第7章 超精密加工的环境控制第10章 纳米加工技术
超精密加工技术论文
论述精密与超精密加工的工作环境前言超精密加工技术综合应用了机械技术发展的新成果及现代电子技术、测量技术和计算机技术等，是尖端技术产品发展中不可缺少的关键环节…。
同时，超精密加工技术的发展也促进了机械、液压、电子、半导体、光学、传感器和测量技术以及材料科学的发展。
从某种意义上说，超精密加工对先进制造技术特别是纳米技术对整个社会生产力水平的提高起到举足轻重的地位，也成为衡量一个国家科技发展的标准之一。
目前超精密加工还没有确切的定义，一般是指达到绝对加工精度为0.1µm或表面粗糙度为Ra 0.0lµm以及达到加工允差和加工尺寸之比为106的加工技术。
超精密加工对环境的要求十分严格，纳米加工对环境的要求就更加苛刻。
只有对它的支撑环境加以严格控制，才能保证加工精度。
加工所需的支撑环境主要包括空气环境、热环境、振动环境、声环境和磁环境等几个方面。
本文着重介绍温度环境以及振动环境两个方面的环境因素以及一般的解决措施。
一、温度控制随着科学技术的飞速发展和国际竞争的加剧，超精密加工技术越来越成为工业化国家长远发展的根本支撑。
保证良好的稳定加工条件是实现超精密加工的关键之一。
据文献统计，在精密加工、超精密加工中机床热变形引起的加工误差占总误差的40%~70%。
超精密加工60mm长的铝合金工件，温度变化1℃将产生1.35μm的误差。
若确保0.1μm级加工精度，环境温度变化至少应控制在0.1℃范围内。
国外比较成功的经验是将机床加工部位或其特征部位实现局部恒温化，进行积极的温度控制，例如美国LLNL实验室把超精密机床放置在铝制框架和耐热塑料制成的掩蔽间中,从天棚顶向下吹入流量为20m3/min的恒温空气，采用冷却水-空气热交换方式的温控系统，达到±0.04℃的温控精度。
温度控制主要的2种传热介质是油和空气，油的热容比较高且不可压缩，所以油喷淋温度可以比气喷淋达到更高的控制精度，美国LLNL实验室使用恒温油对放在局部恒温玻璃罩内的一台双轴超精密金刚石车床进行喷射，可以使加工区域内的温度保持在20℃±0.06℃。
超精密加工技术结课作业
超精密加工技术结课作业摘要超精密加工技术是现代机械制造业中先进制造技术最主要的发展方向，已经成为在全球市场竞争中取胜的关键技术，体现了一个国家的综合国力。
超精密加工技术已直接影响到一个国家尖端科技和国防工业的发展，发展国防航空工业，研发高端精密仪器设备等都需要具有超精密加工技术的制造设备。
同时超精密加工技术也代表了现代制造技术的前沿，是发展未来先进制造技术的基础，因此，发展超精密加工技术受到了世界各国的高度重视。
目前，超精密加工技术的发展趋势是：高精度、高效率、高稳定性、高自动化。
随着时代的发展，现在超精密加工技术日趋成熟，主要分为超精密切削、超精密磨削、超精密特种加工等。
虽然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。
我相信在人类的创新思维以及先进制造模式的促进下，超精密技术必定会得到不断的完善。
关键词：先进制造技术超精密加工加工精度加工类型发展趋势1概述通常，按加工精度划分，机械加工技术可分为一般加工、精密加工、超精密加工三种，随着时代的发展和社会的进步，先进制造技术不断革新，超精密加工技术的发展已是社会所趋。
超精密加工技术，在现代机械制造业中占据着重要地位，在提高机械产品的性能、质量，提高其稳定性和可靠性，提高生产效率等方面发挥着至关重要的作用。
超精密加工是一个十分广泛的加工领域，它包括了所有能使零件的形状、位置和尺寸精度达到微米和亚微米范围的机械加工方法，一般主要指加工精度为0.1µm，表面粗糙度小于Ra0.01µm的加工方法，同时目前超精密加工也正在向纳米级加工技术发展。
目前，超精密加工的核心技术主要掌握在西方发达国家手中，在超精密加工技术领域处于领先地位的国家主要是美国、英国和日本。
美国是开始超精密加工技术研究最早的国家，也是迄今在超精密加工仍处于领先地位的国家。
英国的克兰菲尔德精密工程研究所在超精密加工方面的研究成果也是享誉全球，是当今世界上超精密工程的研究中心之一。
纳米加工技术
纳米加工技术及其应用江苏科技大学机械学院学号：1姓名：原旭全纳米尺度的研究作为一门技术,是80年代刚刚兴起的.它所研究的对象是一般研究机构很难涉猎的即非宏观又非微观的中间领域,有人称之为介观领域.所谓纳米技术通常指纳米级~l00nm)的材料、设计、制造、测量、控制和产品的技术.纳米技术主要包括纳米级精度和表面形貌的测量;纳米级表层物理、化学、机械性能的检测;纳米级精度的加工和纳米级表层的加工一一原子和分子的去除、搬迁和重组;纳米材料;纳米级微传感器和控制技术;微型和超微型机械;微型和超微型机电系统;纳米生物学等;纳米加工技术是纳米技术的一个组成部分.纳米加工的含义是达到纳米级精度(包括纳米级尺寸精度,纳米级形位精度和纳米级表面质量)的加工技术.其原理使用极尖的探针对被测表面扫描(探针和被侧表面不接触),借助纳米级的三维位移控制系统测量该表面的三维微观立体形貌.材料制造技术.著名的诺贝尔奖获得者Feyneman在20世纪60年代曾预言:如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性,就会看到材料的性能产生丰富的变化.他说的材料即现在的纳米材料.纳米材料是由纳米级的超微粒子经压实和烧结而成的.它的微粒尺寸大于原子簇,小于通常的微粒,一般为l一100nm.它包括体积份数近似相等的两部分:一是直径为几个或几十个纳米的粒子;二是粒子间的界面.纳米材料的两个重要特征是纳米晶粒和由此产生的高浓度晶界.这导致材料的力学性能、磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能的改变.如:纳米陶瓷由脆性变为100%的延展性,甚至出现超塑性.纳米金属居然有导体变成绝缘体.金属纳米粒子掺杂到化纤制品或纸张中,可大大降低静电作用.纳米Tiq按一定比例加入到化妆品中,可有效遮蔽紫外线.当前纳米材料制造方法主要有:气相法、液相法、放电爆炸法、机械法等.l)气相法:¹热分解法:金属拨基化合物在惰性介质(N2或洁净油)中热分解,或在H冲激光分解.此方法粒度易控制,适于大规模生产.现在用于Ni、Fe、W、M。
超精密加工技术在航天器制造中的应用
超精密加工技术在航天器制造中的应用引言随着航天事业的不断发展，航天器的制造技术也在不断地提高和改进，其中超精密加工技术是一种非常重要的技术之一。
超精密加工技术是指在非常高精度和高效率的情况下，对工件进行精密加工的一种加工技术，具有高质量、高精度、高效率、高耐磨性等优点。
在航天器制造中，超精密加工技术可以被广泛地应用，可以大大提高航天器的制造精度和质量，从而提高整个航天工程的成功率和效益。
第一章超精密加工技术的基本概念超精密加工技术是一种高度精密和高效率的加工技术，它可以在非常高的精度和效率下对工件进行加工，从而保证加工后的工件具有高质量、高精度、高效率以及高耐磨性等优良性质。
超精密加工技术可以分为机械加工、电子加工、化学加工等多种加工方式，其中机械加工是最为常见的一种。
机械加工的超精密加工技术主要包括铣削、车削、磨削等方式，其加工精度可以达到微米乃至纳米级别。
这种加工方式不仅可以对各种材料进行加工，而且加工过程中对环境污染也非常小，因此被广泛地应用于各种高精度的加工领域中。
第二章超精密加工技术在航天器制造中的应用在航天器制造中，超精密加工技术得到了广泛的应用，可以大大提高航天器的制造精度和质量，从而保证整个航天工程的成功率和效益。
具体应用如下：2.1 航天器壳体制造航天器的壳体是一个非常关键的零部件，它要求具有高精度、高强度、耐热、防辐射等特点。
超精密加工技术可以在满足这些要求的基础上，对航天器的壳体进行加工，从而保证壳体的精度和质量，从而提高航天器的安全性和稳定性。
2.2 航天器零部件制造除壳体外，航天器的其他零部件也需要采用超精密加工技术进行制造，例如导弹喷雾板、电机减速装置等。
这些零部件要求具有精度高、耐热、耐磨等特点，超精密加工技术可以满足这些要求，从而提高航天器的质量和效率。
2.3 航天器加工技术研究超精密加工技术的应用还可以促进航天器制造技术的发展和研究。
例如，通过对航天器加工技术的研究和改进，可以提高航天器的制造精度和质量，从而保证整个航天工程的成功率和效益。
第七讲精密加工和超精密加工
工艺过程的优化
五、游离磨料的高效加工
（一）超声研磨工艺
• 超声研磨是一种采用游离磨料（研磨膏或研磨液）进 行切削的加工方法。磨料通过研磨工具的振动产生切 削功能，从而把研磨头（工具）的形状传递到工件 上。 • 超声研磨正是利用脆性材料的这一特点。有目的有控 制地促进材料表层的断裂和切屑的形成。
二、金刚石车削技术及其应用
1. 金刚石车床的技术关键
• 除了必须满足很高的运动平稳性外，还必须具有很高 的定位精度和重复精度。镜面铣削平面时，对主轴只 需很高的轴向运动精度，而对径向运动精度要求较 低。金刚石车床则须兼备很高的轴向和径向运动精 度，才能减少对工件的形状精度和表面粗糙度的影 响。 • 目前市场上提供的金刚石车床的主轴大多采用气体静 压轴承，轴向和径向的运动误差在50nm以下，个别主 轴的运动误差已低于25nm。金刚石车床的滑台在90年 代以前绝大部分采用气体静压支承，荷兰的Hembrug 公司则采用液体静压支承。进入90年代以来，美国的 Pneumo公司（现已与Precitech公司合并）的主要产品 Nanoform600和250也采用了具有高刚性、高阻尼和高
（二）超声研磨加工玻璃
• 在玻璃上钻孔时，超声加工已经可以与金刚石钻削竞 争，优化后的超声钻孔已经达到金刚石钻削时的材料 切除速度。根据孔径和孔深的不同，超声钻孔时的进 钻速度可也达到20～40mm/min。 • 用金刚石钻削玻璃上的孔时，需要从两面进刀，以免 钻透时出现玻璃崩裂，采用超声钻孔时，则可从一侧 直接钻通，工具出口时不会出现玻璃的崩裂。从而可 以省去金刚石钻孔时的校正和倒角等加工工序。 • 在玻璃上钻小孔时，超声研磨的作用变得更为重要。 普通的金刚石钻孔，最小孔径大约在2mm左右。超声 钻孔时的最小孔径几乎没有任何限制，目前在实验室 中进行的实验表明，用超声研磨可在3mm厚的玻璃上 钻出直径为0.5～1.0mm的小孔
第七章 微米、纳米技术
第七章 微米、纳米技术
1)纳米是一种几何尺寸的度量单位，1纳米=百万分 之一毫米。 2)纳米技术带动了技术革命。
3)利用纳米技术制作的药物可以阻断毛细血管，
“饿死”癌细胞。 4)如果在卫星上用纳米集成器件，卫星将更小，更 容易发射。
第七章 微米、纳米技术
5)纳米技术是多科学综合，有些目标需要长时间的 努力才会实现。 6)纳米技术和信息科学技术、生命科学技术是当前
与表面形貌测量技术。目前精密测试技术的一个重要研究对
象是微结构的力学性能，如谐振频率、弹性模量、残余应力 的测试和微结构的表面形貌及内部结构，如微体缺陷、微裂 缝、微沉积微的测试等。
第七章 微米、纳米技术
第二节 纳米技术
一、概念 1.纳米 纳米（符号为 nm ）是长度单位，原称毫微米，就是
10^-9米（10亿分之一米），即10道，为什么我们不可以从另
外一个角度出发，从单个的分子甚至原子开始进行组装，以 达到我们的要求？他说：“至少依我看来，物理学的规律不 排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”
第七章 微米、纳米技术
3.纳米技术
纳米技术 (nanotechnology ），也称毫微技术，是研究
1.什么是先进制造技术？其特点有哪些？ 2.RP是什么？其特点有哪些？ 3.VM的概念是什么？其特点有哪些？
4.FMS的特点是什么？它的效益主要体现在哪几个方面？
5.试说明FMS的组成？ 6.什么是并行工程？ 7.智能制造的三项关键技术是什么？ 8.绿色制造的目的是什么？与绿色产品有什么关系？
9.简述电子束、离子束加工的原理、特点和应用？
米）。如同厘米、分米和米一样，是长度的度量单位。相 当于4倍原子大小，比单个细菌的长度还要小。
纳米加工技术
2.可以观察单个原子层的局部表面结构
3.可以实时、实空间地观察表面的三维图像 4.能在不同条件下工作，探测过程对工件无损伤。 5.不仅可用于成像，还可以对表面的原子进行操纵， 从而进行纳米级加工。
扫描隧道显微镜工作原理示意图
发展纳米加工技术的途径
发展前景的展望
航空航天
纳 米 卫 星
1.增加有效载荷，成指数倍地降低耗能。 2.低能耗、抗辐照的高性能计算机及其它 测控电子设备 3.抗热障、耐磨损的纳米涂层材料 4.微型航天器、“纳米卫星”等
基于扫描显微原理的纳米加工
扫 描 隧 道 显 微 镜
扫描隧道显微镜（STM）工作原理： 把极小的针尖和被研究的物质表面作为两个电 极，当样品表面与针尖的距离非常小(<1nm)时，在 外电场作用下电子即会穿过两极间的绝缘层流向另 一极，产生隧道电流，并通过反馈电路传递到计算 机上表现出来。
扫描显微技术的特点： 1.具有原子级的高分辨率
• • •
R.Feynman
• •
纳米技术的意义
纳米技术将引发一场新的工 业革命
•
2010年现在的微电子器件芯
片的线宽将达到0.1～0.07nm， 小于此尺寸，器件应按新原
理设计。其性能将大大提高，
这将是对信息产业和其它相 关产业的一场深刻的革命。
纳米技术是21世纪经济增长的一个主要的发动机，它将使 微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌。
纳米加工技术概述
• 概念的提出与发展 1959.12.29 诺贝尔物理奖得主 R.Feynman在其 演讲“There’s plenty of room at the bottom ” 中提出人类如能在原子/分子的尺度上加工材料， 将有新的发现。那时，化学I最早使用nanotechnology一词 描述精细机械加工。 70年代后期 MIT 的德雷克斯勒教授提倡纳米技 术研究但多数主流科学家持怀疑态度。 80年代初 STM 和AFM等微观表征和操纵技术的发 明和使用推动了纳米技术的快速发展。 1990.7 第一届国际纳米科学技术会议与第五届国 际STM显微学会议同时在美国Baltimore举行。 Nanotechnology和Nanobiology 国际专业刊物相继 问世。
超精密加工技术论文【精选文档】
超精密加工技术简介论文学校：XXXXX学院:XXXX班级：XXXXX专业:XXXXX姓名:XXXX学号：XXXX指导教师：XXX目录目录 .......................................................................................................................................... - 1 -一、概述................................................................................................................... - 0 -1、超精密加工的内涵...................................................................................... - 0 -2。
、发展超精密加工技术的重要性................................................................ - 0 -二、超精密加工所涉及的技术范围....................................................................... - 1 -三、超精密切削加工............................................................................................... - 2 -1、超精密切削对刀具的要求.......................................................................... - 2 -2、金刚石刀具的性能特征.............................................................................. - 2 -3、超精密切削时的最小切削厚度.................................................................. - 2 -四、超精密磨削加工............................................................................................... - 3 -1、超精密磨削砂轮.......................................................................................... - 3 -2、超精密磨削砂轮的修整.............................................................................. - 3 -3、磨削速度和磨削液...................................................................................... - 4 -五、超精密加工的设备........................................................................................... - 4 -六、超精密加工的支撑环境................................................................................... - 5 -1、净化的空气环境.......................................................................................... - 5 -2、恒定的温度环境.......................................................................................... - 5 -3、较好的抗振动干扰环境.............................................................................. - 6 -七、超精密加工的运用领域................................................................................... - 6 -八、超精密加工的现状及未来发展....................................................................... - 6 -1、超精密加工的现状...................................................................................... - 6 -2、超精密加工的发展前景.............................................................................. - 7 - 总结：....................................................................................................................... - 8 - 参考文献: ................................................................................................................. - 8 -超精密加工技术一、概述超精密机械加工技术是现代机械制造业最主要的发展方向之一，已成为在国际竞争中取得成功的关键技术。
纳米加工技术
发展纳米加工技术的途径
发展前景的展望
航空航天
纳
米 卫 星
1.增加有效载荷，成指数倍地降低耗能。 2.低能耗、抗辐照的高性能计算机及其它
测控电子设备
3.抗热障、耐磨损的纳米涂层材料
4.微型航天器、“纳米卫星”等
高效助燃剂：
纳米粉末具有极强的储能特性，将其作为添加
航 剂加入燃料中可大大提高燃烧率。将一些纳米粉末
纳米加工技术
纳米技术定义
目前人类研究的物质世界的 最大尺度：1025 米（～10亿光年） 最小尺度：10－19 米
纳米(nm)：10－9 米 纳米技术：研究结构尺寸在0.1～100 nm
范围的物质的特性和相互作用，以及利 用这些特性的多学科交叉的科学与技术。 当物质小到10－9～10－7 米时，由于量子 效应和巨大的表面和界面效应，性能发 生质变，呈现出许多既不同于宏观物体、 也不同于单个孤立原子的新颖的物理、 化学和生物学等特性。
利用LIGA技术制作的铜电极阵列和加工出的70µm厚WC-Co齿轮
纳米加工的方法及设备
基于扫描显微原理的纳米加工
扫 扫描隧道显微镜（STM）工作原理：
描 隧
把极小的针尖和被研究的物质表面作为两个电极，
道 当样品表面与针尖的距离非常小(<1nm)时，在外电
显 场作用下电子即会穿过两极间的绝缘层流向另一极，
纳米技术的意义
纳米技术将引发一场新的工业 革命
• 2010年现在的微电子器件芯 片的线宽将达到0.1～ 0.07nm，小于此尺寸，器件 应按新原理设计。其性能将大 大提高，这将是对信息产业和 其它相关产业的一场深刻的革 命。
纳米技术是21世纪经济增长的一个主要的发动机，它将使 微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌。
超精密加工技术在未来机械领域的发展前景概述
超精密加工技术在未来机械领域的发展前景概述超精密加工技术在未来机械领域的发展前景[前言]近二十年以来机械制造业正以迅猛的发展步伐向精密加工、超精密加工发展，在未来的发展过程中精密加工、超精密加工将成为在国际竞争、市场竞争中取胜的关键技术。
现代制造业之所发要致力于提高加工精度，其主要原因在于提高产品的性能和质量，提高其质量的稳定性和性能的可靠性，促进产品的小型化、功能性强，零件互换性好，产品的装配、调试生产率高，并促进制造装配自动化。
随着制造业的发展，现在的精密机械加工正在从微米、亚微米级工艺发展，在今后的加工中，普通机械加工、精密加工与超精密加工精度可分别达到1μm、0.01μm、0.001μm（即1nm），而且超精密加工正在向原子级加工精度逼进（0.1nm）。
随着极限加工精度的不断提高，为科学技术的发展和进步创造了条件，也为机械冷加工提供了良好的物质手段。
关键词超精密加工发展趋势发展策略后续研发一、引言我们一提到超精密这个词语，就觉得它比较神秘，但跟任何其他复杂的高新技术一样，经过一段时间的熟悉、适应，都会被大众所了解，也就不再是所谓的高科技了，超精密加工也是如此。
实际上，如果拥有超精密的加工设备，并且在其它相关技术和工艺上能匹配，经过一段时间的实践之后，就能很好地掌握它，但这需要一个过程。
超精密加工领域集成了很多IT、机械以及电气控制方面的技术，设备方面的操作和使用也非常复杂，所以，只有在对它有很深的理解之后才能把它用好。
二、正文超精密加工当前是指被加工零件的尺寸和形状精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm，以及机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01μm的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，目前正在向纳米级加工技术发展。
超精密加工技术在国际上处于领先地位的国家是美国、英国和日本。
美国是开展超精密加工技术研究最早的国家，也是迄今处于领先地位的国家。
英国的克兰菲尔德精密工程研究所（简称CUPE）享有较高声誉，是当今世界上精密工程的研究中心之一。
超精密加工技术
超精密加工技术----发展及对策超精密加工技术，是现代机械制造业最主要的发展方向之一。
在提高机电产品的性能、质量和发展高新技术中起着至关重要的作用，并且已成为在国际竞争中取得成功的关键技术。
超精密加工是指亚微米级(尺寸误差为0.3～0.03μm，表面粗糙度为Ra0.03～0.005μm)和纳米级(精度误差为0.03μm，表面粗糙度小于Ra0.005μm)精度的加工。
实现这些加工所采取的工艺方法和技术措施，则称为超精加工技术。
加之测量技术、环境保障和材料等问题，人们把这种技术总称为超精工程。
超精密加工主要包括三个领域：1、超精密切削加工如金刚石刀具的超精密切削，可加工各种镜面。
它已成功地解决了用于激光核聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜的加工。
2、超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盘的涂层表面加工和大规模集成电路基片的加工。
3、超精密特种加工如大规模集成电路芯片上的图形是用电子束、离子束刻蚀的方法加工，线宽可达0.1μm。
如用扫描隧道电子显微镜(STM)加工，线宽可达2～5nm。
国外概况美国是最早研制开发超精密加工技术的国家。
早在1962年，美国就开发出以单点金刚石车刀镜面切削铝合金和无氧铜的超精密半球车床，其主轴回转精度为0.125μm，加工直径为φ100mm的半球，尺寸精度为±0.6μm，粗糙度为Ra0.025μm。
1984年又研制成功大型光学金刚石车床，可加工重1350kg，φ1625mm的大型零件，工件的圆度和平面度达0.025μm，表面粗糙度为Ra0.042μm。
在该机床上采用多项新技术，如多光路激光测量反馈控制，用静电电容测微仪测量工件变形，32位机的CNC系统，用摩擦式驱动进给和热交换器控制温度等。
美国利用自己已有的成熟单元技术，只用两周的时间便组装成了一台小型的超精密加工车床(BODTM型)，用刀尖半径为5～10nm的单晶金刚石刀具，实现切削厚度为1nm (纳米)的加工。
尽管如此，最近美国政府还是继续把微米级和纳米级的加工技术作为国家的关键技术之一，这足以说明美国对这一技术的重视。
江苏自考02213 精密加工与特种加工
2213 精密加工与特种加工第一章概论 P1领会: 精密与特种加工技术基本概念，对材料可加工性和结构工艺性等的影响1.精密与特种加工技术基本概念精密加工含：微细加工、光整加工、精整加工特种加工（NTM）：利用机、光、电、声、热、化学、磁、原子能的能源进行加工的非传统加工方法。
2.精密与特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响1）提高了材料的可加工性2）改变了零件的典型工艺路线3）大大缩短新产品试制周期4）对零件结构的设计产生很大的影响5）对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生重要影响掌握: 精密与特种加工技术分类、应用特点1.按加工成形原理特点分类：1）去除加工（从工件上去除多余材料），分散流；2）结合加工（利用理化方法将不同材料结合在一起，分为附着<电镀、气相沉积>、注入<表面渗碳、离子注入>、连接 <焊接、粘接>），汇合流；3）变形加工——流动加工（利用力、热、分子运动等手段使工件产生变形改变其尺寸、形状、性能<锻造、锻造，液晶定向>），直通流。
2.按加工方法机理分类：传统加工（使用刀具进行切削加工）、非传统加工（利用机、电、声、热、化学、磁、原子能等能源进行加工）、复合加工（采用多种加工方法）3．技术特点：1）不主要依靠机械能，而主要依靠其他能量去除工件材料2）工具的硬度可低于被加工工件材料的硬度，有些不需要工具；3）加工过程中，工具与工件之间没有显著的机械切削力，适合精密加工低刚度零件；4.特种加工技术的应用：1）难切削材料的加工；2）特殊复杂型面的加工；3）各种超精密、光整零件的加工；4）特殊要求零件的加工。
可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属、非金属、复合材料，适合于加工复杂、微细表面、低刚度的零件，有些还进行超精密加工、镜面加工、光整加工及纳米级加工。
第二章金刚石刀具精密切削加工 P11领会：精密切削加工方法、种类及其实现条件，超精密机床组成及其关键部件1.超精密加工方法1）按加工方式分为：切削加工、磨料加工<固结磨料、游离磨料>、特种加工、复合加工；2）按机理分类：去除加工、结合加工、变形加工，还可分为传统加工（指利用刀具切削加工、固结磨料和游离磨料加工）、非传统加工（指利用电、磁、声、光、化学、核等能量对材料进行加工处理）、复合加工（多种加工方法结合），目前以切削、磨削、研磨的传统方法占主导。
纳米加工技术
纳米加工技术1 前言人类每一次加工和制造技术的发展，都带来工业和社会文明的进步，将加工精度从微米级提高到纳米级，使人类对自然的认识和改造深入到了一个更新的层次。
全球范围内正在为建立适应纳米尺度的新的加工技术展开竞争，这些技术的突破将对相关产业带来一场深刻的革命，由此获得的经济价值将是难以估量的。
纳米是长度的计量单位，为1米的百万分之一。
纳米技术是一门在0.1纳米-100纳米空间尺度内操纵原子和分子，对材料进行加工，制造出具有特定功能的产品，或对某物质进行研究，掌握其原子和分子的运动规律和特性的崭新高技术学科。
纳米技术还是一门多学科交叉的横断学科，它是在现代物理学、化学和先进工程技术相结合的基础上诞生的，是一门与高技术紧密结合的新型科学技术。
纳米技术是当今世界研究和开发的热点，其中包括纳米级加工和纳米级测量技术—原子和分子的去除、搬迁和重组，微型、超精密机械和机电系统等等。
2 纳米加工的几种具体应用2.1 纳米级器件STM探针针尖的原子对准并接近试件表面的某原子时，会产生隧道电流，电子将通过这相对的两原子成为导通状态；通过电场又可使这隧道电流截止，这就是一个原子级的电子开关。
原子级的开关可以实现单个电子通过隧道的控制。
1993年日本日立公司的Y. Wada提出制作原子继电器的设想，即在一维原子链中嵌人开关原子，可用于和它垂直的原子链作栅，通过电场使开关原子进人或退出原子链，使控制的原子链呈导通或截止状态。
这种原子继电器实际上具备了某种晶体管的功能。
电子被限制在点状结构，称为量子点。
日本富士通公司已在实验室中用有机聚合物制造量子线和量子点，利用聚合物分子内传导原子的固定位置来精确组装量子器件。
2.2 微型机械和微型机电系统自从微电子技术问世以来，人们不断追求缩小并完善各种机械、仪器、控制系统，对它们的微型化不断提出更新更高的要求。
纳米加工技术的出现使微型机械和微型机电系统进入了一个广阔的崭新领域。
集成的微型机电系统日本仍称为微型机械(Micromachine)，美国则称为微型机电系统(MicroElectro Mechanical Systems—MEMS)，在欧洲称为微系统(Microsystems)。
机械制造工艺学课件第7章 精密、超精密及微细加工工艺
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
➢ 精密、超精密磨削和磨料加工
超精密磨削和磨料加工是利用细粒度的磨粒和微 粉主要对黑色金属、硬脆材料等进行加工，可分为固 结磨料和游离磨料两大类加工方式。
固结磨料加工主要有：超精密砂轮磨削和超硬材 料微粉砂轮磨削、超精密砂带磨削、ELID 磨削、双 端面精密磨削以及电泳磨削等。
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
7.1 概述
现代制造业持续不断地致力于提高加工精度和加
工表面质量，主要目标是提高产品性能、质量和可靠性
，改善零件的互换性，提高装配效率。超精密加工技术
是精加工的重要手段，在提高机电产品的性能、质量和
发展高新技术方面都有着至关重要的作用，因此，该技
第7章 精密、超精密及微细加工工艺
游离磨料类加工是指在加工时磨粒或微粉成游离状态，如研磨时的研磨 剂、抛光时的抛光液，其中的磨粒或微粉在加工时不是固结在一起的。 游离磨料加工的典型方法是超精密研磨与抛光加工。
① 超精密研磨技术
研磨是在被加工表面和研具之间置以游离磨料和润滑液，使被加工表面
和研具产生相对运动并加压，磨料产生切削、挤压作用，从而去除表面
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第7章 精密、超精密及微细加工工艺
② 超精密砂带磨削技术 随着砂带制作质量的迅速提高，砂带上砂粒的等高性和 微刃性较好，并采用带有一定弹性的接触轮材料，使砂 带磨削具有磨削、研磨和抛光的多重作用，从而可以达 到高精度和低表面粗糙度值。
砂带磨削机构示意图
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第7章 精密、超精密及微细加工工艺
③ ELID（电解在线修整）超精密镜面磨削技术
术是衡量一个国家先进制造技术水平的重要指标之一，
超精密加工技术概述
超精密加工技术概述摘要：随着社会的发展，工业产品精细化程度逐步提高，传统的机械加工技术已经远远不能满足人们的需求，机械加工向着更高精度的方向发展。
本文主要介绍超精密加工技术的产生背景、概念、国内外的发展状况、几种超精密加工技术和对未来超精密加工技术发展的展望。
关键词：超精密加工技术背景概念发展状况发展趋势一.产生的背景制造技术的发展已经有几千年的历史，石器时代、铜器时代、铁器时代都有着制造技术发展的足迹。
直至近代，随着第一次工业革命的完成，传统的机械制造技术出现了，传统的机械加工技术主要包括车削、铣削、钻削和磨削。
随着人类社会的进一步发展，现代科学技术的迅猛发展，机械工业、电子工业、航空航天工业、化学工业等，尤其是国防工业部门，要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、大功率、小型化方向发展，以及在高温、高压、重载荷或腐蚀环境下长期可靠地工作。
为了适应这些要求，各种新结构、新材料和复杂形状的精密零件大量出现，其结构和形状越来越复杂，材料的性能越来越强韧，对精度要求越来越高，对加工表面粗糙度和完整性要求越来越严格，使机械制造面临着一系列严峻的任务：（1）解决各种难切削材料的加工问题。
如硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、金刚石、石英以及锗、硅等各种高硬度，高强度、高韧性、高脆性的金属及非加工。
（2）解决各种特殊复杂型面的加工问题。
如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、发动机机匣、锻压模等的立体成型表面，各种冲模、冷拔模等特殊断面的型孔，炮管内膛线、喷油嘴，喷丝头上的小孔、窄缝等的加工。
（3）解决各种超精密、光整零件的加工问题。
如对表面质量和精度要求很高的航天航空陀螺仪、精密光学透镜、激光核聚变用的曲面镜、高灵敏度的红外传感器等零件的精细表面加工，形状和尺寸精度要求在0．1皮米以上，表面粗糙度尺寸要求在0．01微米以上。
（4）特殊零件的加工问题。
如大规模集成电路、光盘基片、复印机和打印机的感光鼓、微型机械和机器人零件、细长轴、薄壁零件、弹性元件等低刚度零件的加工。
精密和超精密加工技术课程教学大纲
【精密和超精密加工技术】课程教学大纲〔一〕课程根本描述课程名称：精密和超精密加工技术英文译名：Precision and Ultraprecision Machining Technology课程学时：32 学时适用专业：机械设计制造及其自动化教材：袁哲俊、王先逵主编【精密和超精密加工技术】，机械工业出版社，2006年教学参考书：王先逵编【精密加工技术实用手册】，机械工业出版社，2001年刘贺云、柳世传编【精密加工技术】，华中理工大学出版社，1991年〔二〕课程的性质、研究对象及任务精密和超精密加工技术是机械制造业中最重要的局部之一。
它不仅直接影响尖端技术和国防工业的开展，而且还影响机械产品的精度和外表质量影响产品的国际竞争力，世界各国都把它作为先进制作技术中优先开展的内容，高等院校的机制专业是较老的学科，随着新技术的应用，此专业也应与时俱进开设该课程。
本课程研究对象是精密和超精密加工技术的根本理论、加工工艺、加工设备、测量技术及环境技术等。
本课程的主要任务是培养学生：1、建立起精密和超精密加工技术的根本概念，了解精密和超精密加工技术的应用范围。
2、掌握精密和超精密加工技术的根本理论和根本技术，具有选择和应用精密和超精密加工工艺和设备的根本能力。
3、了解精密和超精密加工技术的最新开展趋势，新理论和新技术。
培养学生在相关技术领域从事精密和超精密加工工作和研究的能力。
〔三〕教材的选择与分析精密和超精密加工技术是一门正在不断开展的新技术，国内外有关的教材和书籍不是很多，一些专著也不完全适合作教材。
目前国内可供选择的教材有：袁哲俊、王先逵主编【精密和超精密加工技术】，机械工业出版社；王先逵编【精密加工技术实用手册】，机械工业出版社；刘贺云、柳世传编【精密加工技术】，华中理工大学出版社。
1.袁哲俊、王先逵主编【精密和超精密加工技术】一书，是目前国内现有精密和超精密加工技术教材中比拟权威和使用广泛的教材，该书比拟系统地总结了国内外精密和超精密加工技术，涉及的面较广，其内容有相当的深度和权威性，被许多其它学校使用，并屡次再版。
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纳米技术是21世纪经济增长的一个主要的发动机， 纳米技术是21世纪经济增长的一个主要的发动机，它将使 21世纪经济增长的一个主要的发动机 微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌。 微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌。 20世纪后半叶对世界的影响相形见绌
纳米加工技术
纳米加工技术指能够在纳米尺度上改变物质结构或物 纳米加工技术指能够在纳米尺度上改变物质结构或物 质特性的加工技术，能够实现原子级的迁移、增添或删除 质特性的加工技术，能够实现原子级的迁移、 操作。如何进行有效控制以达到原子级的去除，是实现纳 操作。如何进行有效控制以达到原子级的去除， 米级加工的关键。 米级加工的关键。
利用LIGA技术制作的铜电极阵列和加工出的70µ WC-Co齿轮 利用LIGA技术制作的铜电极阵列和加工出的70µm厚WC-Co齿轮 LIGA技术制作的铜电极阵列和加工出的70
纳米加工的方法及设备
基于扫描显微原理的纳米加工
扫 描 隧 道 显 微 镜
扫描隧道显微镜（STM）工作原理： 扫描隧道显微镜（STM）工作原理： 把极小的针尖和被研究的物质表面作为两个电 当样品表面与针尖的距离非常小(<1nm) (<1nm)时 极，当样品表面与针尖的距离非常小(<1nm)时，在 外电场作用下电子即会穿过两极间的绝缘层流向另 一极，产生隧道电流， 一极，产生隧道电流，并通过反馈电路传递到计算 机上表现出来。 机上表现出来。
金刚石刀具超精密切削加工
学平晶，集成电路的硅基片。 学平晶，集成电路的硅基片。 在线电解修整（ELID）砂轮磨削 在线电解修整（ELID）砂轮磨削——
纳 米 研 磨 机
用于硬脆材料超精密镜面磨削。 用于硬脆材料超精密镜面磨削。
纳米加工的方法及设备
能量束加工
电子束、聚焦离子束、 电子束、聚焦离子束、激光束微细加工 优点：1.高能量 高能量， 优点：1.高能量，可进行超高速加热和冷却 2.高能束直径可到达纳米级 2.高能束直径可到达纳米级 3.高能束偏转扫描柔韧性好、无惯性，能 3.高能束偏转扫描柔韧性好、无惯性， 高能束偏转扫描柔韧性好 全方位加工 4.非接触加工 无需刀具， 非接触加工， 4.非接触加工，无需刀具，无加工变形 5.几乎可对任何材料加工 5.几乎可对任何材料加工 加工方法： 加工方法： 1.光学光刻 2.X光光刻 1.光学光刻 2.X光光刻 3.电子束光刻 4.离子束加工 3.电子束光刻 4.离子束加工 5.原子层刻蚀 6.原位制作技术 5.原子层刻蚀 6.原位制作技术
10.1 纳米加工技术概述
• 概念的提出与发展 R.Feynman在其 1959.12.29 诺贝尔物理奖得主 R.Feynman在其 演讲“There’s bottom” 演讲“There s plenty of room at the bottom 中提出人类如能在原子/分子的尺度上加工材料， 中提出人类如能在原子/分子的尺度上加工材料， 将有新的发现。那时， 将有新的发现。那时，化学将成为根据人类的意愿 逐个地准确放置原子的问题。 逐个地准确放置原子的问题。 1974年 TANIGUCHI最早使用nanotechnology一词 最早使用nanotechnology 1974年 TANIGUCHI最早使用nanotechnology一词 描述精细机械加工。 描述精细机械加工。 70年代后期 70年代后期 MIT 的德雷克斯勒教授提倡纳米技 术研究但多数主流科学家持怀疑态度。 术研究但多数主流科学家持怀疑态度。 80年代初 AFM等微观表征和操纵技术的发 80年代初 STM 和AFM等微观表征和操纵技术的发 明和使用推动了纳米技术的快速发展。 明和使用推动了纳米技术的快速发展。 1990.7 第一届国际纳米科学技术会议与第五届国 STM显微学会议同时在美国Baltimore举行 显微学会议同时在美国Baltimore举行。 际STM显微学会议同时在美国Baltimore举行。 Nanotechnology和 Nanotechnology和Nanobiology 国际专业刊物相继 问世。 问世。
微型发动机
IBM实验室用铁原子 IBM实验室用铁原子 拼出汉字“原子” 拼出汉字“原子”
桌面工厂 微型直升机
纳米加工的方法及设备
纳米级机械加工
金刚石刀具超精密切削加工——用于 用于 金刚石刀具超精密切削加工 平面、 平面、圆柱面和非球曲面的镜面 切削加工。 切削加工。 可延性纳米级磨削——用于量块、光 用于量块、 可延性纳米级磨削 用于量块
日本松下精机研制的微细放电加工机床
利用微细放电加工方法制作的汽车模型
纳米加工的方法及设备
1、光刻 2、去光阻
LIGA加工工艺
优点： 优点： 1、可制造较大高宽比的结构； 可制造较大高宽比的结构； 2、取材广泛，可以是金属、陶瓷、聚合物、玻璃 取材广泛，可以是金属、陶瓷、聚合物、 等； 3、可制作任意截面形状图形结构，加工精度高； 可制作任意截面形状图形结构，加工精度高；
第7章Leabharlann 环境空气环境 温湿度环境 振动环境 噪声环境 光环境 电磁波环境 静电环境 放射性环境
超精密加工的环境控制
超精密加工环境
使用特性
洁净度、风速、 洁净度、风速、 风向、 风向、压力 温度、 温度、湿度 频率、振动（加 频率、振动（ 速度、位移） 速度、位移） 声压、 声压、频率 照度、眩光、 照度、眩光、显 色性 电场强度 导电性 强度、 强度、半衰期
扫描隧道显微镜工作原理示意图
发展纳米加工技术的途径
发展前景的展望
航空航天
纳 米 卫 星
1.增加有效载荷，成指数倍地降低耗能。 1.增加有效载荷，成指数倍地降低耗能。 增加有效载荷 2.低能耗、抗辐照的高性能计算机及其它 2.低能耗、 低能耗 测控电子设备 3.抗热障 抗热障、 3.抗热障、耐磨损的纳米涂层材料 4.微型航天器 微型航天器、 纳米卫星” 4.微型航天器、“纳米卫星”等
3、电铸
4、模仁
5、射出成型
6、成品脱模
LIGA工艺过程 LIGA工艺过程
4、可重复复制，符合工业上大批量生产要求，制 可重复复制，符合工业上大批量生产要求， 造成本相对较低等。 造成本相对较低等。 用途： 用途： 广泛应用于微传感器、微电机、微执行器、 广泛应用于微传感器、微电机、微执行器、 微机械零件、集成光学和微光学元件、 微机械零件、集成光学和微光学元件、真空 电子元件、微型医疗器械、流体技术微元件、 电子元件、微型医疗器械、流体技术微元件、 纳米技术元件等的制作。 纳米技术元件等的制作。
技术
加热、冷却、加湿、 加热、冷却、加湿、 除湿 防震、隔振、免振 防震、隔振、 隔音、吸音、 隔音、吸音、消音 光源质量、 光源质量、器具形态 排列、光量、强光、 排列、光量、强光、 闪光 屏蔽、 屏蔽、电波 抗静电 遮蔽
空间
恒温室、 恒温室、恒湿室 微振适应室、免 微振适应室、 振建筑室 无响室、 无响室、微响室 暗室、曝光室、 暗室、曝光室、 调光室、 调光室、杀菌室 屏蔽室、 屏蔽室、电波室 防静电室 同步加速器室、 同步加速器室、 杀菌室、 杀菌室、减菌室
高效助燃剂： 高效助燃剂： 纳米粉末具有极强的储能特性， 纳米粉末具有极强的储能特性，将其作为添加
航 天 纳 米 绝 热 材 料
剂加入燃料中可大大提高燃烧率。将一些纳米粉末 剂加入燃料中可大大提高燃烧率。 添加到火箭的固体燃料推进剂中， 添加到火箭的固体燃料推进剂中，可大幅度提高燃 料的燃烧热、燃烧效率，改善燃稳定性。 料的燃烧热、燃烧效率，改善燃稳定性。有研究表 明，向火箭固体燃料中加入0.5%纳米铝粉或镍粉， 向火箭固体燃料中加入0.5%纳米铝粉或镍粉， 0.5%纳米铝粉或镍粉 可使燃烧效率提高10%-25%，燃烧速度加快数十倍。 可使燃烧效率提高10%-25%，燃烧速度加快数十倍。 10%
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R.Feynman
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纳米技术的意义
纳米技术将引发一场新的工 业革命 • 2010年现在的微电子器件芯 2010年现在的微电子器件芯 片的线宽将达到0.1～0.07nm， 片的线宽将达到0.1～0.07nm， 0.1 小于此尺寸， 小于此尺寸，器件应按新原 理设计。其性能将大大提高， 理设计。其性能将大大提高， 这将是对信息产业和其它相 关产业的一场深刻的革命。 关产业的一场深刻的革命。
扫描显微技术的特点： 扫描显微技术的特点： 1.具有原子级的高分辨率 1.具有原子级的高分辨率 2.可以观察单个原子层的局部表面结构 2.可以观察单个原子层的局部表面结构 3.可以实时、 3.可以实时、实空间地观察表面的三维图像 可以实时 4.能在不同条件下工作，探测过程对工件无损伤。 4.能在不同条件下工作，探测过程对工件无损伤。 能在不同条件下工作 5.不仅可用于成像，还可以对表面的原子进行操纵， 5.不仅可用于成像，还可以对表面的原子进行操纵， 不仅可用于成像 从而进行纳米级加工。 从而进行纳米级加工。
空气过滤、风量控制、 洁净室、真空室、 空气过滤、风量控制、 洁净室、真空室、 乱流、层流、 气密室、 乱流、层流、辐流 气密室、高压室
第10章 10章
纳米加工技术
纳米技术定义
目前人类研究的物质世界的 最大尺度： （～10亿光年） 10亿光年 最大尺度：1025 米（～10亿光年） 最小尺度： 最小尺度：10－19 米 纳米(nm)： 纳米(nm)：10－9 米 (nm) 纳米技术：研究结构尺寸在0.1 0.1～ 纳米技术：研究结构尺寸在0.1～100 nm 范围的物质的特性和相互作用， 范围的物质的特性和相互作用，以及利 用这些特性的多学科交叉的科学与技术。 用这些特性的多学科交叉的科学与技术。 当物质小到10 米时， 当物质小到10－9～10－7 米时，由于量 子效应和巨大的表面和界面效应， 子效应和巨大的表面和界面效应，性能 发生质变， 发生质变，呈现出许多既不同于宏观物 体、也不同于单个孤立原子的新颖的物 化学和生物学等特性。 理、化学和生物学等特性。