超精密制造技術論文
超精密制造技術論文
精密和超精密加工技術、制造自動化是先進制造技術的兩大領域，而精密和超精密加工技術是先進制造技術中最具有實質(zhì)性的重要組成部分，學習啦小編整理了超精密制造技術論文，有興趣的親可以來閱讀一下!
超精密制造技術論文篇一
超精密加工技術淺析
[摘 要] 精密和超精密加工技術、制造自動化是先進制造技術的兩大領域，而精密和超精密加工技術是先進制造技術中最具有實質(zhì)性的重要組成部分，它是先進制造技術的基礎與關鍵，是衡量一個國家工業(yè)水平及科學技術水平的重要標志之一。超精密加工技術的發(fā)展促進了機械、電子、半導體、光學、傳感器和測量技術以及材料科學的發(fā)展。
[關鍵詞] 精密和超精密加工技術 半導體 制造技術
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，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:對于導彈來說，具有決定意義的是導彈的命中精度，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和相應的設備【1】。例如:美國民兵m型洲際導彈系統(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)略導彈(可裝載10個核彈頭)制導系統(tǒng)陀螺儀比民兵m型導彈高出一個數(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。雷達的關鍵元件波導管，其品質(zhì)因數(shù)與內(nèi)表面的粗糙度有很大關系。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彈的關鍵性零件，其加工質(zhì)量的好壞決定了導彈的命中率。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星球圖像的哈勃望遠鏡(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，發(fā)展了能反饋加工精度信號的CNC研磨加工技術【3】。從上所述，可以看出只有采用超精密加工技術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?shù)囊欢螘r期，精密加工，特別是超精密加工的應用范圍很狹窄。近幾年來，隨著科學技術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)?，F(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格的要求。
我國當前某些精密產(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，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。精密和超精密加工目前包含三個領域:
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)我國的當前實際情況，參考國外的發(fā)展趨勢，我國應開發(fā)超精密技術基礎的研究，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
[1]Wang WH, DongC, Shek CH. Bulkmetallic glasses[J]. Material Science and Engineering R, 2004, 44(2-3): 45-89.
[2]Klement W, Willens RH, Duwez P. Non-crystalline structure in so-lidified gold-silicon alloys[J]. Nature, 1960, 187(4740): 869-
870.
[3]Boonrat Lohwongwatana, Jan Schroers, William L Johnson. Strai rate induced crystallization in bulk metallic glass-forming liquid[J] Physical ReviewLetters, 2006, 96(7): 075-503.
超精密制造技術論文篇二
超精密加工技術概述
摘要：隨著社會的發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品精細化程度逐步提高 ，傳統(tǒng)的機械加工技術已經(jīng)遠遠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的產(chǎn)生背景、概念、國內(nèi)外的發(fā)展狀況、幾種超精密加工技術和對未來超精密加工技術發(fā)展的展望。
關鍵詞：超精密加工技術背景概念發(fā)展狀況發(fā)展趨勢
中圖分類號： U270.6+4文獻標識碼： A 文章編號：
一.產(chǎn)生的背景
制造技術的發(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)的機械制造技術出現(xiàn)了，傳統(tǒng)的機械加工技術主要包括車削、銑削、鉆削和磨削。
隨著人類社會的進一步發(fā)展，現(xiàn)代科學技術的迅猛發(fā)展，機械工業(yè)、電子工業(yè)、航空航天工業(yè)、化學工業(yè)等，尤其是國防工業(yè)部門，要求尖端科學技術產(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。為了適應這些要求，各種新結構、新材料和復雜形狀的精密零件大量出現(xiàn)，其結構和形狀越來越復雜，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格，使機械制造面臨著一系列嚴峻的任務：(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、復印機和打印機的感光鼓、微型機械和機器人零件、細長軸、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)的機械加工技術的誤差范圍較大，而超精密加工技術由于應用了新的加工介質(zhì)，改變了原有的加工機理，使加工誤差大大降低。
超精密加工技術是一種先進的制造技術。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措施，則稱為超精密加工技術。超精密加工技術主要包括：超精密加工的機理，超精密加工的設備制造技術，超精密加工工具及刀磨技術，超精密測量技術和誤差補償技術，超精密加工工作環(huán)境條件。
人們把這種技術總稱為超精工程。超精密加工主要包括三個領域：(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。
超精密加工技術在國際上處于領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最早的國家。早在上世紀五十年代末，由于航天等尖端技術的需要，美國首先發(fā)展了結果是刀具的超精密切削技術，并發(fā)展了相應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)術導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設備，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)在世界上公認的技術水平最高、精度最高的大型金剛石超精密車床。
在超精密加工技術領域，英國克蘭菲爾德技術學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的研究相對于美國和英國來說起步較晚，但日本是當今世界上超精密加工技術發(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和三維曲面超高性能機械加工技術。為了保證超精密加工技術成為可能,還有二項輔助技術：超精密測量技術和加工環(huán)境的控制技術。高密度、高能量射束技術的研究內(nèi)容,主要有大輸出功率長壽命的準分子激器和高能量離子束技術。當準分子激光照射氮、氯等氣體時,其分子分解,蒸發(fā)到金屬、陶瓷、高分子材料等基礎材料表面,形成高性能的薄膜。高密度高能量離子束技術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)量改進等方面的應用。三維曲面超高性能機械加工技術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合加工技術,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。機械化學研磨和彈性發(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和精密機床設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)控機床設備和儀器。由于國外一些重要的高精度機床設備和儀器對我國實行封鎖禁運，而這些精密設備儀器正是我國發(fā)展國防工業(yè)和尖端技術所迫切需要的，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，爭取盡快將我國的精密和超精密加工技術水平提升到世界先進水平。
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