1 前言 WGy3SV )  
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超精密加工技術(shù)，是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)最主要的發(fā)展方向之一。在提高機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和發(fā)展高新技術(shù)中起著至關(guān)重要的作用，并且已成為在國際競爭中取得成功的關(guān)鍵技術(shù)。  超精密加工是指亞微米級(尺寸誤差為0.3～0.03µm，表面粗糙度為Ra0.03～0.005µm)和納米級(精度誤差為0.03µm，表面粗糙度小于 Ra0.005µm) 精度的加工。實(shí)現(xiàn)這些加工所采取的工藝方法和技術(shù)措施，則稱為超精加工技術(shù)。加之測量技術(shù)、環(huán)境保障和材料等問題，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： 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。 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。 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(dá)0.1µm。如用掃描隧道電子顯微鏡(STM)加工，線寬可達(dá)2～5nm。 +%Y`>1I^#  
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2 國外概況 z +NxO!y  
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美國是最早研制開發(fā)超精密加工技術(shù)的國家。早在1962年，美國就開發(fā)出以單點(diǎn)金剛石車刀鏡面切削鋁合金和無氧銅的超精密半球車床，其主軸回轉(zhuǎn)精度為 0.125µm，加工直徑為Ø100mm的半球，尺寸精度為±0.6µm，粗糙度為Ra0.025µm。1984年又研制成功大型光學(xué)金剛石車床，可加工重1350kg，Ø1625mm的大型零件，工件的圓度和平面度達(dá)0.025µm，表面粗糙度為Ra0.042µm。在該機(jī)床上采用多項(xiàng)新技術(shù)，如多光路激光測量反饋控制，用靜電電容測微儀測量工件變形，32位機(jī)的CNC系統(tǒng)，用摩擦式驅(qū)動進(jìn)給和熱交換器控制溫度等。  美國利用自己已有的成熟單元技術(shù)，只用兩周的時間便組裝成了一臺小型的超精密加工車床(BODTM型)，用刀尖半徑為5～10nm的單晶金剛石刀具，實(shí)現(xiàn)切削厚度為1nm (納米)的加工。盡管如此，最近美國政府還是繼續(xù)把微米級和納米級的加工技術(shù)作為國家的關(guān)鍵技術(shù)之一，這足以說明美國對這一技術(shù)的重視。  英國是較早從事超精加工技術(shù)研究的國家之一。從1979年起，開發(fā)用于制造X射線望遠(yuǎn)鏡的金屬反射鏡的立式超精密金剛石刀車床。要求反射鏡的精度在30mm 范圍內(nèi)的表面凹凸達(dá)到6nm以下，整個鏡面的形狀精度達(dá)1µm以下。該機(jī)床為保證超精加工，采用了許多新技術(shù)。例如采用封裝合成花崗巖作為機(jī)床基礎(chǔ)(總重 48t)，永久磁鐵型DC力矩馬達(dá)驅(qū)動的X軸和Z軸，徑向和軸向的回轉(zhuǎn)精度為0.1µm，空氣軸承支承的旋轉(zhuǎn)工作臺，分辨率為0.015µm的 HP5501型激光干涉儀，由HP9826型計(jì)算機(jī)等構(gòu)成的X軸、Z軸工件尺寸及形狀精度的測量補(bǔ)償系統(tǒng)，壓電式刀具微進(jìn)給裝置，16位CNC控制系統(tǒng)等。英國在80年代初就已開始實(shí)施納米計(jì)劃，成立了納米技術(shù)戰(zhàn)略委員會。Cranfield理工學(xué)院是世界上第二個能制造出用于大型超精密加工機(jī)床的高剛度(2kN/µm)氣浮精密軸承和主軸系統(tǒng)的單位。  日本的超精密加工技術(shù)的研究開發(fā)滯后于美國20年，但由于得到有關(guān)方面的重視和努力，發(fā)展較快。與美國不同，日本完全是出于民用工業(yè)的考慮來發(fā)展超精密加工技術(shù)的，從多棱體反射鏡加工機(jī)床到磁頭微細(xì)加工機(jī)床，磁盤端面車床，發(fā)展到非球面加工機(jī)床和短波X射線反射鏡面加工機(jī)床。1986年日本已把納米技術(shù)作為先進(jìn)技術(shù)探索研究計(jì)劃中的六大課題之一。日本推行了一個從1991年起，為期 10年，投資250億日元的研究開發(fā)微型機(jī)械的大型國家科研計(jì)劃。在這個計(jì)劃中，F(xiàn)ANUC公司和電氣通信大學(xué)合作研制的車床型超精密銑床，在世界上首次用切削方法實(shí)現(xiàn)了自由曲面的微細(xì)加工。這臺銑床具有無摩擦伺服系統(tǒng)和用于微細(xì)加工的CAD/CAM 系統(tǒng)，最小數(shù)控分辨率為1nm。在對直徑為1mm高度差為30µm的復(fù)雜曲面進(jìn)行的微細(xì)銑削加工中，獲得了Ra0.058µm的表面粗糙度。機(jī)床的主要性能：X、Z軸的最小分辨率為1nm，C、B軸的最小分辨率分別為0.0001°和0.00001°，當(dāng)主軸的最大供氣壓力為6×10⁶Pa 時，回轉(zhuǎn)速度為55000r/min。微細(xì)切削用刀具是一種單晶金剛石偽球頭立銑刀。刀尖半徑為0.01mm，半刀尖角為75°，刀尖圓弧中心與軸心線有 0.1mm的偏移量。日本的超精加工機(jī)床生產(chǎn)廠家有十多家，產(chǎn)品大多采用0.01µm高分辨率的CNC系統(tǒng)和激光干涉儀測量，納米級光刻已超過了美國，居世界領(lǐng)先地位。超精加工機(jī)床的加工精度已達(dá)亞微米級(0.1µm以下)，粗糙度達(dá)Ra0.01µm，最高水平的機(jī)床已用于制造超大規(guī)模集成電路，刻線寬度可達(dá)0.3µm。  德國、荷蘭以及中國臺灣的超精密加工機(jī)床，也都處于世界先進(jìn)水平。如菲利普公司曾研制出Colath超精車床，最大加工直徑Ø200mm，長度200mm，其加工形狀精度為0.5µm，表面粗糙度Ra0.02µm。而德國主要研究超精密測量技術(shù)。  目前世界上超精密加工達(dá)到的最高技術(shù)水平如下：加工精度0.025µm，表面粗糙度Ra0.0045µm，即已進(jìn)入了納米級加工精度的時代。在測量技術(shù)方面，對小位移的測量：電容式測頭分辨率可做到0.5nm(量程為15µm)和0.1nm(量程為5µm)，線性誤差小于0.1%；光電子纖維光學(xué)測頭的分辨率可到0.5nm(量程為30µm)，線性誤差為5%；掃描隧道顯微鏡(STM)的分辨率可達(dá)0.01nm(量程20mm時)；X射線干涉儀的分辨率還做到0.003nm(量程200µm時)。對大長度尺寸的測量，外差式激光干涉儀的分辨率可做到1.25nm(量程±2.6m)；氦氖激光(實(shí)驗(yàn)室)的分辨率可做到0.01µm(量程為2mm)；莫爾條紋光學(xué)尺的分辨率可做到10nm(量程1m)，精度為1µm/m。對角度測量，莫爾條紋角度光學(xué)尺的分辨率可做到0.005"(360°范圍)，精度0.1"，因此測量方面基本上滿足了納米級加工技術(shù)要求。 H_3-"m 南和县| 金昌市| 陕西省| 福泉市| 准格尔旗| 景洪市| 保德县| 巫山县| 波密县| 读书| 即墨市| 罗定市| 高淳县| 徐闻县| 庐江县| 崇州市| 邛崃市| 肇源县| 平舆县| 崇阳县| 安国市| 宣威市| 桦川县| 合川市| 岳池县| 易门县| 邵武市| 于都县| 淮安市| 平度市| 红河县| 安龙县| 吐鲁番市| 河南省| 石渠县| 宁津县| 古交市| 温宿县| 抚州市| 长乐市| 马关县|