22《超精密制造工程》教学大纲

《超精密制造工程》教学大纲
课程代码：010142038
课程英文名称：Ultraprecision Manufacturing Engineering
课程总学时：20 讲课：20 实验：0 上机：0
适用专业：机械设计制造及其自动化
大纲编写（修订）时间：2010.7
一、大纲使用说明
（一）课程的地位及教学目标
超精密制造工程是制造工程领域的最重要发展方向之一，也是高新技术发展的基础技术。

它是由超精密加工技术发展而来的，其范畴更广泛，内容更深入，是制造工程领域的新发展技术的集成。

它被广泛应用于机械制造领域、信息元器件制造领域、光学工程领域、武器装备制造领域等，因此，对从事制造工程领域的工程技术人员来说，学习和掌握该知识有着重要的意义。

本课程的教学目标是，通过该课程的教学使学生了解制造工程领域技术的新发展，掌握一定的制造工程领域的最新知识，培养学生的工程设计和制造能力，建立其系统化制造技术的概念，提高学生的创新思维意识。

通过该课程的教学使学生掌握或了解超精密制造领域的相关基础知识，为后续工作中的技术水平的提高和发展奠定一定的基础。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求
1．掌握超精密制造工程的概念、技术范畴；了解超精密制造技术在国民经济中的地位和作用。

2．掌握超精密制造装备的设计方法与理念；了解超精密制造的支持环境内容，及在超精密制造中的作用，具备一定的环境设计理念；
3．掌握典型超精密制造技术方法的原理及使用中的关键问题，针对具体加工对象选择相应的方法。

4．能适当选择超精密测量技术方法，了解相应的原理。

5.了解超精密制造的发展动态，以及在高新技术领域与国防领域的应用。

（三）实施说明
1.结合微电子、光电子和MEMS技术的发展和生产实际，更新教学内容，特别要注重超精密制造技术发展中新技术的应用。

2.开展实际工程案例教学，充分利用多媒体等现代化教学手段。

3.课堂教学要与教师科研实际相结合，培养学生的创新能力和解决工程实际问题的能力。

（四）对先修课的要求
先修课程：机械制造技术基础理论、机械装备设计基础、金属切削原理、测试技术基础、机械控制工程基础等。

（五）对习题课、实践环节的要求
课外作业：以每个章节内容为单元，实行具有设计性的大作业制。

（六）课程考核方式
1.考核方式：期末考核采用大作业、报告或论文形式考核。

2.考核目标：采用课堂的教学模式，加强学生实践能力和自学能力的培养，通过阶段性考核使学生掌握各个环节与阶段的知识，通过最终结业考核使学生系统地掌握或理解课程系统化知识体系。

3.成绩构成：成绩=出勤（15%）+平时大作业（15%）+期末考核（70%）。

（七）参考书目
《精密超精密加工技术》，袁哲俊，王先逵，机械工业出版社，2007
《超精密加工技术与设备》，文秀兰，化学工业出版社，2006
《精密加工技术实用手册》，王先逵编，机械工业出版社，2001
二、中文摘要
主要讲授超精密制造工程的相关内容，包括超精密制造工程的在国民经济中的地位性、范畴和发展现状；超精密加工装备的构成、主要部件及关键技术、设计原则与方法、微位移技术，以及典型装备的特点；超精密加工的环境要求及措施，包括空气环境和热环境、振动环境和噪声等；超精密加工中长度、直线度、圆度和粗糙度的测量方法，以及在线检测与控制方法；典型超精密加工的原理、特点与应用等，包括金刚石切削技术、超精密磨削技术、超精密砂带磨削、精密研磨和抛光机理、新原理的研磨和抛光工艺方法等；超精密加工技术的典型行业应用，如半导体行业、光学典型零件制造行业、微机械系统制造行业等简介。

三、课程学时分配表
四、教学内容及基本要求
第1部分绪论
总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0
具体内容：
1）超精密制造技术的概念与原则；
2）超精密制造技术的范畴；
3）超精密制造技术的地位与作用；
4）超精密制造技术的现状；
5）超精密制造技术的关键。

重点：
超精密加工的概念与原则，以及涉及的技术范畴。

难点：
如何理解概念的发展性，原则中的母性原则与进化原则的实质。

第2部分超精密制造技术装备
总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0
具体内容:
1) 精密制造技术装备的范畴；
2) 超精密制造技术装备设计的原则;
3) 典型超精密制造技术装备布局;
4) 典型超精密制造技术装备部件的设计;
5) 典型超精密技术装备与应用.
重点:
常见的布局方式及意义，主轴设计、进给工作台的设计、支撑的选择的特殊性，微纳米工作台设计的原则。

难点:
如何确定超精密装备的设计特殊性，柔性铰微动工作台设计。

进给工作台的驱动原理。

习题:
总体设计与布局原理，气浮工作台与主轴的结构特性与设计，二维柔性铰工作台设计等。

第3部分超精密制造技术的支持环境
总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0
具体内容:
1) 超精密制造技术环境的地位与作用;
2) 超精密制造技术环境的内涵与设计;主要包括：温度与湿度环境，振动环境，粉尘与介质环境，辐射环境，介质压力环境，人因与其他相关环境等；
3) 超精密制造环境单元的总体设计问题。

重点:
了解环境因素的作用与内涵，掌握相关环境控制的标准与定义，初步了解环境设计的方法与布局等。

难点:
温度、粉尘和湿度控制的基本原理，以及耦合性等。

习题:
超精密加工单元基础设计与布局设计；典型环境控制的原理性设计。

第4部分超精密制造过程的检测与控制技术
总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0
具体内容:
1) 常见的检测与控制方法与分类；
2) 典型的测量技术与控制技术方法的应用。

重点:
了解纳米表面粗糙度、平面度、圆柱度等测量原理，纳米进给系统的控制原理等。

适合工况的传感器选择方法。

难点:
扫描隧道显微测量、圆度误差分离测量技术、平面激光干涉测量技术的原理。

习题:
测量与控制组成的闭环微纳米控制系统的原理设计。

第5部分超精密制造技术方法
总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0
第5.1部分超精密制造的基本问题（讲课2学时）
具体内容：
1）超精密制造技术方法的分类
2）超精密制造对象与方法的适应性
重点：
了解各个加工方法的分类
难点：
各种加工方法的适应对象
第5.2部分典型超精密制造方法（讲课4学时）
具体内容：
1）典型超精密制造技术方法；
2）超精密制造的工艺规程与装配技术
重点：
了解各个加工方法的特殊性与基本原理，明确使用领域与场合，合理选择加工方法和拟定工艺路线。

难点：
各种加工方法的原理和依据的理论基础，特别是脆性材料塑性区加工和LIGA工艺问题。

习题：
典型超精密件的加工工艺规程设计，典型件的制造方法的选择和原理设计。

第06部分超精密制造技术的典型行业应用
总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0
具体内容：
1) 信息元器件制造领域的超精密制造技术；
2) MEMS制造领域的超精密制造技术；
3)天文与国防装备制造领域的超精密制造技术。

重点:
了解超精密制造技术在高新技术领域的典型应用，如IC制造过程及相应的典型加工方法，MEMS制造中微加速度计的制造工艺，M4技术的概念等。

难点:
实例与行业的关系性。

习题:
IC晶片的制造工艺拟定与相应的加工方法设计。

编写人：吕玉山
审核人：李兴山
批准人：丁茹。