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先进制造技术（四）超精密加工技术

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11/18/2023

沈阳工业大学

1. 超精密加工的范畴

通常按加工精度划分，可将机械加工分为一般加工、精密加工、超精密加工。

由于生产技术的不断发展，划分的界限是变化的，过去的精密加工对今天来说已经是普通加工，因此，其划分的界限是相对的，其具体数值是变化的。

1983年日本的Taniguchi教授在考查了许多超精密加工实例的基础上对超精密加工的现状进行了总结，并对其发展趋势进行了预测。把精密和超精密加工的过去、现状和未来归纳为图6-12所示的几条曲线。这些曲线反映了该领域的发展规律。

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超精密加工技术的发展

1900 1920 1940 1960 1980 2000

加工精密

/

μ

m

102

101

10

10-1

10-3

10-2

10-5

10-4

0.005μ

年份

10μm

10μ

m

10μm

5μm

1μm

1μm

0.1μm

0.1μm

0.05μm

0.01μm

0.005μ

m

0.001μm

超

加

工

工

加

精

密

精

密

工

加

普

通

（系统误差和随机误差）

超精密研磨机

（电子束扫描装置）

超高精密磨床超高精密研磨机

精密车床

磨床、研磨机

机械比较仪测微仪千分尺

电子、气动测微仪光学比较仪

精密坐标镗床

坐标磨床

精密磨床精密研磨机光学透镜磨床

精密金刚石磨床

光学磁尺电动比较仪

电子比较仪（非接触式）

激光测长仪光纤技术圆度测量仪表面测量仪

光学透镜精磨床间歇转发器

精密金刚石磨床超精密磨床

激光高精度测长仪

（多普勒多重干涉仪）

台阶测量仪

超精密研磨机

（电子束扫描装置）超高精密磨床

超高精密研磨机

原子分子离子束加工

原子分子沉积加工

扫描电镜、透射电镜电子束衍射离子分析仪

X射线测微分析仪

俄歇分析仪、ESCAR

超晶格物质合成加工

机床（加工设备） 测量仪器（检测设备）车床、铣床 游标卡尺

加工精度的进展

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超精密加工技术的发展

1.超精密加工的范畴

要更精确地定义加工精度，除加工误差本身外，还必须说明测定该误差的几何长度或形貌频率。

Langenbeck提出的定性分析微细加工时的曲线。图中斜线部分表示相应于微细加工零件的形状、位置（斜度）和微观不平度的几何长度与对应的误差范围，并认为误差幅值与形貌频率是评价加工精度的重要因素，根据误差形貌的频率可以找出导致该误差的相关原因。

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超精密加工技术的发展

加工误差与几何长度的关系

1.超精密加工的范畴

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超精密加工技术的发展

2、超精密加工技术的国内外发展现状

超精密加工技术在国际上处于领先地位的国家有美国、英国和日本。

美国主要研究以发展国防尖端技术为主要目标。日本的研究以民品应用为主要对象。

我国的超精密加工技术在70年代末期有了长足进步，80年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件。Ra=0.0078μm。在超精密加工的效率、精度可靠性，特别是规格和技术配套性方面与国外比还有相当大的差距。

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超精密加工技术的发展

向高精度方向发展，其最终目标实现原子级精度的加工。

向大型化方向发展，研制各种大型超精密加工设备， 以满足航天航空、电子通信等领域的需要。

向微型化方间发展，以适应微型机械、集成电路的发展。

3、超精密加工技术的发展趋势

超精密加工技术的发展

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向超精结构、多功能模块化、光机电一体化、加工检测一体化方向发展，并采用各种测量、控制技术实时补偿误差。

不断出现新工艺和复合加工技术，被加工的材料范围扩大。

在作业环境建造方面的诸如高性能的基础隔振技术、净化技术与环境温控技术将有更大发展。

3、超精密加工技术的发展趋势

超精密加工技术的发展

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超精密切削加工主要指金刚石刀具超精密车削，主要用于加工软金属材料，如铜、铝等非铁金属及其合金，以及光学玻璃、大理石和碳素纤维板等非金属材料。

1、超精密切削加工

超精密加工技术的原理及特点

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金刚石车床的主要生产厂家：

美国的莫尔精密机床公司、普奈莫精密公司和日本东芝机械公司；

金刚石车床的价格十分昂贵，推广普及应用有一定难度。

各国正在积极研究开发低成本的金刚石车削机床。

1、超精密切削加工

超精密加工技术的原理及特点

莫尔特种金刚石车床

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3轴计