什麽(me)是準確定性超精密加工?超精密切削加工?超精密特種加工?
07-26-2021
什麽是準確定性超精密加工?超精密切削加工?超精(jīng)密特種加(jiā)工?


20世紀60年代為了適應核能、大規(guī)模集成(chéng)電路、激(jī)光和航天等(děng)尖端技術的需要而發展起來的(de)精度極高的一種加工(gōng)技術。到80年代初,其(qí)最(zuì)高加工尺寸精度已(yǐ)可達10納米(1納米=0.001微米)級,表麵粗(cū)糙度達1納米(mǐ),加工的最小尺(chǐ)寸(cùn)達 1微(wēi)米,正在向納米級加工尺寸精度的目標前進。納(nà)米級的超精密加(jiā)工(gōng)也稱為納米工藝(nano-technology) 。超精密加工是處於發展中的跨學科綜合技術。20 世紀 50 年代至(zhì) 80 年代為技術開創期。20 世紀 50 年(nián)代末,出於航天、國防等尖端技術發(fā)展的需要,美國率先發展(zhǎn)了超精密加工技術,開(kāi)發了(le)金剛石刀具超精密(mì)切削——單點金剛石切(qiē)削(Single point diamond turning,SPDT)技術,又稱為“微英寸技術”,用於加工激光核聚變反射鏡、戰術導(dǎo)彈及載人飛(fēi)船用球麵、非球麵大型零件等。


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如在加丁過程中(zhōng)對研拋工具形狀、工件支(zhī)撐狀態以及(jí)加工參(cān)數(shù)等進行實時自適應控製,從而提高了加工精度和效率,發展成為“準確定性”超精密加工技術,這種方式是目前光學元件的主要加工方式,其中典型的準確定性超精密加工工藝包括小磨頭拋(pāo)光、磁流變拋光、氣囊拋光、離(lí)子束拋光、應力盤拋光等(děng),這些超精密加丁工(gōng)藝可以通過控製駐留時間、壓力、工件轉速等參(cān)數確定去(qù)除函數,預(yù)知準確的材料去除量從而最終控製工件的麵形(見圖1-6(b))。




超精(jīng)密加工(gōng)


與非確定性超精密加工技術相比(bǐ),準確定性超精密加T技術具有以下特點:


①對加工設(shè)備精度要(yào)求較(jiào)高:由於加工過程中需要控製加(jiā)工點和丁具的(de)相對位置(zhì)精度,所以要求加工設備具有較高的重複定位(wèi)精度,一(yī)般要求在0.01mm左右即可滿足使用要求(qiú);


②由於通過理論計算或試驗可以得到加工過程的去(qù)除(chú)函數,所(suǒ)以較為準確地控製每次加工的去(qù)除量,通過對(duì)去除函數收斂性(xìng)的分析仿真可以大大縮短加(jiā)工周期,這樣不僅提高了加丁精度,同時(shí)也縮短(duǎn)了加工效率、降低了生產(chǎn)成本;


③可以通過加工設備複雜的多軸運動控製工(gōng)具的軌跡,進行包括非球麵、自由曲麵等複雜曲(qǔ)麵超精密加工。


超精(jīng)密切削加工


主要有超精密車削、鏡麵磨削和(hé)研磨等。在超精密車(chē)床上用經(jīng)過精細研磨的單晶金剛石車刀進行微量車削,切(qiē)削(xuē)厚度僅1微米左右,常用於加工有(yǒu)色金屬材料的球麵、非球麵和平麵的反射鏡等高精度、表麵高度光潔的零件。例如加工核聚變裝置用的直徑為800毫米的非球麵反射鏡,最(zuì)高精度可達0.1微米,表麵粗糙度為Rz0.05微米。


超(chāo)精密特種加工(gōng)


加工精度以納米,甚至最(zuì)終以原子單位(原子晶格距離(lí)為0.1~0.2納米)為目標時(shí),切削加(jiā)工(gōng)方(fāng)法已不能(néng)適應,需(xū)要借助特種加工的方法,即應用化學能、電化學能、熱(rè)能或(huò)電能等,使這些能量超(chāo)越原子間的結合能,從而去除工(gōng)件表麵的部分原子間的附著、結合或晶格變形,以達到超精密加工的目的。屬於這類加工的(de)有機械化學拋光、離子濺射和離子(zǐ)注入、電子束曝射、激光束加工(gōng)、金屬(shǔ)蒸(zhēng)鍍(dù)和分子束外延等。這些方法的特(tè)點是對表麵層物質去除或添加的(de)量可以作極細微的控製。但是要獲得超精密的加工精度,仍有賴於精密的加工設備和精確的控製係(xì)統,並采用超精密掩膜作中(zhōng)介物。例如超大規模集成電路的製版就是采用電子束對掩膜上的光致抗蝕(shí)劑(見光刻)進(jìn)行曝射,使光致抗蝕劑的原子在電子撞擊下直接聚合(或分解),再用顯影劑把聚合過的或未聚(jù)合過的部分溶解掉,製成掩膜。電子束曝射製版需要采用工作台定位精度高達±0.01微米的超精密加工設(shè)備。
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