一、超精密加工技術(shù)簡介
目前,，超精密加工是 指精度在0.1~0.01μm,，表面粗糙度Ra值在0.03~0.05μm的加工技術(shù)，如金剛石刀具超精密切削,、超精密磨料加工,、超精密特種加工和復(fù)合加工等。它適用于精密元件,、計量標(biāo)準(zhǔn)元件,、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的制造。而且,，超精密加工的精度正處在亞納米級工藝,，日趨向納米級工藝發(fā)展。
二、超精密加工方法根據(jù)加工方法的機(jī)理和特點(diǎn),，超精密加工方法可以分為去除加工,、結(jié)合加工和變形加工三大類。
(一)去除加工
去除加工又稱為分離加工,，是 從工件上去除一部分材料,，傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法，如在鑄鐵平臺上完成的車削,、銑削,、磨削、研磨和拋光,，以及特種加工中的電火花加工,、電解加工等，均屬這種加工方法,。
(二)結(jié)合加工
結(jié)合加工利用物化方法,，將不同材料結(jié)合在一起。按結(jié)合的機(jī)理不同,，它又分為附著,、注入和連接加工三種。
1.附著加工又稱為沉積加工,，是 在工件表面上覆蓋一層物質(zhì),，是 一種弱結(jié)合，其中典型的加工方法是 鍍,；2.注入加工又稱為滲入加工,，是 在工件表面上注入某些元素，使之與基體材料產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng),，是 具有共價鍵,、離子鍵、金屬鍵的強(qiáng)結(jié)合,，用以改變工件表層材料的力學(xué)機(jī)械性質(zhì),，如滲碳、滲氮等,；3.連接加工將兩種相同或不同材料通過物化方法連接在一起,，如焊接、粘接等,。
(三)變形加工
變形加工又稱為流動加工,，利用力、熱,、分子運(yùn)動等手段,，使工件產(chǎn)生變形,，從而改變其尺寸、形狀和性能,。
三,、超精密加工技術(shù)的影響因素
影響超精密加工技術(shù)的因素很多，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：
(一)加工機(jī)理
近年來,，在傳統(tǒng)加工方法中,，金剛石刀具超精密切削、金剛石微粉砂輪超精密磨削,、精密高速切削,、精密砂帶磨削等已占有重要地位；在非 傳統(tǒng)加工中,，出現(xiàn)了電子束,、離子束、激光束等高能加工,、微波加工,、超聲加工、蝕刻,、電火花和電化學(xué)加工等多種方法,，特別是 復(fù)合加工，如磁性研磨,、磁流體拋光,、電解研磨、超聲研磨等,，在加工機(jī)理上均有所創(chuàng)新,，尤其以快速成型為代表的“堆積”加工，在加工技術(shù)領(lǐng)域具有里程碑意義,。
(二)被加工材料
超精密加工的零件,，其材料的化學(xué)成分、物理力學(xué)性能,、加工工藝性能均有嚴(yán)格要求,。例如,，要求被加工材料質(zhì)地均勻,、性能穩(wěn)定、無外部及內(nèi)部微觀缺陷,，不能含有雜質(zhì),；其物理力學(xué)性能，如拉伸強(qiáng)度,、硬度,、延伸率,、彈性模量、熱導(dǎo)率和膨脹系數(shù)等應(yīng)達(dá)到一定數(shù)量級,；材料在冶煉,、鑄造、輾軋,、熱處理等工藝過程中,，應(yīng)嚴(yán)格控制熔渣過濾、輾軋方向,、溫度等,，使材質(zhì)純凈、晶粒大小勻稱,、無方向性,，能滿足物理、化學(xué),、力學(xué)等性能要求,。
(三)加工設(shè)備及其基礎(chǔ)元部件
對超精密加工所用的加工設(shè)備有下列要求：1.高精度。包括高靜精度和高動精度,，主要的性能指標(biāo)有幾何精度,、定位精度和重復(fù)定位精度、分辨率等,，如主軸回轉(zhuǎn)精度,、導(dǎo)軌運(yùn)動精度、檢驗平臺精度,、分度精度等,；2.高剛度。包括高靜剛度和高動剛度,，除本身剛度外,，還應(yīng)注意接觸剛度，以及由工件,、機(jī)床,、刀具、夾具所組成的工藝系統(tǒng)剛度,；3.高穩(wěn)定性,。設(shè)備在經(jīng)運(yùn)輸、存儲以后,，在規(guī)定的工作環(huán)境下使用,，應(yīng)能長時間保持高精度、抗干擾及穩(wěn)定性,。設(shè)備應(yīng)具有良好的耐磨性,、抗振性等,；4.高自動化。為了保證加工質(zhì)量,，減少人為因素影響,，加工設(shè)備多采用數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動化。
(四)加工工具
加工工具主要是 指刀具和磨具,。用金剛石刀具超精密切削,，值得研究的問題有：金剛石刀具的超精密刃磨，其刃口鈍圓半徑應(yīng)達(dá)到2~4nm,，同時應(yīng)解決其檢測方法,，刃口鈍圓半徑與切削厚度關(guān)系密切，若切削的厚度欲達(dá)到10nm,，則刃口鈍圓半徑應(yīng)為2nm,。磨具當(dāng)前主要采用金剛石微粉砂輪超精密磨削，這種砂輪有磨料粒度,、粘接劑,、修整等問題，通常采用粒度為W20~W0.5的微粉金剛石,，粘接劑采用樹脂,、銅、纖維鑄鐵等,。
(五)檢測與誤差補(bǔ)償
超精密加工必須具備相應(yīng)的檢測方法,，不僅要對工件表面質(zhì)量進(jìn)行檢驗，而且要檢驗加工設(shè)備和基礎(chǔ)元部件的精度,。其尺寸和形位精度可用電子測微儀,、電感測微儀、電容測微儀,、自準(zhǔn)直儀等來測量,；表面粗糙度可用電感式、壓電晶體式表面形貌儀等進(jìn)行接觸測量,，或用光纖法,、電容法、超聲微波法和隧道顯微鏡法進(jìn)行非 接觸測量,；表面應(yīng)力,、表面變質(zhì)層深度、表面微裂紋等缺陷,，可用X光衍射法,、激光干涉法等來測量。檢測可采取離線的,、在位的和在線的三種方式,。
誤差預(yù)防是 通過提高機(jī)床制造精度、保證加工環(huán)境等來減少誤差源對其影響,；誤差補(bǔ)償是 在誤差分離的基礎(chǔ)上,，利用誤差補(bǔ)償裝置對誤差值進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)補(bǔ)償，以消除誤差本身的影響,，其中靜態(tài)誤差補(bǔ)償是 根據(jù)事先測出的誤差值,，在加工時通過硬件或軟件進(jìn)行補(bǔ)償；動態(tài)誤差補(bǔ)償是 在在線檢測基礎(chǔ)上,，在加工時進(jìn)行實時補(bǔ)償,。
(六)工作環(huán)境
超精密加工的工作環(huán)境是 保證加工質(zhì)量的必要條件，環(huán)境因素主要指溫度,。環(huán)境溫度可根據(jù)加工要求控制在±1℃~±0.02℃,，甚至達(dá)到±0.0005℃。達(dá)到恒溫的辦法是 采用多層套間,，可逐步得到大恒溫間,、小恒溫間，溫度控制的精度愈來愈高,，再采用局部恒溫的方法,，如恒溫罩，罩內(nèi)還可用恒溫液噴淋,，達(dá)到更精確的控制溫度,。
基于超精密加工技術(shù)的重要性，國內(nèi)外對該技術(shù)的研究和開發(fā)都投入了大量的人力和財力,，很多學(xué)者也在這方面做著大量的研究和實驗,，相信在不久的將來超精密加工技術(shù)一定會取得更大的進(jìn)展。
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