高效精密、超精密加工技術(shù)

1、高效精密、超精密加工技術(shù)高效精密、超精密加工技術(shù)學(xué)號：學(xué)號：201231110329201231110329姓名：張俊杰姓名：張俊杰班級：班級：20122012級工業(yè)工程級工業(yè)工程3 3班班指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師：二二. .分類分類一一.概述概述四四. .高效精密、超精高效精密、超精密加工技術(shù)的發(fā)展和密加工技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀現(xiàn)狀三三. .什么是高效精密、超精密加什么是高效精密、超精密加工技術(shù)？工技術(shù)？五五. .精密超精密加工技術(shù)的作用：精密超精密加工技術(shù)的作用：六六. .精密超精密加工精密超精密加工技術(shù)發(fā)展趨勢技術(shù)發(fā)展趨勢一.概述 先進(jìn)制造技術(shù)AMT(Advanced Manufacturing T

2、echnology)是在傳統(tǒng)制造的基礎(chǔ)上，不斷吸收機(jī)械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理技術(shù)等方面的成果，將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)優(yōu)質(zhì)質(zhì)、高效高效、低耗低耗、清潔清潔、靈活生產(chǎn)靈活生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變的市場的適應(yīng)能力適應(yīng)能力和競爭能力競爭能力的制造技術(shù)的總稱，也是取得理想技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的制造技術(shù)的總稱。二.分類三.什么是高效精密、超精密加工技術(shù)？Click here to add your text.Click here to add your text.Click here to add your text.Click here to a

3、dd your text.Click here to add your text.Click here to add your text.Click here to add your text.Click here to add your text.Click here to add your text.Click here to add your text.什么是高效精密、超精密加工技術(shù)？原始社會石器工具美國金剛石超精密切削技術(shù)（SPDT）非球面加工機(jī)床超精密機(jī)床研究計劃（POMA）微米和納米級技術(shù)12345四四. .高效精密、超精密加工技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀高效精密、超精密加工技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀發(fā)

4、展里程事件發(fā)展里程事件現(xiàn)狀：美國是開展研究最早的國家(單件大型零件加工)。 日本是當(dāng)今世界上超精密加工技術(shù)發(fā)展最快的國家（中小零件加工） 。 我國的超精密加工技術(shù)在70年代末期有了長足進(jìn)步，80年代中期出現(xiàn)了具有世界水平的超精密機(jī)床和部件。1234五.精密超精密加工技術(shù)的作用：標(biāo)題高精度陀螺儀的測量裝置引力探測器標(biāo)題太赫茲技術(shù)的研究需要超精密加工技術(shù)的支撐1.1.精密超精密加工技術(shù)可促進(jìn)現(xiàn)代基礎(chǔ)科精密超精密加工技術(shù)可促進(jìn)現(xiàn)代基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展學(xué)和應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展驗證愛因斯坦的廣義相對論中的2個預(yù)言，即重力場彎曲效應(yīng)和慣性系拖曳效應(yīng)太赫茲技術(shù)在航空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛并非常重要 2.2.精密

5、超精密加工技術(shù)是現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)精密超精密加工技術(shù)是現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)為發(fā)動機(jī)噴嘴零件的精密加工提供可靠保證2激光加工和離子刻蝕對飛機(jī)和導(dǎo)彈慣性系統(tǒng)的小型化起重要作用3超精密加工技術(shù)使導(dǎo)彈關(guān)鍵元器件的精度和質(zhì)量產(chǎn)生了飛躍，進(jìn)而大大提高了導(dǎo)彈的命中率4使激光陀螺得以在飛機(jī)上廣泛應(yīng)用13.3.精密超精密加工技術(shù)是現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭精密超精密加工技術(shù)是現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭的重要技術(shù)支撐的重要技術(shù)支撐超精密加工技術(shù)對國防武器裝備的發(fā)展具有重大影響，掌握超精密加工技術(shù)并具備相應(yīng)的生產(chǎn)能力是國防工業(yè)涉入現(xiàn)代國防科技和武器裝備尖端技術(shù)領(lǐng)域的必要手段， 20世紀(jì)90年代初，美國就將其列為21項美國國防

6、關(guān)鍵技術(shù)之一制造技術(shù)不斷追求的目標(biāo)是質(zhì)量和效制造技術(shù)不斷追求的目標(biāo)是質(zhì)量和效率，其中質(zhì)量就是精度和性能，也就率，其中質(zhì)量就是精度和性能，也就是超精密加工技術(shù)水平的評價指標(biāo)。是超精密加工技術(shù)水平的評價指標(biāo)。前面提到美國、日本、德國、瑞士等前面提到美國、日本、德國、瑞士等國家的精密超精密加工技術(shù)具有很高國家的精密超精密加工技術(shù)具有很高的水平，同時這些國家的制造業(yè)水平的水平，同時這些國家的制造業(yè)水平在全球處于絕對領(lǐng)先地位，而我國雖在全球處于絕對領(lǐng)先地位，而我國雖然近年來由于國家和政府的重視及人然近年來由于國家和政府的重視及人力物力的投入，制造業(yè)已經(jīng)有了長足力物力的投入，制造業(yè)已經(jīng)有了長足的進(jìn)步，但是

7、目前我國還只能稱作制的進(jìn)步，但是目前我國還只能稱作制造大國，為了向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變，必須造大國，為了向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變，必須提高精密超精密加工技術(shù)的水平。提高精密超精密加工技術(shù)的水平。4.4.精密超精密加工技術(shù)是衡量一個國家制精密超精密加工技術(shù)是衡量一個國家制造水平高低的重要標(biāo)志造水平高低的重要標(biāo)志所謂超精密加工技術(shù)基礎(chǔ)理論，是指在了解并掌握超精密加工過程的基本規(guī)所謂超精密加工技術(shù)基礎(chǔ)理論，是指在了解并掌握超精密加工過程的基本規(guī)律和現(xiàn)象的描述后才能駕馭這一過程，取得預(yù)期結(jié)果。例如上世紀(jì)律和現(xiàn)象的描述后才能駕馭這一過程，取得預(yù)期結(jié)果。例如上世紀(jì)9090年代初，年代初，日本學(xué)者用金剛石車刀在日本學(xué)者用金剛

8、石車刀在LLNLLLNL的的DTM3DTM3上加工出最薄的連續(xù)切屑的照片，當(dāng)時上加工出最薄的連續(xù)切屑的照片，當(dāng)時認(rèn)為達(dá)到了認(rèn)為達(dá)到了1nm1nm的切削厚度，已成為世界最高水平，并至今無人突破（如圖的切削厚度，已成為世界最高水平，并至今無人突破（如圖4 4）。那么超精密切削極限尺度是多少、材料此時是如何去除的，此外超精密）。那么超精密切削極限尺度是多少、材料此時是如何去除的，此外超精密加工工藝系統(tǒng)在力、熱、電、磁、氣等多物理量加工工藝系統(tǒng)在力、熱、電、磁、氣等多物理量/ /場復(fù)雜耦合下的作用機(jī)理是場復(fù)雜耦合下的作用機(jī)理是什么、此時系統(tǒng)的動態(tài)特性、動態(tài)精度及穩(wěn)定性如何保證等都需要得到新理什么、此時

9、系統(tǒng)的動態(tài)特性、動態(tài)精度及穩(wěn)定性如何保證等都需要得到新理論的支持。論的支持。六六. .精密超精密加工技術(shù)發(fā)展趨勢精密超精密加工技術(shù)發(fā)展趨勢超精密加工技術(shù)基礎(chǔ)理論和實驗還需進(jìn)一步不斷發(fā)展1鈦合金是航空最常用的材料之一，氫作為有害雜質(zhì)元素對鈦合金的使用性能有極其不鈦合金是航空最常用的材料之一，氫作為有害雜質(zhì)元素對鈦合金的使用性能有極其不利的影響，如會引起鈦合金氫脆、應(yīng)力腐蝕及延遲斷裂等，但是近年來研究表明通過利的影響，如會引起鈦合金氫脆、應(yīng)力腐蝕及延遲斷裂等，但是近年來研究表明通過合理有效地控制滲氫、相變及除氫等過程，獲得鈦合金組織結(jié)構(gòu)的變化，從而可以改合理有效地控制滲氫、相變及除氫等過程，獲得鈦

10、合金組織結(jié)構(gòu)的變化，從而可以改善其加工性能，提高加工表面質(zhì)量和效率。同樣通常認(rèn)為黑色金屬是無法利用天然金善其加工性能，提高加工表面質(zhì)量和效率。同樣通常認(rèn)為黑色金屬是無法利用天然金剛石進(jìn)行超精密切削加工的，多年來也一直在進(jìn)行各種工藝研究，如利用低溫流體剛石進(jìn)行超精密切削加工的，多年來也一直在進(jìn)行各種工藝研究，如利用低溫流體（液氮或二氧化碳）冷卻切削區(qū)進(jìn)行低溫冷卻車削、采用超聲振動切削黑色金屬、采（液氮或二氧化碳）冷卻切削區(qū)進(jìn)行低溫冷卻車削、采用超聲振動切削黑色金屬、采用金剛石涂層刀具等，采用離子滲氮和氣體滲氮工藝對模具鋼進(jìn)行處理，但上述方法用金剛石涂層刀具等，采用離子滲氮和氣體滲氮工藝對模具鋼進(jìn)

11、行處理，但上述方法到目前為止還無法工程化應(yīng)用。近年來通過離子注入輔助方式改變被加工材料表層的到目前為止還無法工程化應(yīng)用。近年來通過離子注入輔助方式改變被加工材料表層的可加工性能，實現(xiàn)硅等硬脆材料復(fù)雜形狀的高效超精密切削?？杉庸ば阅?，實現(xiàn)硅等硬脆材料復(fù)雜形狀的高效超精密切削。六六. .精密超精密加工技術(shù)發(fā)展趨勢精密超精密加工技術(shù)發(fā)展趨勢被加工材料和工藝方法也在不斷擴(kuò)展2微結(jié)構(gòu)功能表面具有特定的拓?fù)湫螤?，結(jié)構(gòu)尺寸一般為微結(jié)構(gòu)功能表面具有特定的拓?fù)湫螤睿Y(jié)構(gòu)尺寸一般為10100m10100m，面形精度小于，面形精度小于0.1m0.1m，其表面微結(jié)構(gòu)具有紋理結(jié)構(gòu)規(guī)則、高深寬比、幾何特性確定等特點(diǎn)，如凹

12、槽，其表面微結(jié)構(gòu)具有紋理結(jié)構(gòu)規(guī)則、高深寬比、幾何特性確定等特點(diǎn)，如凹槽陣列、微透鏡陣列、金字塔陣列結(jié)構(gòu)等，這些表面微結(jié)構(gòu)使得元件具有某些特定的功陣列、微透鏡陣列、金字塔陣列結(jié)構(gòu)等，這些表面微結(jié)構(gòu)使得元件具有某些特定的功能，可以傳遞材料的物理、化學(xué)性能等，如粘附性、摩擦性、潤滑性、耐磨損性，或能，可以傳遞材料的物理、化學(xué)性能等，如粘附性、摩擦性、潤滑性、耐磨損性，或者具備特定的光學(xué)性能等。例如在航空、航天飛行器宏觀表面加工出微納結(jié)構(gòu)形成功者具備特定的光學(xué)性能等。例如在航空、航天飛行器宏觀表面加工出微納結(jié)構(gòu)形成功能性表面，不僅可以減小飛行器的風(fēng)阻、摩阻，減小摩擦，還可以避免結(jié)冰層形成，能性表面，不

13、僅可以減小飛行器的風(fēng)阻、摩阻，減小摩擦，還可以避免結(jié)冰層形成，提高空氣動力學(xué)和熱力學(xué)功能，從而達(dá)到增速、增程、降噪等目的，同時表面特定的提高空氣動力學(xué)和熱力學(xué)功能，從而達(dá)到增速、增程、降噪等目的，同時表面特定的微結(jié)構(gòu)特征還能起到隱身功能，增強(qiáng)突防能力。微結(jié)構(gòu)特征還能起到隱身功能，增強(qiáng)突防能力。六六. .精密超精密加工技術(shù)發(fā)展趨勢精密超精密加工技術(shù)發(fā)展趨勢微納結(jié)構(gòu)功能表面的超精密加工技術(shù)3超精密加工技術(shù)從發(fā)展之初是為了保證一些關(guān)鍵零部件的最終精度，所以當(dāng)初并不是超精密加工技術(shù)從發(fā)展之初是為了保證一些關(guān)鍵零部件的最終精度，所以當(dāng)初并不是以加工效率為目標(biāo)，更多關(guān)注的是精度和表面質(zhì)量，例如一些光學(xué)元件

14、最初的加工周以加工效率為目標(biāo)，更多關(guān)注的是精度和表面質(zhì)量，例如一些光學(xué)元件最初的加工周期是以期是以“年年”為加工周期。但是隨著零件尺寸的進(jìn)一步加工增大和數(shù)量的增多，目前為加工周期。但是隨著零件尺寸的進(jìn)一步加工增大和數(shù)量的增多，目前對超精密加工的效率也提出了要求。例如為了不斷提高觀察天體范圍和清晰度，需不對超精密加工的效率也提出了要求。例如為了不斷提高觀察天體范圍和清晰度，需不斷加大天文望遠(yuǎn)鏡的口徑，這就同樣存在天文版的摩爾定律，即每隔若干年，光學(xué)望斷加大天文望遠(yuǎn)鏡的口徑，這就同樣存在天文版的摩爾定律，即每隔若干年，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的口徑增大一倍，如建于遠(yuǎn)鏡的口徑增大一倍，如建于19171917年位于美國威爾遜山天文臺的年位于美國威爾遜山天文臺的HookerHooker望遠(yuǎn)鏡