超精密加工技术教学课件.ppt
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超精密加工技术PPT培训课件
详细描述
在模具加工中，超精密加工技术能够加工出高精度、高光洁 度的模具表面，提高模具的使用寿命和制件的精度，广泛应 用于塑料模具、压铸模具等领域。
航空航天零件加工
总结词
超精密加工技术在航空航天领域的应 用，涉及发动机叶片、涡轮盘等复杂 零件的加工。
详细描述
由于航空航天领域对零件的精度和性 能要求极高，超精密加工技术能够实 现复杂零件的高精度、高效率加工， 提高航空航天器的性能和安全性。
特种加工原理
特种加工是指利用物理、化学或电学等 非传统机械能来去除材料的一种加工方 法。与传统的切削和磨削加工相比，特 种加工具有更高的加工精度和更广泛的
加工适应性。
常见的特种加工方法包括激光束加工、 电子束加工、离子束加工、等离子体加 工等。这些方法利用高能束流或等离子 体与工件表面相互作用，实现材料的快
误差补偿技术
热误差补偿
通过对机床热误差的测量和建模， 实现对热误差的有效补偿，提高
加工精度。
运动误差补偿
通过对机床运动误差的测量和建 模，实现运动误差的补偿，提高
加工精度。
综合误差补偿
综合运用热误差和运动误差补偿 技术，实现对超精密加工过程中
各种误差的有效补偿。
04 超精密加工技术的应用案 例
光学元件加工
加工精度提升
超精密加工技术面临的技术瓶颈之一是如何进一步提高加工精度 和表面质量。
材料限制
某些特殊材料在超精密加工过程中容易出现裂纹、变形等问题，如 何克服这些材料限制是亟待解决的问题。
加工效率与成本控制
提高加工效率并降低成本是超精密加工技术发展的关键，需要不断 优化工艺参数和设备性能。
新材料加工的挑战
医疗器械
超精密加工技术在医疗器械领域的 应用广泛，如人工关节、心脏瓣膜 等高精度医疗设备的制造。
在模具加工中，超精密加工技术能够加工出高精度、高光洁 度的模具表面，提高模具的使用寿命和制件的精度，广泛应 用于塑料模具、压铸模具等领域。
航空航天零件加工
总结词
超精密加工技术在航空航天领域的应 用，涉及发动机叶片、涡轮盘等复杂 零件的加工。
详细描述
由于航空航天领域对零件的精度和性 能要求极高，超精密加工技术能够实 现复杂零件的高精度、高效率加工， 提高航空航天器的性能和安全性。
特种加工原理
特种加工是指利用物理、化学或电学等 非传统机械能来去除材料的一种加工方 法。与传统的切削和磨削加工相比，特 种加工具有更高的加工精度和更广泛的
加工适应性。
常见的特种加工方法包括激光束加工、 电子束加工、离子束加工、等离子体加 工等。这些方法利用高能束流或等离子 体与工件表面相互作用，实现材料的快
误差补偿技术
热误差补偿
通过对机床热误差的测量和建模， 实现对热误差的有效补偿，提高
加工精度。
运动误差补偿
通过对机床运动误差的测量和建 模，实现运动误差的补偿，提高
加工精度。
综合误差补偿
综合运用热误差和运动误差补偿 技术，实现对超精密加工过程中
各种误差的有效补偿。
04 超精密加工技术的应用案 例
光学元件加工
加工精度提升
超精密加工技术面临的技术瓶颈之一是如何进一步提高加工精度 和表面质量。
材料限制
某些特殊材料在超精密加工过程中容易出现裂纹、变形等问题，如 何克服这些材料限制是亟待解决的问题。
加工效率与成本控制
提高加工效率并降低成本是超精密加工技术发展的关键，需要不断 优化工艺参数和设备性能。
新材料加工的挑战
医疗器械
超精密加工技术在医疗器械领域的 应用广泛，如人工关节、心脏瓣膜 等高精度医疗设备的制造。
精密加工超精密加工和细微加工PPT
件就可能会产生1µm的伸长，精密加 工和超精密加工的加工精度一般都是 微米级、亚微米级或更高。因此，为 了保证加工区极高的热稳定性，精密 加工和超精密加工必须在严密的多层 恒温条件下进行
5
防振：机床振动对精密加工和超精密 加工有很大的危害，为了提高加工系 统的动态稳定性，除了在机床设计和 制造上采取各种措施，还必须用隔振 系统来保证机床不受或少受外界振动 的影响。应能有效地隔离频率为 6Hz~9Hz、振幅为0.1µm~0.2µm的外 来振动
18
➢精密磨削及超精密磨削的加工机理 精密磨削主要是靠对普通磨料砂轮的
精细修整，使磨粒具有微刃性和等高 性，再加上无火花阶段微刃的滑挤、 摩擦、抛光作用，获得高精度
19
超精密磨削则是采用人造金刚石、立方 氮化硼（CBN）等超硬磨料砂轮对工件 进行磨削加工
磨粒将承受很高的应力，使切削刃受到 高温、高压的作用
8
3．机床设备 ➢高精密加工机床必须具备以下条件： 主轴有极高的回转精度及很高的刚性和
热稳定性
进给系统有超精确的匀速直线性，保证 在超低速条件下进给均匀，不发生爬行
为了在超精密加工时实现微量进给，必 须配备位移精度极高的微量进给机构
采用微机控制系统，自适应控制系统
9
4．工件材料 应考虑强度、刚度，还必须均匀一致，
电解超硬砂轮 修锐方法
21
➢超精密磨床的技术要求
很高的主轴回转精度和很高的导轨直线 度，以保证工件的几何形状精度；常常 采用大理石导轨增加热稳定性
应配备有微进给机构，以保证工件尺寸 精度以及砂轮修整时的微刃性和等高性
工作台导轨低速运动的平稳性要好，不 产生爬行、振动, 以保证砂轮修整质量 和稳定的磨削过程
不允许存在微观缺陷，有些零件甚至对 材料组织的纤维化也有一定要求
5
防振：机床振动对精密加工和超精密 加工有很大的危害，为了提高加工系 统的动态稳定性，除了在机床设计和 制造上采取各种措施，还必须用隔振 系统来保证机床不受或少受外界振动 的影响。应能有效地隔离频率为 6Hz~9Hz、振幅为0.1µm~0.2µm的外 来振动
18
➢精密磨削及超精密磨削的加工机理 精密磨削主要是靠对普通磨料砂轮的
精细修整，使磨粒具有微刃性和等高 性，再加上无火花阶段微刃的滑挤、 摩擦、抛光作用，获得高精度
19
超精密磨削则是采用人造金刚石、立方 氮化硼（CBN）等超硬磨料砂轮对工件 进行磨削加工
磨粒将承受很高的应力，使切削刃受到 高温、高压的作用
8
3．机床设备 ➢高精密加工机床必须具备以下条件： 主轴有极高的回转精度及很高的刚性和
热稳定性
进给系统有超精确的匀速直线性，保证 在超低速条件下进给均匀，不发生爬行
为了在超精密加工时实现微量进给，必 须配备位移精度极高的微量进给机构
采用微机控制系统，自适应控制系统
9
4．工件材料 应考虑强度、刚度，还必须均匀一致，
电解超硬砂轮 修锐方法
21
➢超精密磨床的技术要求
很高的主轴回转精度和很高的导轨直线 度，以保证工件的几何形状精度；常常 采用大理石导轨增加热稳定性
应配备有微进给机构，以保证工件尺寸 精度以及砂轮修整时的微刃性和等高性
工作台导轨低速运动的平稳性要好，不 产生爬行、振动, 以保证砂轮修整质量 和稳定的磨削过程
不允许存在微观缺陷，有些零件甚至对 材料组织的纤维化也有一定要求
超精密与纳米加工技术PPT课件
放光子从高能阶跃迁到较低能 阶
➢受激辐射 - 光子射入物质诱发
电子从高能阶跃迁到低能阶， 并释放光子。
5
激光器
➢固体激光器 ➢YAG（钇、铝和石榴石构成）激光器,红宝石激光器 ➢特点:器件小、坚固、使用方便、输出功率大
➢气体激光器 ➢CO2激光器,氦－氖激光器 ➢结构简单、造价低；操作方便；工作介质均匀，光束质量好；能长时间较
200万左右 )
20
电 子 束 焊 接 车 桥 设 备
21
电子束焊机焊接的车桥
22
谢谢欣赏
23
祝各位身体健康、工作顺利、家 庭幸福。
24
12
超声波加工原理图
13
超声波加工特点及应用
➢适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、陶瓷、
半导体、宝石、金刚石等 。
➢ 可加工各种复杂形状的型孔、型腔、形面。 ➢ 工具与工件不需作复杂的相对运动，机床结构简单。 ➢ 被加工表面无残余应力，无破坏层，加工精度较高，尺寸精度
可达0.01～0.05mm 。
19
电子束焊接
• 焊缝熔深大,熔宽小,焊缝金属纯度高,焊接精度高,可实现精密微细焊 • 可进行薄材料的精密焊接，又可实现厚件焊接，但不适于大批量产品 • 所有用其它焊接方法能进行熔化焊的金属及合金都可以用电子束焊接 • 主要用于高质量焊接,能解决异种金属,易氧化金属及难熔金属的焊接 • 价格昂贵(如用CO2保护焊机焊接后桥,价格仅几万元,而电子束焊机价格在
易达到的狭小空间加工。
➢ 非接触加工方式，热变形小，加工精度较高。 ➢ 可 进 行 微 细 加 工 。 激 光 聚 焦 直 径 理 论 上 可 至 1μm 以 下 ， 实 际 可 实 现
φ0.01mm的小孔加工和窄缝切割。
➢受激辐射 - 光子射入物质诱发
电子从高能阶跃迁到低能阶， 并释放光子。
5
激光器
➢固体激光器 ➢YAG（钇、铝和石榴石构成）激光器,红宝石激光器 ➢特点:器件小、坚固、使用方便、输出功率大
➢气体激光器 ➢CO2激光器,氦－氖激光器 ➢结构简单、造价低；操作方便；工作介质均匀，光束质量好；能长时间较
200万左右 )
20
电 子 束 焊 接 车 桥 设 备
21
电子束焊机焊接的车桥
22
谢谢欣赏
23
祝各位身体健康、工作顺利、家 庭幸福。
24
12
超声波加工原理图
13
超声波加工特点及应用
➢适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、陶瓷、
半导体、宝石、金刚石等 。
➢ 可加工各种复杂形状的型孔、型腔、形面。 ➢ 工具与工件不需作复杂的相对运动，机床结构简单。 ➢ 被加工表面无残余应力，无破坏层，加工精度较高，尺寸精度
可达0.01～0.05mm 。
19
电子束焊接
• 焊缝熔深大,熔宽小,焊缝金属纯度高,焊接精度高,可实现精密微细焊 • 可进行薄材料的精密焊接，又可实现厚件焊接，但不适于大批量产品 • 所有用其它焊接方法能进行熔化焊的金属及合金都可以用电子束焊接 • 主要用于高质量焊接,能解决异种金属,易氧化金属及难熔金属的焊接 • 价格昂贵(如用CO2保护焊机焊接后桥,价格仅几万元,而电子束焊机价格在
易达到的狭小空间加工。
➢ 非接触加工方式，热变形小，加工精度较高。 ➢ 可 进 行 微 细 加 工 。 激 光 聚 焦 直 径 理 论 上 可 至 1μm 以 下 ， 实 际 可 实 现
φ0.01mm的小孔加工和窄缝切割。
《超精密加工技术》PPT课件
X轴滑台
主轴
刀架 z轴滑台
光路护罩
基座
周缘 护板
图3 T形布局的金刚石车床
一、 精细与超精细加工技术
➢ 金刚石车床主要性能指标〔表3〕
表3 金刚石车床主要性能指标
最大车削直径和长度 /mm
最高转速 r/mm
最大进给速度mm /min
数控系统分辩率 /μm
重复精度(±2σ) / μ m
主轴径向圆跳动 / μ m
➢ 例：美国陀螺仪球圆度0.1μm，粗糙度Ra0.01μm， 导弹命中精度控制在50m范围内；英国飞机发电机转子叶 片加工误差从60μm降至12μm，发电机压缩效率从89% 提高到94%；齿形误差从3-4μm减小1μm，单位重量齿 轮➢ 箱精扭细矩加可工提与高超一精倍细加工技术是新技术的生长点
➢ 精细与超精细加工技术涉及多种根底学科和多种新 兴技术，其开展无疑会带动和促进这些相关科学技术的开 展
R 350
AA
6.4
R=0.5～1.2 50 B
R 110～1200 B
6.4
6.4
A-A 60
10 B-B
60
60
图6 金刚石刀具角度
一、 精细与超精细加工技术
金刚石车床
单点金刚石车床加工铜工件 单点金刚石车床的非球面光学超精细加工
图7 金刚石车床及其加工照片
加工4.5mm陶瓷 球
一、 精细与超精细加工技术
精密与超精密加工设备造价高，难成系列。常常针对某一特定产 品设计（如加工直径3m射电天文望远镜的超精密车床，加工尺寸小于 1mm微型零件的激光加工设备）。
◆ 与自动化技术联系紧密
广泛采用计算机控制、适应控制、再线检测与误差补偿技术，以
精密加工和超精密加工 ppt课件
微进给装置
计算机数控
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先进制造技术
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先进制造技术
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先进制造技术
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砂带磨削 珩磨
超精研 研磨
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先进制造技术
单五击、此砂处带编磨削辑：母版标题样式
工艺整合化 在线加工检测一体化
绿色化
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先进制造技术
2.3 精密、超精密磨削加工
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一、概念
精密砂轮磨削：利用精细修正的粒度为60#～80#的普 通砂轮进行磨削，其加工精度可达1µm，表面粗糙度可达 Ra0.025µm。
超精密砂轮磨削：利用经过仔细修正的粒度为W40～ W5的砂轮进行磨削，可以获得加工精度为0.1µm，表面粗 糙度为Ra0.025～Ra0.008µm的加工表面。
不适宜加工铁族金属材料。
立方氮化硼（CBN）
硬度莫氏硬度9.8-10
导热系数、热膨胀系数和研磨 能力也很突出；
稳定性和化学惰性大大优于金 刚石
适合加工普通磨料难以加工且 金刚石又不宜加工的硬而韧的 金属材料如工具钢、模具钢、 不锈钢、耐热合金等特别是高 钒高速钢、铝高速钢等对磨削 温度较为敏感的金属材料。
微刃的微切削作用 微刃的等高切削作用 微刃的滑挤、摩擦、抛光作用
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先进制造技术
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先进制造技术
单击超此精精处磨编削机辑理母： 版标题样式
1、超精磨削是一种极薄切削，切屑厚度极小，磨削 深度可能小于晶粒的大小，磨削就在晶粒内进行，因此 磨削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力， 从而磨粒上所承受的切应力就极速地增大，可能接近被 磨削材料的剪切强度极限。同时，磨粒切削刃处收到高 温和高压的作用，要求磨粒材料有很高的高温强度和高 温硬度。
计算机数控
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超精研 研磨
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工艺整合化 在线加工检测一体化
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2.3 精密、超精密磨削加工
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一、概念
精密砂轮磨削：利用精细修正的粒度为60#～80#的普 通砂轮进行磨削，其加工精度可达1µm，表面粗糙度可达 Ra0.025µm。
超精密砂轮磨削：利用经过仔细修正的粒度为W40～ W5的砂轮进行磨削，可以获得加工精度为0.1µm，表面粗 糙度为Ra0.025～Ra0.008µm的加工表面。
不适宜加工铁族金属材料。
立方氮化硼（CBN）
硬度莫氏硬度9.8-10
导热系数、热膨胀系数和研磨 能力也很突出；
稳定性和化学惰性大大优于金 刚石
适合加工普通磨料难以加工且 金刚石又不宜加工的硬而韧的 金属材料如工具钢、模具钢、 不锈钢、耐热合金等特别是高 钒高速钢、铝高速钢等对磨削 温度较为敏感的金属材料。
微刃的微切削作用 微刃的等高切削作用 微刃的滑挤、摩擦、抛光作用
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先进制造技术
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先进制造技术
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1、超精磨削是一种极薄切削，切屑厚度极小，磨削 深度可能小于晶粒的大小，磨削就在晶粒内进行，因此 磨削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力， 从而磨粒上所承受的切应力就极速地增大，可能接近被 磨削材料的剪切强度极限。同时，磨粒切削刃处收到高 温和高压的作用，要求磨粒材料有很高的高温强度和高 温硬度。
【机械制造】超精密加工技术ppt模版课件
• 概述 • 超精密加工范畴 • 超精密加工现状 • 超精密加工的设备与环境 • 超精密加工的发展展望
18.03.2021
Page 18
超精密加工范畴
• 在过去相当的一段时期，精密加工、特别是超精 密加工的应用范围很狭窄。近十几年来，随着科 学技术和人们生活水平的提高，精密和超精密加 工不仅进入了国民经济和人民生活的各个领域， 而且从单件小批生产方式走向大批量的产品生产 。
• 概述 • 超精密加工范畴 • 超精密加工的设备与环境 • 超精密加工技术的发展展望
18.03.2021
Page 3
概述
• 超精密加工技术是适应现代技术发展的一种机械 加工新工艺，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中先进 的控制、测试手段等，使机械加工的精度得到进 一步提高，使加工的极限精度向纳米和亚纳米精 度发展。
18.03.2021
Page 16
概述
• 在英国国家纳米技术(NION)计划已开始实行，纳 米技术战略委员会(Nanotechno1ogy Strategy Committee)巳建立，正在实行合作的研究计划， 1990年6月英国正式出版《纳米技术》学术期刊。
18.03.2021
Page 17
超精密加工技术
18.03.2021
Page 34
超精密加工技术的机床设备
• 为实现超精密位置的确定，采用了精密数字伺服方 式，控制部分为内装式CNC装置和激光干涉测长仪 ，实现随机测量定位。为了实现刀具的微量进给， 在DC伺服机构内装有压电式微位移机构，可实现 nm级微位移。该车床采用了恒温油淋浴系统，油温 控制在20士0.0005˚，消除了加工中的热变形。该 车床还采用了压电晶体误差补偿技术，使加工精度 达到0.025μm，该机床可用于加工平面，球面及非 球面，用于加工激光核聚变工程的零件，红外线装 置用零件以及大型天体望远镜。
18.03.2021
Page 18
超精密加工范畴
• 在过去相当的一段时期，精密加工、特别是超精 密加工的应用范围很狭窄。近十几年来，随着科 学技术和人们生活水平的提高，精密和超精密加 工不仅进入了国民经济和人民生活的各个领域， 而且从单件小批生产方式走向大批量的产品生产 。
• 概述 • 超精密加工范畴 • 超精密加工的设备与环境 • 超精密加工技术的发展展望
18.03.2021
Page 3
概述
• 超精密加工技术是适应现代技术发展的一种机械 加工新工艺，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中先进 的控制、测试手段等，使机械加工的精度得到进 一步提高，使加工的极限精度向纳米和亚纳米精 度发展。
18.03.2021
Page 16
概述
• 在英国国家纳米技术(NION)计划已开始实行，纳 米技术战略委员会(Nanotechno1ogy Strategy Committee)巳建立，正在实行合作的研究计划， 1990年6月英国正式出版《纳米技术》学术期刊。
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超精密加工技术
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Page 34
超精密加工技术的机床设备
• 为实现超精密位置的确定，采用了精密数字伺服方 式，控制部分为内装式CNC装置和激光干涉测长仪 ，实现随机测量定位。为了实现刀具的微量进给， 在DC伺服机构内装有压电式微位移机构，可实现 nm级微位移。该车床采用了恒温油淋浴系统，油温 控制在20士0.0005˚，消除了加工中的热变形。该 车床还采用了压电晶体误差补偿技术，使加工精度 达到0.025μm，该机床可用于加工平面，球面及非 球面，用于加工激光核聚变工程的零件，红外线装 置用零件以及大型天体望远镜。
《精密超精密加工》PPT课件
◆ 机理、特点
金刚石超精密加工技术
➢ 切削在晶粒内进行； ➢ 切削力＞原子结合力（剪切应力达13000N/ mm2）；
➢ 刀尖处温度极高，应力极大，普通刀具难以承受
➢ 高速切削（与传统精密切削相反），工件变形小，表层高温不会波及工件内 层，可获得高精度和好表面质量。
◆ 应用
➢ 用于铜、铝及其合金精密切削（切铁金属，由于亲合作用，产生“碳化磨 损”，影响刀具寿命和加工质量）； ➢ 加工各种红外光学材料如锗、硅、ZnS和ZnSe等 ➢ 加工有机玻璃和各种塑料； ➢ 典型产品：光学反射镜、射电望远镜主镜面、大型投影电视屏幕、照像机塑 料镜片、树脂隐形眼镜镜片等。
精密与超精密加工技术
精密主轴部件是精密和超精密机床的关键部件之一，它的性能直接影响精 密和超精密加工质量。
对主轴的要求：回转精度、转动平稳、无振动，其关键在于使用精密轴承。 床身和导轨：具有尺寸稳定性好、热膨胀系数小、振动衰减能力强、耐磨 性和加工工艺性好等。 通常用优质耐磨铸铁、花岗岩、人造花岗岩等。 进给驱动系统：精密机床必须具有精密的进给驱动精度。 精密和超精密加工的精度由检测精度来保证的，为了消除误差，必须使用 误差补偿技术。
精密与超精密加工技术
3、磨削液的作用： 冷却作用、润滑作用、清洗作用等。一般选用乳化
液和离子型磨削液。 4、磨削加工一般安排在最后的终加工阶段。 5、磨削质量评价：
加工表面的几何特征：表面粗糙度、加工表面缺陷 加工表面层材料的性能：塑性变形与加工硬化、残 余应力与金相组织变化。 6、磨削力的影响因素：砂轮速度 、工件速度及进给 量 、砂轮的磨损 。
1）金刚石刀具超精密切削； 2）精密和镜面磨削； 3）精密研磨和抛光；
1.金刚石刀具超精密切削
精密与超精密加工技术.ppt
2.2精密与超精密加工的主要方法
1、 ELID（Electrolytic In-Process Dressing）
金刚石砂轮
（铁纤维结合剂）
电源
电刷
冷却液
＋－
进给
冷却液
图2-8 ELID磨削原理
使用ELID磨削，冷却液为一种特殊电解液。通电后，砂 轮结合剂发生氧化，氧化层阻止电解进一步进行。在切削 力作用下，氧化层脱落，露出了新的锋利磨粒。由于电解 修锐连续进行，砂轮在整个磨削过程保持同一锋利状态。
Ra ＜0.02μm
雷达导波管 平面度垂直度误差 ＜ 0.1μm Ra ＜0.02μm
卫星仪表轴承 圆柱度误差 ＜0.01μm
Ra ＜0.002μm
天体望远镜 形状误差 ＜ 0.03μm
Ra ＜0.01μm
精密加工与超精密加工的发展（图2-1）
2.1 概 述
加工误差（μm）
102 101 100 10-1 10-2 10-3
1140 1020 640 720
2.2精密与超精密加工的主要方法
金刚石刀具
超精切削刀具材料：天然金刚石，人造单晶金刚石
金刚石的晶体结构：规整的单晶金刚石晶体有八面体、
十二面体和六面体，有三根4次对称轴，四根3次对称轴和
六根2次对称轴（图2-4）。
L4 （100）
L2
L3
（111）
（110）
与高新技术产品紧密结合 精密与超精密加工设备造价高，难成系列。常常针对某一 特定产品设计（如加工直径3m射电天文望远镜的超精密车 床，加工尺寸小于1mm微型零件的激光加工设备）。 与自动化技术联系紧密 广泛采用计算机控制、适应控制、再线检测与误差补偿技 术，以减小人的因素影响，保证加工质量。
《精密超精密加工》课件
04
精密超精密加工材料
金属材料
01
02
03
钢铁
常用的金属材料，具有高 强度、耐磨性和耐腐蚀性 ，适用于各种精密超精密 加工应用。
铜合金
具有良好的导热性和导电 性，广泛用于电子和通信 行业。
钛合金
具有高强度、轻质和耐腐 蚀性，常用于航空和医疗 领域。
非金属材料
陶瓷
具有高硬度、耐高温和化学稳定性，适用于高精度和 高硬度的加工需求。
详细描述
防止加工过程中的损伤需要从多个方面入手，包括优化刀具设计、选择合适的切削参数 、加强刀具管理和维护等。此外，采用新型的涂层技术和刀具材料也是防止损伤的有效
手段。
06
பைடு நூலகம்
精密超精密加工的应用案例
航空航天领域的应用案例
总结词
精密超精密加工技术在航空航天领域的应用广泛，涉 及发动机叶片、涡轮盘、航空仪表等关键部件的制造 。
这些技术包括离子束加工、电子束加工、激光束加工等。这些技术通常具有更高的加工精度和更广泛 的适用范围，可以应用于各种不同的材料和领域。
03
精密超精密加工设备与工具
超精密切削加工设备
01
超精密切削加工设备主要用于高 精度零件的切削加工，其特点是 切削精度高、加工表面质量好、 加工效率高。
02
常见的超精密切削加工设备包括 数控机床、激光切割机、水切割 机等。
汽车工业领域的应用案例
总结词
精密超精密加工技术在汽车工业领域的应用主要涉及 汽车发动机、变速器、制动系统等关键零部件的制造 。
详细描述
在汽车工业领域，精密超精密加工技术主要用于制造汽 车发动机、变速器、制动系统等关键零部件。这些零部 件的性能对汽车的性能和安全性有重要影响。精密超精 密加工技术能够提高零部件的精度和耐磨性，降低摩擦 和阻力，提高燃油经济性和排放性能。同时，还能缩短 产品研发周期，提高生产效率，降低制造成本。
精密和超精密加工技术PPT课件
Precision and ultraprecision machining
精密和超精密加工技术
1
教材：《精密和超精密加工技术》(第2版) 袁哲俊、王先逵主编 机械工业出版社
➢ 学时：28 ➢ 周二下午5-6节(H514) ➢ 周四上午1-2节(H514)
参考材料： 1、张建华主编《精密与特种加工技术》 2、王先逵编《精密加工技术实用手册》，
8
1.1 发展精密和超精密加工技术的重要性
精密和超精密加工是先进制造技术的基础和关键
作为制造技术的主战场，作为真实产品的实 际制造，必然要靠精密加工和超精密加工技术， 例如，计算机工业的发展不仅要在软件上，还要 在硬件上，即在集成电路芯片上有很强的能力， 应该说，当前，我国集成电路的制造水平约束了 计算机工业的发展。美国制造工程研究者提出的 汽车制造业的“两毫米工程”使汽车质量赶上欧、 日水平，其中的举措都是实实在在的制造技术。
热流动加工（高频电流、热射流、电子束、激光） 液体、气体流动加工（压铸、挤压、喷射、浇铸） 微粒子流动加工
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精密和超精密加工方法分类（2）
分类 切削加工 磨料加工
特种加工
复合加工
加工方法
等离子体切削 微细切削 微细钻削
微细磨削 研磨 抛光 弹性发射加工 喷射加工
电火花成形加工 电火花切割加工 电解加工 超声波加工 微波加工 电子束加工 粒子束去除加工 激光去除加工 光刻加工
段，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、超精密加工三个阶段。
➢精密加工：加工精度在0.1～1µm，加工表面粗糙
度在Ra0.02～0.1µm之间的加工方法称为精密加工；
➢超精密加工：加工精度高于0.1µm，加工表面粗糙
精密和超精密加工技术
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教材：《精密和超精密加工技术》(第2版) 袁哲俊、王先逵主编 机械工业出版社
➢ 学时：28 ➢ 周二下午5-6节(H514) ➢ 周四上午1-2节(H514)
参考材料： 1、张建华主编《精密与特种加工技术》 2、王先逵编《精密加工技术实用手册》，
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1.1 发展精密和超精密加工技术的重要性
精密和超精密加工是先进制造技术的基础和关键
作为制造技术的主战场，作为真实产品的实 际制造，必然要靠精密加工和超精密加工技术， 例如，计算机工业的发展不仅要在软件上，还要 在硬件上，即在集成电路芯片上有很强的能力， 应该说，当前，我国集成电路的制造水平约束了 计算机工业的发展。美国制造工程研究者提出的 汽车制造业的“两毫米工程”使汽车质量赶上欧、 日水平，其中的举措都是实实在在的制造技术。
热流动加工（高频电流、热射流、电子束、激光） 液体、气体流动加工（压铸、挤压、喷射、浇铸） 微粒子流动加工
5
精密和超精密加工方法分类（2）
分类 切削加工 磨料加工
特种加工
复合加工
加工方法
等离子体切削 微细切削 微细钻削
微细磨削 研磨 抛光 弹性发射加工 喷射加工
电火花成形加工 电火花切割加工 电解加工 超声波加工 微波加工 电子束加工 粒子束去除加工 激光去除加工 光刻加工
段，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、超精密加工三个阶段。
➢精密加工：加工精度在0.1～1µm，加工表面粗糙
度在Ra0.02～0.1µm之间的加工方法称为精密加工；
➢超精密加工：加工精度高于0.1µm，加工表面粗糙
超精密加工技术教学课件.ppt
3 精密和超精密加工的需求
国防工业上的需求
超精密加工技术在尖端产品和现代化武器制造中占有非常重要 的地位。
例如：导弹的命中精度是由惯性仪表的精度决定的，而惯性仪 表的关键部件是陀螺仪，如果1 kg重的陀螺转子，其质量中心 偏离对称轴0.5 nm，则会引起100 m的射程误差和50 m的轨 道误差。美国民兵Ⅲ型洲际导弹系统陀螺仪的精度为0.03°～ 0.05°，其命中精度的概率误差为500 m；而MX战略导弹(可 装载10个核弹头)制导系统陀螺仪精度比民兵Ⅲ型导弹高出一 个数量级，从而保证命小精度的概率误差只有50～150 m。
2021/2/2
4 超精密加工技术的发展趋势
精密和超精密加工的关键技术
被加工材料
精密和超精密加工的零件，其材料的化学成分、物理力学性能、 加工工艺性能均有严格要求： 1）被加工材料质地均匀，性能稳定，无外部及内部微观缺陷； 2）化学成分的误差应在10-2～10-3数量级，不能含有杂质； 3）物理力学性能，如拉伸强度、硬度、延伸率、弹性模量、热 导率和膨胀系数等应达到10-5～10-6数量级； 4）材料在冶炼、铸造、辗轧、热处理等工艺过程中，应严格控 制熔渣过滤、辗轧方向、温度等，使材质纯净、晶粒大小匀称、 无方向性，能满足物理、化学、力学等性能要求。
2021/2/2
服役的哈勃望远镜
狮子座螺旋星系
2021/2/2宇宙深处的星体
银河系环形星群
3 精密和超精密加工的需求
信息产品中的需求
➢ 计算机磁盘的存储量在很大程度上取决于磁头与磁盘之间的距离(即所 谓“飞行高度”)，早期磁头在盘面上的飞行高度约0.1μm～0.5μm，现在 的水平已经达到 0.005μm～0.01μm，这只是人类头发直径的千分之一 。 为了实现如此微小的“飞行高度”，要求加工出极其平坦、光滑的磁盘基 片及涂层。 ➢计算机上的芯片、磁板基片、光盘基片等都需要超精密加工技术来制造。 ➢录像机的磁鼓、复印机的感光鼓、各种磁头、激光打印机的多面体、喷 墨打印机的喷墨头等都必须进行超精密加工，才能达到质量要求。
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磨
铸铁基金刚石砂
削 轮采用电解腐蚀修整
铁氧体 精细陶瓷 超硬合金 Ge、Si 玻璃
磁头 红外用光学元件 非球面玻璃透镜 各种模具
ELID磨削
沥青抛光盘、石
基于理论分析的平面研磨机 水晶LiTaO3
蜡抛光盘、合成树脂
大口径光学元件用研磨机
镜
抛光盘 微细磨料、软质磨
液中研磨机、EEM装置、 浮法抛光张之、P－MAC抛光
红外用光学元件
切
金刚石刀具得结晶
采用空气轴承、流体轴承及
削
方位选择 金刚石刀具刃口评
空气道轨等的高精度化 高刚度化
价改进型SEM
冷却、空调、防振
激光核聚变用光学元件 X射线天体望远镜用元件
镜 面
树脂结合剂金刚石 砂轮添加Mo2S2、 WS2、C等
采用高速运算装置控制
高刚度化的新方案： Tetraform结构球壳结构
精密和超精密加工方法分类（2）
分 微细切削 微细钻削
微细磨削 研磨 抛光 弹性发射加工 喷射加工
可加工材料 应
用
各种材料 有色金属及其合金 低碳钢、铜、铝
熔断钼、钨等高熔点材料，硬质合金 球，磁盘，反射镜，多面棱镜
油泵油嘴，化学喷丝头，印刷电路板
黑色金属、硬脆材料 金属、半导体、玻璃 金属、半导体、玻璃 金属、非金属 金属、玻璃、水晶
2021/2/2
1 精密和超精密加工的技术内涵
精密和超精密加工方法分类（1）
分类 去除加工
结合加工
变形加工
2021/2/2
加工机理
加工方法
化学分解（气体、液体、固体） 电解（液体） 蒸发（真空、气体） 扩散（固体） 熔化（液体） 溅射（真空）
化学附着 化学结合 电化学附着 电化学结合 热附着 扩散结合 熔化结合 物理附着 注入
Ultraprecision machining 3.2 超精密加工技术
3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5
概述 超精密切削与金刚石刀具 超精密磨料加工 超精密加工设备 纳米加工技术
2021/2/2
参考材料：
1、张建华主编《精密与特种加工技术》 2、於贻琛《精密机床》 3、袁哲俊、王先逵主编
段，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、超精密加工三个阶段。
➢精密加工：加工精度在0.1～1µm，加工表面粗糙
度在Ra0.02～0.1µm之间的加工方法称为精密加工 ；
➢超精密加工：加工精度高于0.1µm，加工表面粗
糙度小于Ra0.01µm之间的加工方法称为超精密加工 （微细加工、超微细加工、光整加工、精整加工等
面 料、易微细化的磨料 装置
研
软质工具的采用： 氟化树脂发泡体跑关
磨 盘、液体工具－EEM
NC化CAM化
LiNbO3 GGG Si、GaAs 精细陶瓷
CVD SiC膜
及浮动抛光
玻璃
压电滤波器基片 SAW元件基片 半导体基片 各种模具 SOR用X射线光学元件 激光核聚变用各种光学元 件 投影透镜
2021/2/2
《精密和超精密加工技术》机械工 业出版社
2021/2/2
3.2.1 概述
1 精密和超精密加工的技术内涵 2 超精密加工技术的国内外发展现状 3 精密和超精密加工的需求 4 超精密加工技术的发展趋势
2021/2/2
1 精密和超精密加工的技术内涵
精密和超精密加工的加工范畴
➢精密和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶
热流动加工（高频电流、热射流、电子束、激光） 液体、气体流动加工（压铸、挤压、喷射、浇铸） 微粒子流动加工
2. 结合加工
利用物理和化学方法，将不同材料结合(Bonding)在一起。 按结合的机理、方法、强弱等，结合加工又分为附着 (Deposition)、注入(Injection)和连接(Jointed)三种。
集成电路基片的外圆、平面磨削 平面、空、外圆加工，硅片基片 平面、空、外圆加工，硅片基片 硅片基片 刻槽，切断，图案成形，破碎
特种加工
复合加工
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电火花成形加工 电火花切割加工 电解加工 超声波加工 微波加工 电子束加工 粒子束去除加工 激光去除加工 光刻加工
电解磨削 电解抛光 化学抛光
2 超精密加工国内外发展现状
国内外现状
(1)美国是开展研究最早的国家。 (2)日本是当今世界上超精密加工技术发展最快的 国家 。 (3)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 20世密纪5机0年床代末和，部由于件航。天等尖端技术发展的需要，美国首先发展了金刚石
热表面流动 粘滞性流动 摩擦流动
刻蚀（曝光），化学抛光，软质粒子机械化学抛光 电解加工，电解抛光 电子束加工，激光加工，热射线加工 扩散去除加工 熔化去除加工 粒子束溅射去除加工，等离子体加工
化学镀，气相镀 氧化，氮化 电镀、电铸 阳极氧化 蒸镀（真空蒸镀），晶体生长，分子束外延 烧结，掺杂，渗碳 浸镀，熔化镀 溅射沉淀，离子沉淀（离子镀） 离子溅射注入加工
附着加工：称为沉积加工，是指在工件表面上覆盖一层物 质。这是一种弱结合，其典型的加工方法是镀。
注入加工又称为渗入加工，是指在工件表面上注入某些元 素，使之与基体材料产生物理化学反应。这是一种具有共价键、 离子键、金属键的强结合，用以改变工件表层材料的力学机械 性质，如渗碳、渗氮等。
连接是指将两种相同或不同材料通过物化方法连接在一起， 如20焊21/2接/2 、粘接等。
3. 变形加工 变形加工又称为流动加工，它利用力、热、分子运动等手 段使工件产生变形，改变其尺寸、形状和性能。 多年来，传统加工的概念一直局限于去除加工和表面结合 加工。近年来，人们提出了电铸、晶体生长、分子束外延和快 速成型等加工方法，突破了传统加工的概念。 例如：镁合金，钛合金的变形。
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各种材料 金属，半导体 金属，半导体
刃磨，成形，平面，内圆 平面，外圆，型面，细金属丝，槽 平面
精密切削、磨削、研磨实例
工具等
加工装置
材料
用途、零件等
金刚石刀具刃口锋
Al、Cu、塑料等软质材料 磁盘基板
镜
利化 利用CBN刀具切
面 削钢
无电解Ni膜Ge，Si KDP、 各种模具
LiNbO3、玻璃
各种发射镜
导电金属，非金属 导电金属 金属，非金属 硬脆金属，非金属 绝缘金属，半导体 各种材料 各种材料 各种材料 金属，非金属，半导体
孔，沟槽，狭缝，方孔，型腔 切断，切槽 模具型腔，大空，切槽，成形 刻模，落料，切片，打孔，刻槽 在玻璃、红宝石、陶瓷等上打孔 打孔，切割，光刻 成形表面，刃磨，割蚀 打孔，切断，划线 划线，图形成形