超精密制造技術(shù)論文
超精密制造技術(shù)論文
精密和超精密加工技術(shù)、制造自動化是先進制造技術(shù)的兩大領(lǐng)域，而精密和超精密加工技術(shù)是先進制造技術(shù)中最具有實質(zhì)性的重要組成部分，學(xué)習(xí)啦小編整理了超精密制造技術(shù)論文，有興趣的親可以來閱讀一下!
超精密制造技術(shù)論文篇一
超精密加工技術(shù)淺析
[摘 要] 精密和超精密加工技術(shù)、制造自動化是先進制造技術(shù)的兩大領(lǐng)域，而精密和超精密加工技術(shù)是先進制造技術(shù)中最具有實質(zhì)性的重要組成部分，它是先進制造技術(shù)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，是衡量一個國家工業(yè)水平及科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。超精密加工技術(shù)的發(fā)展促進了機械、電子、半導(dǎo)體、光學(xué)、傳感器和測量技術(shù)以及材料科學(xué)的發(fā)展。
[關(guān)鍵詞] 精密和超精密加工技術(shù) 半導(dǎo)體 制造技術(shù)
1、概述
目前，在工業(yè)發(fā)達國家中，一般工廠能穩(wěn)定掌握的加工精度是lμm，與此相應(yīng)，通常將加工精度在0.1―1μm，加工表面粗糙度在Ra0.02―0.1μm之間的加工方法稱為精密加工，而將加工精度高于0.1μm，加工表面粗糙度小于Ra0.01pm的加工方法稱為超精密加工。
現(xiàn)代機械工業(yè)之所以要致力于提高加工精度，其主要的原因在于:提高制造精度后可提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，提高其穩(wěn)定性和可靠性;促進產(chǎn)品的小型化，增強零件的互換性，提高裝配生產(chǎn)率，并促進自動化裝配。
超精密加工技術(shù)在尖端產(chǎn)品和現(xiàn)代化武器的制造中占有非常重要地位。例如:對于導(dǎo)彈來說，具有決定意義的是導(dǎo)彈的命中精度，而命中精度是由慣性儀表的精度所決定的。制造慣性儀表，需要有超精密加工技術(shù)和相應(yīng)的設(shè)備【1】。例如:美國民兵m型洲際導(dǎo)彈系統(tǒng)陀螺儀的精度為0.03°一0.05°/h，其命中精度的圓概誤差為500m，而MX戰(zhàn)略導(dǎo)彈(可裝載10個核彈頭)制導(dǎo)系統(tǒng)陀螺儀比民兵m型導(dǎo)彈高出一個數(shù)量級，從而保證命中精度的圓概率誤差只有50~150m。如果1kg重的陀螺轉(zhuǎn)子，其質(zhì)量中心偏離其對稱軸0.5nm，則會引起100m的射程誤差和50m的軌道誤差。慣性儀表中有許多零件的制造精度都要求達到小于微米級。例如:激光陀螺的平面反射鏡的平面度為0.03一0.06μm，表面粗糙度為0.012pm以下，反射率為99.8%。人造衛(wèi)星的儀表軸承是真空無潤滑的軸承，其孔和軸的表面粗糙度達到Rmax=1nm(0.001協(xié)m)，其圓度和圓柱度均以nm為單位。雷達的關(guān)鍵元件波導(dǎo)管，其品質(zhì)因數(shù)與內(nèi)表面的粗糙度有很大關(guān)系。內(nèi)腔表面粗糙度值越小越好。其端面要求有很小的粗糙度、垂直度、平面度值。采用超精密車削，波導(dǎo)管內(nèi)腔表面粗糙度可達到Ra0.01一0.02μm或0.01μm，端面粗糙度可達華0.01pm，平面度小于0.1μm，垂直度小于0.1μm，可使波導(dǎo)管的品質(zhì)因數(shù)值達到6000，而用一般方法生產(chǎn)的只能達到2000一4000。紅外探測器中接收紅外線的反射鏡是紅外導(dǎo)彈的關(guān)鍵性零件，其加工質(zhì)量的好壞決定了導(dǎo)彈的命中率。只有采用超精密車削，方能滿足上述要求【2】。
又如，己被美國航天飛機送入空間軌道的，用來攝制億萬公里遠(yuǎn)星球圖像的哈勃望遠(yuǎn)鏡(HST)，其一次鏡要求使用直徑2.4m，重達900kg的大型反光鏡，并且具有很高的分辨率。為此，專門研制了超精密加工(形狀精度為0.01μ m)光學(xué)玻璃用的6軸CNC研磨拋光機。由于HST計劃的實施，大大促進了硬脆材料的超精密加工技術(shù)，發(fā)展了能反饋加工精度信號的CNC研磨加工技術(shù)【3】。從上所述，可以看出只有采用超精密加工技術(shù)才能制造精密陀螺儀、精密雷達、超小型電子計算機及其它尖端產(chǎn)品。
2、發(fā)展現(xiàn)狀
在過去相當(dāng)?shù)囊欢螘r期，精密加工，特別是超精密加工的應(yīng)用范圍很狹窄。近幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)和人們生活水平的提高，精密和超精密加工不僅進入了國民經(jīng)濟和人民生活的各個領(lǐng)域，而且從單件小批生產(chǎn)方式走向大批量的產(chǎn)品生產(chǎn)。例如:磁帶錄像機的磁鼓加工精度要求很高，是超精密加工的典型零件，而錄像機的產(chǎn)量在1985年已達到3300萬臺。在機械制造行業(yè)，己經(jīng)改變了過去那種將精密機床放在后方車間，僅用于加工工具，卡具，量具的陳規(guī)。現(xiàn)在，工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)將精密機床搬到前方車間，直接用于產(chǎn)品零件的加工。
超精密加工走向大批量產(chǎn)品生產(chǎn)的事實使人們不得不正視長期以來一直被忽視的問題:成本和效率，現(xiàn)代超精密加工不僅需要達到極高的加工精度和表面質(zhì)量，同時應(yīng)該保證成本低，效率高，成品率高。這對精密和超精密加工提出了更加嚴(yán)格的要求。
我國當(dāng)前某些精密產(chǎn)品尚靠進口，有些精密產(chǎn)品靠老工人手藝，因而廢品率極高。例如現(xiàn)在生產(chǎn)的某種高精度慣性儀表，從十幾臺甚至幾十臺中才能挑選出一臺合格品，磁盤生產(chǎn)質(zhì)量尚未完全過關(guān)，激光打印機的多面棱鏡尚不能生產(chǎn)。1996年我國進口精密機床價值達23億多美元(主要是精密機床和數(shù)控機床)，相當(dāng)于同年我國機床的總產(chǎn)值，某些大型精密機床機械和儀器國外還對我們禁運。
3、展望
這些都說明我國必須大力發(fā)展精密和超精密加工技術(shù)。精密和超精密加工目前包含三個領(lǐng)域:
1)精密切削，如超精密金剛石刀具切削，可加工各種鏡面，它成功地解決了高精度陀螺儀，激光反射鏡和某些大型反射鏡的加工。
2)精密和超精密磨削研磨，例如解決了大規(guī)模集成電路基片的加工和高精度硬磁盤等的加工。
3)精密特種加工，如電子束，離子束加工，使美國超大規(guī)模集成電路線寬達到0.1μm。
根據(jù)我國的當(dāng)前實際情況，參考國外的發(fā)展趨勢，我國應(yīng)開發(fā)超精密技術(shù)基礎(chǔ)的研究，其主要內(nèi)容包括以下五個方面：:
1)超精密切削、磨削、研拋的基本理論和工藝;
2)超精密設(shè)備的精度，動特性和熱穩(wěn)定性;
3)超精密加工精度檢測及在線檢測和誤差補償;
參考文獻
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超精密制造技術(shù)論文篇二
超精密加工技術(shù)概述
摘要：隨著社會的發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品精細(xì)化程度逐步提高 ，傳統(tǒng)的機械加工技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求，機械加工向著更高精度的方向發(fā)展。本文主要介紹超精密加工技術(shù)的產(chǎn)生背景、概念、國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r、幾種超精密加工技術(shù)和對未來超精密加工技術(shù)發(fā)展的展望。
關(guān)鍵詞：超精密加工技術(shù)背景概念發(fā)展?fàn)顩r發(fā)展趨勢
中圖分類號： U270.6+4文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：
一.產(chǎn)生的背景
制造技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有幾千年的歷史，石器時代、銅器時代、鐵器時代都有著制造技術(shù)發(fā)展的足跡。直至近代，隨著第一次工業(yè)革命的完成，傳統(tǒng)的機械制造技術(shù)出現(xiàn)了，傳統(tǒng)的機械加工技術(shù)主要包括車削、銑削、鉆削和磨削。
隨著人類社會的進一步發(fā)展，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機械工業(yè)、電子工業(yè)、航空航天工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等，尤其是國防工業(yè)部門，要求尖端科學(xué)技術(shù)產(chǎn)品向高精度、高速度、大功率、小型化方向發(fā)展，以及在高溫、高壓、重載荷或腐蝕環(huán)境下長期可靠地工作。為了適應(yīng)這些要求，各種新結(jié)構(gòu)、新材料和復(fù)雜形狀的精密零件大量出現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)和形狀越來越復(fù)雜，材料的性能越來越強韌，對精度要求越來越高，對加工表面粗糙度和完整性要求越來越嚴(yán)格，使機械制造面臨著一系列嚴(yán)峻的任務(wù)：(1)解決各種難切削材料的加工問題。如硬質(zhì)合金、鈦合金、耐熱鋼、不銹鋼、淬火鋼、金剛石、石英以及鍺、硅等各種高硬度，高強度、高韌性、高脆性的金屬及非加工。(2)解決各種特殊復(fù)雜型面的加工問題。如噴氣渦輪機葉片、整體渦輪、發(fā)動機機匣、鍛壓模等的立體成型表面，各種沖模、冷拔模等特殊斷面的型孔，炮管內(nèi)膛線、噴油嘴，噴絲頭上的小孔、窄縫等的加工。(3)解決各種超精密、光整零件的加工問題。如對表面質(zhì)量和精度要求很高的航天航空陀螺儀、精密光學(xué)透鏡、激光核聚變用的曲面鏡、高靈敏度的紅外傳感器等零件的精細(xì)表面加工，形狀和尺寸精度要求在0.1皮米以上，表面粗糙度尺寸要求在0.01微米以上。(4)特殊零件的加工問題。如大規(guī)模集成電路、光盤基片、復(fù)印機和打印機的感光鼓、微型機械和機器人零件、細(xì)長軸、薄壁零件、彈性元件等低剛度零件的加工。;要解決上述一系列問題，僅僅依靠傳統(tǒng)的切削加工方法很難實現(xiàn)，有些根本無法實現(xiàn)。在生產(chǎn)的迫切需求下，人們通過各種渠道，借助于多種能量形式，不斷研究和探索新的加工方法。超精密和特種加工技術(shù)就是在這種環(huán)境和條件下產(chǎn)生和發(fā)展起來的。
二. 基本概念和范圍
制造是用物理或化學(xué)的方法改變原材料的幾何形狀、性質(zhì)和外觀，制成零件以及將零件裝配成產(chǎn)品的操作過程，通過這樣的過程將原材料轉(zhuǎn)變成具有使用價值和更大經(jīng)濟價值的產(chǎn)品。產(chǎn)品在機械制造的過程中會產(chǎn)生一定的誤差，主要有(1)的加工機床的運動誤差，如導(dǎo)軌誤差、主軸回轉(zhuǎn)誤差等等;(2)刀具制造誤差與磨損;(3)工藝系統(tǒng)受力變形和受熱變形。傳統(tǒng)的機械加工技術(shù)的誤差范圍較大，而超精密加工技術(shù)由于應(yīng)用了新的加工介質(zhì)，改變了原有的加工機理，使加工誤差大大降低。
超精密加工技術(shù)是一種先進的制造技術(shù)。超精密加工是指亞微米級(尺寸誤差為0.3～0.03微米，表面粗糙度為Ra0.03～0.005微米)和納米級(精度誤差為0.03微米，表面粗糙度小于 Ra0.005微米)精度的加工。實現(xiàn)這些加工所采取的工藝方法和技術(shù)措施，則稱為超精密加工技術(shù)。超精密加工技術(shù)主要包括：超精密加工的機理，超精密加工的設(shè)備制造技術(shù)，超精密加工工具及刀磨技術(shù)，超精密測量技術(shù)和誤差補償技術(shù)，超精密加工工作環(huán)境條件。
人們把這種技術(shù)總稱為超精工程。超精密加工主要包括三個領(lǐng)域：(1)超精密切削加工，如金剛石刀具的超精密切削，可加工各種鏡面。它已成功地解決了用于激光核聚變系統(tǒng)和天體望遠(yuǎn)鏡的大型拋物面鏡的加工。 (2)超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盤的涂層表面加工和大規(guī)模集成電路基片的加工。 (3)超精密特種加工如大規(guī)模集成電路芯片上的圖形是用電子束、離子束刻蝕的方法加工，線寬可達0.1微米。如用掃描隧道電子顯微鏡(STM)加工，線寬可達2～5nm。
三. 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
目前，先進制造技術(shù)已經(jīng)是一個國家經(jīng)濟發(fā)展的重要手段之一，許多發(fā)達國家都十分重視先進制造技術(shù)的水平和發(fā)展，利用它進行產(chǎn)品革新、擴大生產(chǎn)和提高國際經(jīng)濟競爭能力。
超精密加工技術(shù)在國際上處于領(lǐng)先地位的國家有美國、日本和英國等。
美國是開展超精密加工技術(shù)最早的國家。早在上世紀(jì)五十年代末，由于航天等尖端技術(shù)的需要，美國首先發(fā)展了結(jié)果是刀具的超精密切削技術(shù)，并發(fā)展了相應(yīng)的空氣軸承主軸的超精密機床，用于加工激光核聚變反射鏡、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈及載人飛船用的球面和非球面的大型零件等等。如美國的LLL實驗室和Y-12工廠在美國能源部的支持下，于1983年7月研制成功大型超精密金剛石車床DTM-3型，該機床可加工各種大型光學(xué)設(shè)備，加工精度可達到形狀誤差為28nm(半徑)，圓度和平面度為12.5nm，加工表面粗糙度為Ra4.2nm。該機床與該實驗室1984年研制的LODTM大型超精密車床一起仍是現(xiàn)在世界上公認(rèn)的技術(shù)水平最高、精度最高的大型金剛石超精密車床。
在超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，英國克蘭菲爾德技術(shù)學(xué)院所屬的克蘭菲爾德精密工程研究所(CUPE)享有較高的聲譽，他是當(dāng)今世界上精密工程的研究中心之一，是英國超精密加工技術(shù)水平的獨特代表。如CUPE生產(chǎn)的Nanocentre既可以進行超精密車削，又帶有磨頭，也可以進行超精密磨削，加工工件的形狀精度可達0.1微米，表面粗糙度Ra小于10nm。
日本對超精密加工技術(shù)的研究相對于美國和英國來說起步較晚，但日本是當(dāng)今世界上超精密加工技術(shù)發(fā)展最快的國家。日本通產(chǎn)省于1986年制訂了一個“超尖端加工系統(tǒng)研究開發(fā)”的大型計劃,該計劃1987年1月開始執(zhí)行,約需8年時間完成，計劃總經(jīng)費為150 到200億日元。大型計劃由二部份組成：高密度、高能量受激射束技術(shù)和三維曲面超高性能機械加工技術(shù)。為了保證超精密加工技術(shù)成為可能,還有二項輔助技術(shù)：超精密測量技術(shù)和加工環(huán)境的控制技術(shù)。高密度、高能量射束技術(shù)的研究內(nèi)容,主要有大輸出功率長壽命的準(zhǔn)分子激器和高能量離子束技術(shù)。當(dāng)準(zhǔn)分子激光照射氮、氯等氣體時,其分子分解,蒸發(fā)到金屬、陶瓷、高分子材料等基礎(chǔ)材料表面,形成高性能的薄膜。高密度高能量離子束技術(shù)是利用非熱平衡過程對材料進行選擇性極高的處理或高速處理,以達到局部處理的目的。因此, 射束技術(shù)的研究, 主要為解決難合成材料和高性能材料的合成, 高品位薄膜的形成,材料表面質(zhì)量改進等方面的應(yīng)用。三維曲面超高性能機械加工技術(shù)以超精密加工為中心,包括切削、磨削、研磨和利用射束的新型復(fù)合加工技術(shù),主要內(nèi)容是研制超精密機械加工裝置。用切削的方法不可能達到原子級的精度, 所以需進一步研究切削機理,發(fā)展特種加工技術(shù)。機械化學(xué)研磨和彈性發(fā)射切削加工等方法將從實驗室向工業(yè)應(yīng)用發(fā)展。
我國目前已是一個"制造大國"，制造業(yè)規(guī)模名列世界第四位，僅次于美國、日本和德國，近年來在精密加工技術(shù)和精密機床設(shè)備制造方面也取得了不小進展。但我國還不是一個"制造強國"，與發(fā)達國外相比仍有較大差距。我國每年雖有大量機電產(chǎn)品出口，但多數(shù)是技術(shù)含量較低、價格亦較便宜的中低檔產(chǎn)品;而從國外進口的則大多是技術(shù)含量高、價格昂貴的高檔產(chǎn)品。目前我國每年需進口大量國內(nèi)尚不能生產(chǎn)的精密數(shù)控機床設(shè)備和儀器。由于國外一些重要的高精度機床設(shè)備和儀器對我國實行封鎖禁運，而這些精密設(shè)備儀器正是我國發(fā)展國防工業(yè)和尖端技術(shù)所迫切需要的，因此，為了使我國的國防和科技發(fā)展不受制于人，我們必須投入必要的人力物力，自主發(fā)展精密和超精密加工技術(shù)，爭取盡快將我國的精密和超精密加工技術(shù)水平提升到世界先進水平。
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