機(jī)械制造技術(shù)從提高精度與生產(chǎn)率兩個(gè)方面同時(shí)迅速發(fā)展起來。在提高生產(chǎn)率方面，提高自動(dòng)化程度是各國致力發(fā)展的方向，近年來，從C N C到C I M S發(fā)展迅速，并且在一定范圍內(nèi)得到了應(yīng)用。從提高精度方面，從精密加工發(fā)展到
超精密加工，這也是世界各主要發(fā)達(dá)國家致力發(fā)展的方向。其精度從微米到亞微米，乃至納米，其應(yīng)用范圍日趨廣泛，在高技術(shù)領(lǐng)域和軍用工業(yè)以及民用工業(yè)中都有廣泛應(yīng)用。如
激光核聚變系統(tǒng)、超大規(guī)模集成電路、高密度磁盤、精密雷達(dá)、導(dǎo)彈火控系統(tǒng)、慣導(dǎo)級(jí)陀螺、精密機(jī)床、精密儀器、錄象機(jī)磁頭、復(fù)印機(jī)磁鼓、煤氣灶轉(zhuǎn)閥等都要采用超精密加工技術(shù)。
8( 3'YNC 它與當(dāng)代一些主要科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有密切的關(guān)系，是當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，超精密加工技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了機(jī)械、液壓、電子、半導(dǎo)體、
光學(xué)、傳感器和測(cè)量技術(shù)以及材料科學(xué)的發(fā)展。
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Ze ~$by|9f 1超精密加工技術(shù)概述
L,!?'.*/] 超精密加工目前就其質(zhì)來說是要實(shí)現(xiàn)以現(xiàn)有普通精密加工手段還達(dá)不到的高精度加工，就其量來說是要加工出亞微米乃至毫微米級(jí)的形狀與尺寸賴皮并獲得納米級(jí)的表面粗糙度，但究竟多少精度值才算得上超精密加工一段要視零件大小、復(fù)雜程度以及是否容易變形等因素而定。
& i"33.# ] 超精密加工主要包括超精密切削(車、銑) 超精密磨削、超精密研磨
)V~Fl$A (機(jī)械研磨、機(jī)械化學(xué)研磨、研拋、非接觸式浮動(dòng)研磨、彈性發(fā)射加工等)以及超精密特種加工(電子束、離子束以及激光束加工等)。上述各種方法均能加工出普通精密加工所達(dá)不到的尺寸精度、形狀精度和表面質(zhì)量。每種超精密加工方法都是針對(duì)不同零件的要求而選擇的。
9 |WBJ6 q"ba~@<BEl 1．1超精密切削加工
#%z--xuJL 超精密切削加工的特點(diǎn)是采用金剛石刀具。金剛石刀具與有色金屬親和力小，其硬度、耐磨性以及導(dǎo)熱性都非常優(yōu)越，且能刃磨得非常鋒利(刃口圓弧半徑可小于 ρ0．01 μm，實(shí)際應(yīng)用一般ρ0，05 μm) 可加工出優(yōu)于Ra0．01 μm的表面粗糙度。此外，超精密切削加工還采用了高精度的基礎(chǔ)元部件(如空氣軸承、氣浮導(dǎo)軌等)、高精度的定位檢測(cè)元件(如光柵、激光檢測(cè)系統(tǒng)等)以及高分辨率的微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)。機(jī)床本身采取恒溫、防振以及隔振等措施，還要有防止污染工件的裝置。機(jī)床必須安裝在潔凈室內(nèi)。進(jìn)行超精密切削加工的零件材料必須質(zhì)地均勻，沒有缺陷。在這種情況下加工無氧銅，表面粗糙度可達(dá)到Ba0．005μm，加工φ800mm的非球面
透鏡，形狀精度可達(dá)0．2／μm。超精密加工技術(shù)在航空航天、光學(xué)及民用等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛(見表1) 并向更高精度等方向發(fā)展(見表2)。
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(1JZuR<?c j[NA3Vj1P 1．2超精密磨削
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T;|VDk 超精密磨削技術(shù)是在一般精密磨削基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。超精密磨削不僅要提供鏡面級(jí)的表面粗糙度，還要保證獲得精確的幾何形狀和尺寸。為此，除要考慮各種工藝因素外，還必須有高精度、高剛度以及高阻尼特征的基準(zhǔn)部件，消除各種動(dòng)態(tài)誤差的影響，并采取高精度檢測(cè)手段和補(bǔ)償手段。
,OWdp<z 目前超精密磨削的加工對(duì)象主要是玻璃、陶瓷等硬脆材料，磨削加工的目標(biāo)是范成3—5nm的平滑表面，也就是通過磨削加工而不需拋光即可達(dá)到要求的表面粗糙度。作為納米級(jí)磨削加工，要求機(jī)床具有高精度及高剛度，脆性材料可進(jìn)行可延性磨削(Ductile Grinding)。納米磨削技術(shù)對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是對(duì)要求高疲勞強(qiáng)度材料(如飛機(jī)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪用的陶瓷材料)的加工，是重要而有效的加工技術(shù)。
[ M_pf2Y 此外，砂輪的修整技術(shù)也相當(dāng)關(guān)鍵。盡管磨削比研磨更能有效地去除
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& 物質(zhì)，但在磨削玻璃或陶瓷時(shí)很難獲得鏡面，主要是由于砂輪粒度太細(xì)時(shí)，砂輪表面容易被切屑堵塞。日本理化學(xué)研究所學(xué)者大森整博士發(fā)明的電解在線修整(ELID)鑄鐵纖維結(jié)合劑(CIFB)砂輪技術(shù)可以很好地解決這個(gè)問題。
sj a;NL 當(dāng)前的超精密磨削技術(shù)能加工出0．0 1μm圓度， O．1μm尺寸精度和Ra0．005μm粗糙度的圓柱形零件，平面超精密磨削能加工出0．03μm／100mm的平面。
^@l_K +T 6i[\?7O'0 1．3超精密研磨
HX\@Qws 超精密研磨包括機(jī)械研磨、化學(xué)機(jī)械研磨、浮動(dòng)研磨、彈性發(fā)射加工以及磁力研磨等加工方法。超精密研磨加工出的球面不球度達(dá)0．025ttm，表面粗糙度達(dá) RaO．003μm。利用彈性發(fā)射加工可加工出無變質(zhì)層的鏡面，粗糙度可達(dá)5A。最高精度的超精密研磨可加工出平面度為λ／200的零件。超精密研磨的的關(guān)鍵條件是幾乎無振動(dòng)的研磨運(yùn)動(dòng)、精密的溫度控制、潔凈的環(huán)境以及細(xì)小而均勻的研磨劑。此外高精度檢測(cè)方法也比不可少。
Zi M#g1; y?O{J!U 1．4超精密特種加工
%Y%+K5;AZ 1．4．1電子束加工
{%D!~,4Ht 離子束加工是指在真空中將陰極(電子槍)不斷發(fā)射出來的負(fù)電子向正極加速，并聚焦成極細(xì)的、能量密度極高的束流，高速運(yùn)動(dòng)的電子撞擊到工件表面，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，使材料熔化、氣化并在真空中被抽走�？刂齐娮邮膹�(qiáng)弱和偏轉(zhuǎn)方向，配合工作臺(tái) X Y方向的數(shù)控位移，可實(shí)現(xiàn)打孔、成型切割、刻蝕、光刻曝光等工藝。集成電路制造中廣泛采用波長比可見光短得多的電子束光刻曝光，所以可以達(dá)到高達(dá) O.25μm的線條圖形分辨串。
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