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第1章 超精密加工技术概论
1.1 超精密加工技术的内容
1.1.1 超精密加工的范畴
1.1.2 超精密加工方法
1.1.3 纳米加工技术
1.2 超精密加工技术的作用
1.2.1 超精密加工技术的重要性
1.2.2 超精密加工的需求
1.3 超精密加工的关键技术
1.3.1 超精密主轴
1.3.2 超精密导轨
1.3.3 传动系统
1.3.4 超精密刀具
1.3.5 精密测量技术
1.3.6 微进给技术
1.3.7 加工原理
1.3.8 环境控制技术
1.3.9 超精密数控技术
1.4 超精密加工技术的发展状况与趋势
1.4.1 超精密加工技术的发展状况
1.4.2 超精密加工机理研究前沿
1.4.3 超精密加工技术的发展特点与趋势
1.4.4 新形势下面临的任务
第2章 超精密机械加工方法
2.1 超精密切削加工
2.1.1 概述
2.1.2 超精密切削加工的机理
2.1.3 超精密切削加工的特点
2.1.4 保证超精密切削加工质量的措施与方法
2.1.5 硬脆光学晶体材料的超精密切削简介
2.2 超精密磨削加工
2.2.1 超精密磨削机理
2.2.2 超精密磨削的工艺特点
2.2.3 超硬材料微粉砂轮超精密磨削技术
2.2.4 超精密砂带磨削技术
2.2.5 硬脆材料的塑性域超精密磨削加工
2.3 超精密研磨与抛光
2.3.1 研磨加工的机理
2.3.2 抛光加工的机理
2.3.3 影响超精密研磨、抛光的主要工艺因素
2.3.4 化学机械抛光
2.3.5 利用新原理的超精密研磨抛光
第3章 超精密加工机床与设备
3.1 超精密加工机床
3.1.1 概况
3.1.2 超精密机床的分类
3.1.3 对超精密机床的基本要求
3.1.4 超精密机床的基础元部件及其关键技术
3.1.5 超精密加工机床实例
3.2 超精密加工刀具与刃磨技术
3.2.1 超精密切削对刀具的要求
3.2.2 金刚石的性能与结构特性
3.2.3 金刚石刀具的刃磨
3.2.4 超精密切削刀具材料的发展
3.3 超精密夹具设计
3.3.1 夹具定位的稳定性与可靠性
3.3.2 夹具对工件的定位精度
3.3.3 采取有效措施保证精密夹具的设计要求
3.3.4 超精密夹具设计应用实例
第4章 超精密特种加工技术.
4.1 概述
4.1.1 超精密特种加工技术特点
4.1.2 超精密特种加工的适用范围
4.1.3 超精密特种加工技术的内容
4.2 激光加工
4.2.1 激光加工原理
4.2.2 激光加工的特点
4.2.3 激光加工设备的组成
4.2.4 激光微细加工技术与应用实例
4.3 电子束微细加工
4.3.1 电子束加工原理"para" label-module="para">
4.3.2 电子束加工的特点与应用范围
4.3.3 电子束加工装置的组成
4.3.4 电子束微细加工应用技术
4.4 离子束微细加工
4.4.1 离子束微细加工原理
4.4.2 离子束微细加工的特点
4.4.3 离子束微细加工设备
4.4.4 离子束加工的应用
4.5 微细电火花加工
4.5.1 概述
4.5.2 微细电火花加工特点
4.5.3 微细电火花加工的工艺和设备技术
4.5.4 加工应用
4.6 超声波微细加工
4.6.1 超声加工原理
4.6.2 超声微细加工的特点
4.6.3 超声加工机床组成
4.6.4 超声微细复合加工
4.7 电化学加工
4.7.1 电解抛光
4.7.2 电化学机械复合加工
4.8 ELID 镜面磨削技术
4.8.1 ELID磨削镜面形成机理
4.8.2 ELID磨削技术的工艺特点
4.8.3 ELID磨削装置的组成
4.8.4 ELID磨削技术的应用实例
4.9 微细磨料流动加工
4.9.1 磨料流加工的基本原理
4.9.2 磨料流加工的三大要素
4.9.3 磨料流加工的基本特性
4.9.4 磨料流加工的工艺特点
4.9.5 磨料流复合加工应用实例
4.10 磁力研磨加工和磁力电解研磨加工
4.10.1 磁力研磨加工
4.10.2 磁力电解研磨
4.11 磁流变抛光技术
4.11.1 磁流变抛光机理
4.11.2 磁流变液的组成及性质
4.11.3 磁流变抛光方法的特点与关键技术
4.11.4 磁流变抛光的应用
4.12 等离子体加工
4.12.1 等离子体
4.12.2 等离子弧加工
4.12.3 等离子体辅助抛光
4.13 基于微机器人的超精密加工技术
4.13.1 概述
4.13.2 微机器人超精密加工的类型及应用
第5章 超精密加工的检测、误差补偿技术
5.1 超精密加工精度检测
5.1.1 精密测量技术
5.1.2 典型几何量的测量与误差评定方法
5.1.3 超精密加工测量技术应用与实例
5.2 在线检测
5.2.1 概述
5.2.2 在线检测的基本原理
5.2.3 在线检测实例
5.3 误差补偿
5.3.1 误差补偿方法
5.3.2 误差补偿系统应用实例
5.4 检测设备与仪器
5.4.1 双频激光干涉仪
5.4.2 光栅检测系统
第6章 超精密加工材料
6.1 概述
6.1.1 超精密加工对材料的基本要求
6.1.2 超精密加工材料的分类
6.2 工件材料方面诸因素对切削加工性的影响
6.2.1 工件材料的物理、力学性能对切削加工性的影响
6.2.2 金属材料的化学成分对切削加工性的影响
6.2.3 热处理状态和金相组织对切削加工性的影响
6.3 超精密加工常用金属材料
6.3.1 钢
6.3.2 铸铁
6.3.3 有色金属
6.3.4 精密合金
6.4 常用非金属材料
6.4.1 陶瓷
6.4.2 工程塑料
6.4.3 复合材料
6.4.4 其他材料
第7章 超精密加工的环境控制
7.1 空气环境
7.1.1 空气中微粒的分布情况及对超精密加工的影响
7.1.2 空气的洁净度标准
7.1.3 净化空气的方法和措施
7.2 温度环境
7.2.1 温度对超精密加工的影响
7.2.2 恒温条件
7.2.3 环境温度的控制
7.3 湿度环境
7.3.1 湿度概念
7.3.2 湿度对超精密加工的影响
7.3.3 湿度的范围与控制标准
7.3.4 温湿度的控制方法与实例
7.4 振动环境
7.4.1 振动对超精密加工的影响
7.4.2 主要振源及防震措施
7.4.3 超精密机床防震实例
7.5 噪声环境
7.5.1 噪声及其危害
7.5.2 噪声源
7.5.3 控制噪声的基本途径
7.6 其他环境
7.6.1 静电环境
7.6.2 光环境
7.6.3 电磁波环境
7.7 超精密加工环境设施
第8章 光学非球面零件的超精密加工技术与设备
8.1 概述
8.1.1 光学非球面零件的性能特点
8.1.2 光学非球面零件的制作工艺
8.1.3 非球面的切除加工方法
8.2 非球面零件超精密加工技术
8.2.1 非球面零件超精密切削机床
8.2.2 非球面零件超精密磨削加工技术
8.2.3 光学非球面零件的ELID镜面磨削技术
8.2.4 非球面零件的超精密抛光(研磨)技术
8.2.5 非球面零件复制技术
8.2.6 非球面零件离子束加工
8.2.7 非球面磁流变研磨加工
8.3 光学非球面零件的检测技术
8.3.1 光学非球面零件的形状精度
8.3.2 非球面的非接触测试仪
8.4 大型非球面镜的研抛加工
8.4.1 计算机控制光学表面成形技术
8.4.2 应力盘抛光技术
8.4.3 离子束成形技术
8.5 超精密非球曲面加工机床实例
8.5.1 大型非球面加工机床的设计
8.5.2 超精密非球面加工机床Nanosystem300
8.6 超精密非球面加工技术的发展趋势
第9章 大直径硅片的超精密加工
9.1 概述
9.2 硅片的加工工艺
9.2.1 硅片的传统加工工艺
9.2.2 大直径硅片的现代加工工艺
9.3 大直径硅片的高效超精密磨削加工技术
9.3.1 旋转工作台式磨削
9.3.2 硅片自旋转磨削
9.3.3 微粉金刚石磨盘的研磨和磨抛工艺
9.4 硅片背面减薄加工技术
9.4.1 硅片背面减薄技术的分类
9.4.2 硅片背面磨削减薄技术
9.5 大尺寸硅片的超精密平坦化技术
9.5.1 保证硅片平坦化的方法——化学机械抛光
9.5.2 硅片平坦化技术的新进展
第10章 纳米加工技术
10.1 纳米加工技术概述
10.1.1 纳米加工技术的特点
10.1.2 纳米加工的方法及设备
10.1.3 发展纳米加工技术的途径
10.2 扫描隧道显微加工技术
10.2.1 扫描隧道显微技术的原理
10.2.2 STM在纳米加工中的应用
10.2.3 SPM在纳米加工中的应用
10.3 LIGA技术
10.3.1 LIGA技术
10.3.2 准LIGA技术进展
10.3.3 SLIGA技术
10.3.4 M2LIGA技术
10.3.5 抗蚀剂回流LIGA技术
10.4 纳米材料制造技术
10.4.1 纳米材料的分类与应用
10.4.2 纳米材料的制备方法及特点
10.5 纳米加工检测技术
10.5.1 纳米测量与定位控制技术
10.5.2 基于自然基准的纳米检测技术
10.5.3 纳米微粒粒径的检测方法
参考文献2100433B
本书分10章,收集了国内、外超精密加工的大量文献资料和最新研究成果,内容丰富新颖,实例教材翔实。并配有大量图例,具有普及性、实用性和新颖性,本书可选作机械工程类研究生和本科生的选修教材和辅助教材,也可供从事机械制造精密超精密加工的科技人员作为参考书使用。
本书分10章,第1章对超精密加工技术及其应用发展等进行了较为全面的阐述;第2章~第4章介绍超精密加工方法与设备,包括超精密切削、超精密磨削、超精密研磨与抛光、超精密特种加工技术;第5、6、7章论述超精密加工的检测、误差补偿技术,超精密加工材料和环境控制技术;第8、9章介绍超精密加工应用实例;第10章介绍纳米加工技术。本书收集了国内、外超精密加工的大量文献资料和最新研究成果,内容丰富新颖,实例材料翔实。全书配有大量图例,尽量避免出现繁复冗长的公式推导,偏重普及性、实用性和新颖性,在内容深度和语言叙述方面力求面向不同层次的读者。
本书可选作机械工程类研究生和本科生的选修教材和辅助教材,也可供从事机械制造精密超精密加工的科技人员作为参考书使用。
灰铸铁即可。超精密机床主要靠恒温、隔振等措施降低误差。
通常将加工精度在 0.1-1μ m, 加工表面粗糙度Ra在 0.02-0.1μ m 之间的加工方法称为精密加工。精密加工属于机械加工里的精加工,按被加工的工件处于的温度状态,分为冷加工和热加工。一般在...
可以一样可以不一样,有时投标文件会比招标文件多,但内容必须都是招标文件要求提供的内容。
超精密加工技术综述.
焦作大学机电系毕业论文 摘要 I . 【摘要】 超精密加工技术发展方向是:向高精度、高效率方向发展;向大型化、微型化 方向发展;向加工检测一体化方向发展;机床向多功能模块化方向发展。本世纪 的精密加工发展到超精密加工历程比较复杂且难度大,目前超精密加工日趋成熟, 已形成系列,它包括超精密切削、超精密磨削、超精密研磨、超精密特种加工等。 尽管超精密加工迄今尚无确切的定义,但是它仍然在向更高的层次发展。超精密 加工将向高精度、高效率、大型化、微型化、智能化、工艺整合化、在线加工检 测一体化、绿色化等方向发展。在不久的将来,精密加工也必将实现精密化、智 能化、自动化、高效信息化、柔性化、集成化。创新思想及先进制造模式的提出 也必将为精密与超精密技术发展提供策略。环保也是机械制造业发展的必然趋势。 【关键词】超精密加工 发展趋势 发展策略 后续研发 焦作大学机电工程学院毕业论文 Abstr
精密与特种加工论文_超精密加工技术在未来机械领域的发展前景1
超精密加工技术在未来机 械领域的发展前景 班级: 09020145X 姓名:张哲敏 学号: 09020145X40 1 【摘要】超精密加工技术发展方向是:向高精度、高效率方向发 展;向大型化、微型化方向发展;向加工检测一体化方向发展; 机床向多功能模块化方向发展。 本世纪的精密加工发展到超精密 加工历程比较复杂且难度大, 目前超精密加工日趋成熟, 已形成 系列,它包括超精密切削、超精密磨削、超精密研磨、超精密特 种加工等。尽管超精密加工迄今尚无确切的定义, 但是它仍然在 向更高的层次发展。超精密加工将向高精度、高效率、大型化、 微型化、智能化、工艺整合化、在线加工检测一体化、绿色化等 方向发展。在不久的将来, 精密加工也必将实现精密化、 智能化、 自动化、高效信息化、柔性化、集成化。创新思想及先进制造模 式的提出也必将为精密与超精密技术发展提供策略。 环保也是机 械制造业发展的必然趋
超精密加工的发展经历了如下三个阶段。
(1)20世纪50年代至80年代为技术开创期。20世纪50年代末,出于航天、国防等尖端技术发展的需要,美国率先发展了超精密加工技术,开发了金刚石刀具超精密切削--单点金刚石切削(Single point diamond tuming,SPDT)技术,又称为"微英寸技术",用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面、非球面大型零件等。从1966年起,美国的unionCarbide公司、荷兰Philips公司和美国LawrenceLivemoreLaboratories陆续推出
各自的超精密金刚石车床,但其应用限于少数大公司与研究单位的试验研究,并以国防用途或科学研究用途的产品加工为主。这一时期,金刚石车床主要用于铜、铝等软金属的加工,也可以加工形状较复杂的工件,但只限于轴对称形状的工件例如非球面镜等。
(2)20世纪80年代至90年代为民间工业应用初期。在20世纪80年代,美国政府推动数家民间公司Moore Special Tool和Pneumo Precision公司开始超精密加工设备的商品化,而日本数家公司如Toshiba和Hitachi与欧洲的Cmfield大学等也陆续推出产品,这些设备开始面向一般民间工业光学组件商品的制造。但此时的超精密加工设备依然高贵而稀少,主要以专用机的形式订作。在这一时期,除了加工软质金属的金刚石车床外,可加工硬质金属和硬脆性材料的超精密金刚石磨削也被开发出来。该技术特点是使用高刚性机构,以极小切深对脆性材料进行延性研磨,可使硬质金属和脆性材料获得纳米级表面粗糙度。当然,其加工效率和机构的复杂性无法和金刚石车床相比。20世纪80年代后期,美国通过能源部"激光核聚变项目"和陆、海、空三军"先进制造技术开发计划"对超精密金刚石切削机床的开发研究,投入了巨额资金和大量人力,实现了大型零件的微英寸超精密加工。美国LLNL国家实验室研制出的大型光学金刚石车床(Large optics diamond turning machine,LODTM)成为超精密加工史上的经典之作。这是一台最大加工直径为1.625m的立式车床,定位精度可达28nm,借助在线误差补偿能力,可实现长度超过1m、而直线度误差只有士25nm的加工。
(3)20世纪90年代至今为民间工业应用成熟期。从1990年起,由于汽车、能源、医疗器材、信息、光电和通信等产业的蓬勃发展,超精密加工机的需求急剧增加,在工业界的应用包括非球面光学镜片、Fresnel镜片、超精密模具、磁盘驱动器磁头、磁盘基板加工、半导体晶片切割等。在这一时期,超精密加工设备的相关技术,例如控制器、激光干涉仪、空气轴承精密主轴、空气轴承导轨、油压轴承导轨、摩擦驱动进给轴也逐渐成熟,超精密加工设备变为工业界常见的生产机器设备,许多公司,甚至是小公司也纷纷推出量产型设备。此外,设备精度也逐渐接近纳米级水平,加工行程变得更大,加工应用也逐渐增广,除了金刚石车床和超精密研磨外,超精密五轴铣削和飞切技术也被开发出来,并且可以加工非轴对称非球面的光学镜片。
世界上的超精密加工强国以欧美和日本为先,但两者的研究重点并不一样。欧美出于对能源或空间开发的重视,特别是美国,几十年来不断投入巨额经费,对大型紫外线、x射线探测望远镜的大口径反射镜的加工进行研究。如美国太空署(NASA)推动的太空开发计划,以制作1m以上反射镜为目标,目的是探测x射线等短波(O.1~30nm)。由于X射线能量密度高,必须使反射镜表面粗糙度达到埃级来提高反射率。此类反射镜的材料为质量轻且热传导性良好的碳化硅,但碳化硅硬度很高,须使用超精密研磨加工等方法。日本对超精密加工技术的研究相对美、英来说起步较晚,却是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家。日本超精密加工的应用对象大部分是民用产品,包括办公自动化设备、视像设备、精密测量仪器、医疗器械和人造器官等。日本在声、光、图像、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件的超精密加工技术方面,具有优势,甚至超过了美国。日本超精密加
工最初从铝、铜轮毂的金刚石切削开始,而后集中于计算机硬盘磁片的大批量生产,随后是用于激光打印机等设备的多面镜的快速金刚石切削,之后是非球面透镜等光学元件的超精密切削。l982年上市的EastnlanKodak数码相机使用的一枚非球面透镜引起了日本产业界的广泛关注,因为1枚非球面透镜至少可替代3枚球面透镜,光学成像系统因而小型化、轻质化,可广泛应用于照相机、录像机、工业电视、机器人视觉、CD、VCD、DvD、投影仪等光电产品。因而,非球面透镜的精密成形加工成为日本光学产业界的研究热点。
尽管随时代的变化,超精密加工技术不断更新,加工精度不断提高,各国之间的研究侧重点有所不同,但促进超精密加工发展的因素在本质上是相同的。这些因素可归结如下。
(1)对产品高质量的追求。为使磁片存储密度更高或镜片光学性能更好,就必须获得粗糙度更低的表面。为使电子元件的功能正常发挥,就要求加工后的表面不能残留加工变质层。按美国微电子技术协会(SIA)提出的技术要求,下一代计算机硬盘的磁头要求表面粗糙度Ra≤0.2nm,磁盘要求表面划痕深度h≤lnm,表面粗糙度Ra≤0.1nmp。1983年TANIGUCHI对各时期的加工精度进行了总结并对其发展趋势进行了预测,以此为基础,BYRNE描绘了20世纪40年代后加工精度的发展。
(2)对产品小型化的追求。伴随着加工精度提高的是工程零部件尺寸的减小。从1989~2001年,从6.2kg降低到1.8kg。电子电路高集成化要求降低硅晶片表面粗糙度、提高电路曝光用镜片的精度、半导体制造设备的运动精度。零部件的小型化意味着表面积与体积的比值不断增加,工件的表面质量及其完整性越来越重要。
(3)对产品高可靠性的追求。对轴承等一边承受载荷一边做相对运动的零件,降低表面粗糙度可改善零件的耐磨损性,提高其工作稳定性、延长使用寿命。高速高精密轴承中使用的Si3N4。陶瓷球的表面粗糙度要求达到数纳米。加工变质层的化学性质活泼,易受腐蚀,所以从提高零件耐腐蚀能力的角度出发,要求加工产生的变质层尽量小。
(4)对产品高性能的追求。机构运动精度的提高,有利于减缓力学性能的波动、降低振动和噪声。对内燃机等要求高密封性的机械,良好的表面粗糙度可减少泄露而降低损失。二战后,航空航天工业要求部分零件在高温环境下工作,因而采用钛合金、陶瓷等难加工材料,为超精密加工提出了新的课题。
传统的机械加工方法(普通加工)与精密和超精密加工方法一样。随着新技术、新工艺、新设备以及新的测试技术和仪器的采用,其加工精度都在不断地提高。
加工精度的不断提高,反映了加工工件时材料的分割水平不断由宏观进入微观世界的发展趋势。随着时间的进展,原来认为是难以达到的加工精度会变得相对容易。因此,普通加工、精密加工和超精密加工只是一个相对概念?其间的界限随着时间的推移不断变化。精密切削与超精密加工的典型代表是金刚石切削。
以金刚石切削为例。其刀刃口圆弧半径一直在向更小的方向发展。因为它的大小直接影响到被加工表面的粗糙度,与光学镜面的反射率直接有关,对仪器设备的反射率要求越来越高。如激光陀螺反射镜的反射率已提出要达到99.99%,这就必然要求金刚石刀具更加锋利。为了进行切极薄试验,目标是达到切屑厚度nm,其刀具刃口圆弧半径应趋近2.4nm。为了达到这个高度,促使金刚石研磨机改变了传统的结构。其中主轴轴承采用了空气轴承作为支承,研磨盘的端面跳动可在机床上自行修正,使其端面跳动控制在0.5μm以下。
刀具方面,采用金刚石砂轮,控制背吃刀量和进给量,在超精密磨床上,可以进行延性方式磨削,即纳米磨削。即使是玻璃的表面也可以获得光学镜面。2精密加工和超精密加工的发展趋势从长远发展的观点来看,制造技术是当前世界各国发展国民经济的主攻方向和战略决策,是一个国家经济发展的重要手段之一,同时又是一个国家独立自主、繁荣昌盛、经济上持续稳定发展、科技上保持领先的长远大计。科技的发展对精密加工和超精密加工技术也提出了更高的要求。从大到天体望远镜的透镜,小到大规模集成电路线宽μm要求的微细工程和微机械的微纳米尺寸零件,不论体积大小,其最高尺寸精度都趋近于纳米;零件形状也日益复杂化,各种非球面已是当前非常典型的几何形状。微机械技术为超精密制造技术引来一种崭新的态势?它的微细程度使传统的制造技术面临一种新的挑战,促进了各种产品技术性能的提高,发展过程呈现出螺旋式循环发展,直接对科学技术的进步和人类文明作出贡献。对产品高质量、小型化、高可靠性和高性能的追求,使超精密加工技术得以迅速发展,现已成为现代制造工业的重要组成部分。
20世纪60年代为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的需要而发展起来的精度极高的加工技术。超精密加工的精度比传统的精密加工提高了一个以上的数量级。到20世纪80年代,加工尺寸精度可达10纳米(1×10-8米),表面粗糙度达1纳米。超精密加工对工件材质、加工设备、工具、测量和环境等条件都有特殊的要求,需要综合应用精密机械、精密测量、精密伺服系统、计算机控制以及其他先进技术。工件材质必须极为细致均匀,并经适当处理以消除内部残余应力,保证高度的尺寸稳定性,防止加工后发生变形。加工设备要有极高的运动精度,导轨直线性和主轴回转精度要达到0.1微米级,微量进给和定位精度要达到0.01微米级。对环境条件要求严格,须保持恒温、恒湿和空气洁净,并采取有效的防振措施。加工系统的系统误差和随机误差都应控制在 0.1微米级或更小。这些条件是靠综合应用精密机械、精密测量、精密伺服系统和计算机控制等各种先进技术获得的。