超精密加工方法与装备解说.ppt

超精密加工方法和设备技术 魏 昕 主要内容 精密和超精密加工概述 典型精密加工技术与装备 微机械的精密加工 超精密加工技术的发展趋势 精密和超精密加工概述 精密和超精密加工概述 精密和超精密加工概述 精密和超精密加工概述 典型精密加工技术与装备 典型精密加工技术与装备 微机械的精密加工 * 广东工业大学机电工程学院 从先进制造技术的技术实质性而论，主要有精密和超精密加工技术和制造自动化两大领域，前者追求加工上的精度和表面质量极限，后者包括了产品设计、制造和管理的自动化，它不仅是快速响应市场需求、提高生产率、改善劳动条件的重要手段，而且是保证产品质量的有效举措，两者有密切关系，许多精密和超精密加工要依靠自动化技术得以达到预期指标，而不少制造自动化有赖于精密加工才能准确可靠地实现。两者具有全局的、决定性的作用，是先进制造技术的支柱。 超精密加工所能达到的精度、表面粗糙度、加工尺寸范围和几何形状是一个国家制造技术水平的重要标志之一。 精密和超精密加工定义 精密加工技术： 加工精度： 1 — 0.1?m 表面粗糙度： Ra 0.1 ?m 超精密加工技术： 加工精度： 0.1?m 表面粗糙度： Ra 0.02?m 纳米加工技术： 加工精度： 达0.001?m(1nm) 表面粗糙度： Ra ? 0.005 ?m 超精密加工的零件精度已达到亚微米级，正在向纳米级工艺发展。 ? 预计到2010年，一般加工、精密加工、超精密加工的精度可分别达到1?m、 0.01?m、 0.001?m(1nm）。 精密与超精密加工 现代超精密机械对精度的要求 精密和超精密加工概述 精密和超精密加工概述 超精密加工技术所涉及的技术领域 （1）加工技术即加工方法与加工机理。要求在最后一道工序能够从被加工表面微量去除表面层。微量去除表面层越薄，则加工精度越高。 （2）材料技术即加工工具和被加工材料。 （3）加工设备及其基础元部件。高精度、高刚度、高稳定性、高自动化的超精密机床（切削机床、研磨机、抛光机以及各种特种精密加工、复合加工设备）。 （4）测量及误差补偿技术。测量精度必须比加工精度高一个数量级，在线检测和误差补偿是实现高加工精度的重要策略。例如，高精度静压轴承的径向跳动大约50nm左右，工作台的直线运动误差数十nm，进一步提高精度有一定的困难，但用误差补偿可达10nm以下。 （5）工作环境。恒温、防振、超净和恒湿四个方面的条件，相应的恒温技术、防振技术和净化技术。 （6）工件的定位与夹紧。 按照加工方式的不同，超精密加工可分为： 超精密切削（单点金刚石车削） 超精密磨料（固结磨料和游离磨料）加工 超精密特种加工及超精密复合加工 超精密加工技术处于世界领先地位的国家有美国、英国和日本。 精密和超精密加工概述 超精密车削 典型精密加工技术与装备 精密车床 diamond turning lathes Lawrence Livermore National Laboratory（美国LLL实验室） 美国LLL国家实验室以发展国防尖端技术为主要目标 （1）DTM-3(Diamond Turning Machine)大型超精密金刚石车床—1983年： 最大加工尺寸：?2100mm； 最大加工重量：4500kg； 刚度: ?500N/?m； 加工粗糙度： Ra4.2nm; 圆度平面度: 12.5nm 流体温度控制:（20?0.0006）0C; 花岗岩底座、空气垫隔板。 用于加工激光核聚变用的各种金属反射镜、红外装置用零件、大型天文望远镜等。 典型精密加工技术与装备 （2）LODTM ( Large Optical Diamond Turning Machine ) 大型超精密金刚石非球面车床—1984年 ——应激光核聚变项目而开发，实现大型光学零件超精密加工 (a)激光系统用KDP晶体（表面粗糙度2nm ） b)美国宇航局用的抛物面镜（最终形状误差150nm ） 图1 LODTM超精密车床 典型精密加工技术与装备 精密车床 diamond turning lathes Aspheric surface Ge or Si etc. Fresnel tool Precitech Nanoform 700 2 axis CNC Lathe Maximum component diameter: 700mm Typical surface finish: 5nm On machine profilometer + portable Fisba phase shifting interferometer Precitech O