在电解液中, 应用金属阳极溶解的原理, 从而实现精密微小孔的加工。在该技术的应用中, 将工件作为电解反应的阳极, 阴极的形状选取棒状或管状, 并根据加工孔截面的形状来决定阴极外截面的形状。该技术的主要优势在于, 加工效率较高, 工件表面的粗糙度较低, 能达到Ra0.2 到1.6μm。在加工过程中, 工具电极基本上没有损耗, 因而节省了加工成本。在加工表面, 不会发生形变和应力残余, 在加工后, 孔口也不会存在毛刺和飞边。利用该技术能对任何到点材料进行加工, 材料的硬度、韧性、导热性、熔点、脆性、强度等因素都不会对其造成影响。而该技术的缺陷主要体现在腐蚀性较强的电解液、复杂的阴极制造、不理想的加工精度等方面, 使电解加工技术的应用范围有所局限。
针对该技术存在的缺陷, 人们对点解加工开拓了全新的领域。随着电子技术的发展和应用, 在脉冲微细电解加工中, 纳秒级脉宽的脉冲电源得到应用, 利用该技术, 能对直径在5μm以下的精密微小孔进行加工。我国相关科研单位利用精密高速旋转主轴, 带动在线制作微细工具电极高速旋转, 同时利用低浓度钝化电解液、高频窄脉冲电流电源、快速响应伺服系统、低加工电压等, 在不锈钢片上进行直径65μm微小孔的加工, 将圆度误差控制在1μm以下。
2.5 激光加工技术
激光加工技术主要是利用激光聚焦点的高温, 使材料瞬间气化和熔化, 同时爆炸性地喷射出气化物和熔化物。这样, 就能在工件上形成一个带有锥度的微小孔。通过应用该技术, 最小能加工微米级的精密微小孔。在火箭发动机、柴油机的宝石轴承、化纤喷丝头、金刚石拉丝模、燃油喷嘴等精密微小孔的加工中, 该技术都得到了较为广泛的应用。该技术的主要优势为, 通过激光能量的聚焦, 形成很细的光束, 能对直径1μm的微小孔进行加工, 最大的深径比能达到50 以上。激光加工技术无需真空的环境条件, 在特殊气体、空气中, 都能进行加工。因此, 可在加工过程中将某些强化元素渗入到加工表面, 在微小孔加工的同时, 进行表面激光强化。在应用该技术时, 不会发生工具更换、磨损的情况, 由于不存在机械接触力, 因而能对弹性件、薄壁等刚度较低的零件进行加工。此外, 还具有加工范围广、加工效率高、加工能力强等优势。而其主要的缺点体现在加工设备昂贵、定位精度不准确、成孔尺寸不理想、加工表面粗糙等方面。
为了解决以上问题, 很多企业都研究和采用了专业的激光加工设备。其中, 德国一家企业研制出的设备能输出10kW到20kW功率的激光束, 同时, 能将工件表面粗糙度控制到Ra1μm。对激光加工技术中的类似拔模斜度的倾角问题, 也能通过额外的控制轴得到解决。
2.6 其他加工技术
除上述几种主要的精密微小孔加工技术外, 还有很多其它的方法。例如, 可以利用高压水射流技术来进行穿孔加工。该技术的优势在于, 具有较高的加工质量, 切口十分平整, 不存在毛刺和飞边, 同时, 也不会发生硬化和撕裂等问题。该技术加工十分清洁, 绿色环保的特点十分明显。在切削过程中, 不会产生活化, 工件也不会产生热效应。此外, 对复合材料、非金属材料、金属材料等多种材料, 都具有良好的适应性。该技术在航空航天、石油化工、汽车制造等方面的应用十分广泛。目前, 其正朝着精细加工的方向发展, 同时, 其低成本、高技术等特点, 使其具有了十分良好的应用前景。
另外, 还可以在真空环境中, 利用高速高能的粒子束对工件材料表面进行撞击, 将工件表面的原子撞击出来, 从而实现材料的去除。该技术的应用优势在于, 加工过程中的形变和应力较小。由于粒子束属于分子级或原子级的微细加工, 因此, 只有很小的宏观压力, 在各类材料的加工中, 都能保证较高的质量。同时, 由于该技术在真空环境中进行, 因而污染很少, 对容易氧化的半导体、合金、金属材料, 能较好地进行加工处理。此外, 该技术具有较高的加工精度, 能进行精确控制, 可在1μm以内进行光斑的共聚焦, 从而实现高精度精密微小孔的加工。
3 复合加工技术
复合加工技术指的是融合两种或两种以上的技术, 形成全新的技术工艺, 其最大的优势在于能将多种加工技术的优势融为一体。例如, 利用超声电解复合加工技术、电火花超声复合加工技术等, 能有效提高高温合金、硬质合金等金属材料超声加工的加工效率。在喷丝板、喷油嘴等金属零件精微异形孔、精密微小孔的加工中, 已取得了较为理想的效果。目前, 复合加工技术主要包括两个方面, 其一是两种加工技术先后发挥作用, 例如, 激光超声复合加工、激光电火花复合加工等加工技术。其二是两种加工技术同时发挥作用, 例如, 超声电火花复合加工、电解电火花复合加工、超声研磨复合加工、钻削超声复合加工、超声电解复合加工等加工技术。随着精密微小孔加工难度、应用需求等不断提升, 在未来工业领域中, 复合加工技术将会得到更为广阔的发展和应用空间。
4 结语
精密微小孔是当前工业生产领域中必不可少的重要元素。近年来, 随着我国工业水平不断提升, 精密微小孔的加工技术也在不断的优化。本文通过对几种较为常见的加工技术进行分析, 比较各类技术的优缺点, 为精密微小孔加工技术的发展奠定了一定基础。
参考文献
[1]张欣耀, 朱荻, 曾永彬, 等.精密微小孔的电解—磨削复合扩孔加工技术研究[J].中国机械工程, 2010, (8) :973-977.
[2]袁巨龙, 张飞虎, 戴一帆, 等.超精密加工领域科学技术发展研究[J].机械工程学报, 2010, (15) :161-177.
[3]李俊烨, 刘薇娜, 杨立峰, 等.共轨管微小孔磨粒流加工装备的设计与数值模拟[J].机械设计与制造, 2010, (10) :54-56.
[4]胡小秋, 吴笑天, 袁军堂, 等.基于涂覆技术的微小零件精密加工复合方法研究[J].中国机械工程, 2011, (1) :28-30.
[5]王艳丽, 明平美, 王书卿.金属微小群孔加工技术的研究进展[J].煤矿机械, 2011, (1) :8-10.
[6]唐英, 陈泽, 吴权.铝合金高速微小孔钻削工艺[J].航空制造技术, 2011, (5) :46-50.
[7]唐英, 陈泽, 吴权.淬硬钢高速微小孔钻削工艺试验研究[J].工具技术, 2011, (2) :67-72.
[8]王恪典, 段文强, 梅雪松, 等.毫秒激光加工小孔与重铸层的后处理工艺[J].西安交通大学学报, 2011, (7) :45-49.
[9]齐加胜, 张小蓉, 韩星, 等.立体织物精密微小孔板的设计加工技术研究[J].玻璃纤维, 2012, (1) :34-36.
[10]张长富, 孙立力, 张振羽.弹性材料微小方孔的微细电解铣削加工技术研究[J].制造技术与机床, 2015, (3) :101-104.
[11]丁忠军, 丁宇亭, 杨增辉, 等.伺服阀精密加工技术新进展[J].液压气动与密封, 2015, (6) :1-3.