1、 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 一、精密與超精密加工概念一、精密與超精密加工概念 隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，精密加工和超精隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，精密加工和超精密加工在機(jī)械工業(yè)、輕工業(yè)、電子工業(yè)及國(guó)密加工在機(jī)械工業(yè)、輕工業(yè)、電子工業(yè)及國(guó)防等工業(yè)中已占有越來(lái)越重要的地位。防等工業(yè)中已占有越來(lái)越重要的地位。精密精密加工是指在一定的發(fā)展時(shí)期，加工精度和表加工是指在一定的發(fā)展時(shí)期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到較高程度的加工工藝。面質(zhì)量達(dá)到較高程度的加工工藝。 超精密加工超精密加工是指加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到是指加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到最最高程度高程度的精密加工工藝。的精密加工工藝。過(guò)去的超精密加工過(guò)去的超精密加工在今天

2、來(lái)說(shuō)就是精密加工或一般加工。在今天來(lái)說(shuō)就是精密加工或一般加工。 精密加工和超精密加工的界限將隨著科學(xué)技精密加工和超精密加工的界限將隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步而逐步向前推移。術(shù)進(jìn)步而逐步向前推移。 當(dāng)前當(dāng)前一般加工一般加工, ,加工精度在加工精度在1010m m左右左右, ,表面粗表面粗糙度糙度RaRa0.30.30.80.8m m的加工技術(shù)，如車、銑、的加工技術(shù)，如車、銑、刨、磨、鏜、鉸等。適用于汽車、拖拉機(jī)和刨、磨、鏜、鉸等。適用于汽車、拖拉機(jī)和 機(jī)床等產(chǎn)品的制造。機(jī)床等產(chǎn)品的制造。 精密加工精密加工是指被加工零件的加工精度為是指被加工零件的加工精度為1 10.10.1m，表面粗糙度為，表面粗糙度為R

3、a0.2Ra0.20.0250.025m的的加工技術(shù)；如金剛鏜、研磨、珩磨、超精加加工技術(shù)；如金剛鏜、研磨、珩磨、超精加工、砂帶磨削、鏡面磨削和冷壓加工等。適工、砂帶磨削、鏡面磨削和冷壓加工等。適用于精密機(jī)床、精密測(cè)量?jī)x器等產(chǎn)品中關(guān)鍵用于精密機(jī)床、精密測(cè)量?jī)x器等產(chǎn)品中關(guān)鍵零件的加工，如精密絲杠、精密齒輪、精密零件的加工，如精密絲杠、精密齒輪、精密蝸輪、精密導(dǎo)軌、精密軸承等。蝸輪、精密導(dǎo)軌、精密軸承等。 而而超精密加工超精密加工是指被加工零件的尺寸精度在是指被加工零件的尺寸精度在0.10.1m 0.010.01m ，表面粗糙度，表面粗糙度Ra0.025Ra0.025m，以及所用機(jī)床定位精度的分辯

4、率和重復(fù)性高于以及所用機(jī)床定位精度的分辯率和重復(fù)性高于0.010.01m的加工技術(shù)。如的加工技術(shù)。如金剛石刀具超精密車金剛石刀具超精密車削削、超精密磨料加工超精密磨料加工、超精密特種加工超精密特種加工和復(fù)合和復(fù)合加工等。適合于精密元件、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)元件、大加工等。適合于精密元件、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)元件、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的制造。目前超精密規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的制造。目前超精密加工精度正處于亞納米級(jí)工藝，加工精度正處于亞納米級(jí)工藝， 正在向納米級(jí)（正在向納米級(jí)（1010-2-21010-3-3m，1nm=101nm=10-3m）的加工技術(shù)發(fā)展。的加工技術(shù)發(fā)展。 納米加工技術(shù)是當(dāng)前最精密的制造工藝，從納

5、米加工技術(shù)是當(dāng)前最精密的制造工藝，從物質(zhì)加工精度的理論上分析，納米工藝的加物質(zhì)加工精度的理論上分析，納米工藝的加工方法（如離子濺射去除、鍍膜和注入等）工方法（如離子濺射去除、鍍膜和注入等）可以達(dá)到去除、附著或結(jié)合以原子或分子為可以達(dá)到去除、附著或結(jié)合以原子或分子為單位的物質(zhì)層，因此已經(jīng)深入到物質(zhì)內(nèi)部結(jié)單位的物質(zhì)層，因此已經(jīng)深入到物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這往往已經(jīng)是單純常規(guī)加工所難以達(dá)到構(gòu)，這往往已經(jīng)是單純常規(guī)加工所難以達(dá)到的了。的了。 因此超精密加工技術(shù)是指該時(shí)代接近于加工因此超精密加工技術(shù)是指該時(shí)代接近于加工極限的加工技術(shù)。極限的加工技術(shù)。 圖圖2-12-1給出了當(dāng)前一般加工、精密加工和超精給出了當(dāng)前

6、一般加工、精密加工和超精密加工的發(fā)展歷程。密加工的發(fā)展歷程。 從圖中可以看出，預(yù)計(jì)從圖中可以看出，預(yù)計(jì)2121世紀(jì)初，普通機(jī)械世紀(jì)初，普通機(jī)械加工、精密加工和超精密加工可以分別達(dá)到加工、精密加工和超精密加工可以分別達(dá)到1 1m、0.010.01m和和0.0010.001m的水平。的水平。 二、精密加工和超精密加工方法分類二、精密加工和超精密加工方法分類 根據(jù)加工方法的機(jī)理和特點(diǎn)，精密加工和超根據(jù)加工方法的機(jī)理和特點(diǎn)，精密加工和超精密加工方法可分為以下四類。精密加工方法可分為以下四類。 1.1.刀具切削加工刀具切削加工 包括精密加工和超精密車削、精密加工和超包括精密加工和超精密車削、精密加工和超

7、精密銑削、精密加工和超精密鏜削和微孔鉆精密銑削、精密加工和超精密鏜削和微孔鉆削。一般采用金剛石刀具、立方氮化硼、陶削。一般采用金剛石刀具、立方氮化硼、陶瓷及硬質(zhì)合金刀具對(duì)有色金屬及其合金、其瓷及硬質(zhì)合金刀具對(duì)有色金屬及其合金、其它各種材料進(jìn)行切削加工。它各種材料進(jìn)行切削加工。 加工精度可達(dá)加工精度可達(dá)1 10.10.1m，表面粗糙度，表面粗糙度Ra0.05Ra0.050.0080.008m。 其中金剛石刀具超精密車削主要是應(yīng)用天然其中金剛石刀具超精密車削主要是應(yīng)用天然單晶金剛石車刀對(duì)鋁、銅和其它軟金屬進(jìn)行單晶金剛石車刀對(duì)鋁、銅和其它軟金屬進(jìn)行切削加工，可得到極高的精度及表面粗糙度，切削加工，可

8、得到極高的精度及表面粗糙度，所以稱為鏡面車削。金剛石刀具超精密銑削所以稱為鏡面車削。金剛石刀具超精密銑削和鏜削分別用來(lái)加工平面、型面和內(nèi)孔。和鏜削分別用來(lái)加工平面、型面和內(nèi)孔。 2.2.精密和超精密磨料加工精密和超精密磨料加工 精密和超精密磨料加工是利用細(xì)粒度的磨粒精密和超精密磨料加工是利用細(xì)粒度的磨粒和微粉主要對(duì)黑色金屬、硬脆材料等進(jìn)行加和微粉主要對(duì)黑色金屬、硬脆材料等進(jìn)行加工，按具體地加工方法分為精密和超精密磨工，按具體地加工方法分為精密和超精密磨削削, ,加工精度加工精度可達(dá)可達(dá)5 50.50.5m m，表面粗糙度表面粗糙度Ra0.050.008m）；精密和超精密研磨精密和超精密研磨（加

9、加工精度可達(dá)工精度可達(dá)100.1m，表面粗糙度表面粗糙度Ra0.010.008m）；）； 拋光及超精加工等（加工精度可達(dá)拋光及超精加工等（加工精度可達(dá)1 10.0010.001m m，表面粗糙度表面粗糙度Ra0.025Ra0.0250.0080.008m m）。）。 3.3.精密特種加工精密特種加工 特種加工是指非傳統(tǒng)加工，它是相對(duì)常規(guī)加特種加工是指非傳統(tǒng)加工，它是相對(duì)常規(guī)加工而言的，主要有物理化學(xué)加工和電加工。工而言的，主要有物理化學(xué)加工和電加工。當(dāng)前許多特種加工向精密和微細(xì)方向發(fā)展當(dāng)前許多特種加工向精密和微細(xì)方向發(fā)展（其中離子束去除加工，加工精度可達(dá)（其中離子束去除加工，加工精度可達(dá)0.0

10、010.001m m，表面粗糙度表面粗糙度Ra0.01m）；）； 出現(xiàn)了精密電火花加工、精密電解加工、精出現(xiàn)了精密電火花加工、精密電解加工、精密超聲波加工、分子束加工、電子束加工、密超聲波加工、分子束加工、電子束加工、離子束加工、原子束加工、激光加工、微波離子束加工、原子束加工、激光加工、微波加工、等離子體加工、光刻、電鑄及變形加加工、等離子體加工、光刻、電鑄及變形加工等。工等。 4.4.復(fù)合加工復(fù)合加工 復(fù)合加工是將幾種加工方法疊合在一起，發(fā)復(fù)合加工是將幾種加工方法疊合在一起，發(fā)揮各種加工方法的長(zhǎng)處，達(dá)到高質(zhì)量揮各種加工方法的長(zhǎng)處，達(dá)到高質(zhì)量（加工（加工 精度可達(dá)精度可達(dá)200.01m，表面

11、粗糙度表面粗糙度Ra0.10.008m）高效率。復(fù)合加工又可分為高效率。復(fù)合加工又可分為以下幾種。以下幾種。 1 1）傳統(tǒng)加工與特種加工方法復(fù)合）傳統(tǒng)加工與特種加工方法復(fù)合 這種復(fù)合加工是將傳統(tǒng)的切削加工和特種加這種復(fù)合加工是將傳統(tǒng)的切削加工和特種加工疊合在一起，有兩種作用疊加、三種作用工疊合在一起，有兩種作用疊加、三種作用疊加，甚至于四種作用疊加。疊加，甚至于四種作用疊加。 如電解拋光加工就是在機(jī)械拋光過(guò)程中加上如電解拋光加工就是在機(jī)械拋光過(guò)程中加上電解作用。在研磨劑中加入酸、堿、鹽等活電解作用。在研磨劑中加入酸、堿、鹽等活性物質(zhì)，與被加工表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使金性物質(zhì)，與被加工表面產(chǎn)生化學(xué)反

12、應(yīng)，使金屬表面腐蝕溶解，在研磨時(shí)受磨料的機(jī)械作屬表面腐蝕溶解，在研磨時(shí)受磨料的機(jī)械作用而被去除，從而提高加工效率及質(zhì)量用而被去除，從而提高加工效率及質(zhì)量。 又如超聲電解磨削加工是在磨削過(guò)程中加上又如超聲電解磨削加工是在磨削過(guò)程中加上電解作用，同時(shí)使工件產(chǎn)生超聲振動(dòng)，這三電解作用，同時(shí)使工件產(chǎn)生超聲振動(dòng)，這三種作用的復(fù)合。種作用的復(fù)合。 此外，還有超聲電火花電解磨削，這是四種此外，還有超聲電火花電解磨削，這是四種作用的復(fù)合。作用的復(fù)合。 2 2）特種加工和特種加工方法復(fù)合）特種加工和特種加工方法復(fù)合 如電火花電解加工是電物理和電化學(xué)兩種特如電火花電解加工是電物理和電化學(xué)兩種特種加工的復(fù)合。超聲電

13、解加工是力學(xué)和電化種加工的復(fù)合。超聲電解加工是力學(xué)和電化學(xué)兩種特種加工的復(fù)合，超聲電火花加工等學(xué)兩種特種加工的復(fù)合，超聲電火花加工等都是特種加工的復(fù)合。都是特種加工的復(fù)合。 3 3）傳統(tǒng)加工與傳統(tǒng)加工的復(fù)合）傳統(tǒng)加工與傳統(tǒng)加工的復(fù)合 近年來(lái)，出現(xiàn)了傳統(tǒng)加工與傳統(tǒng)加工的復(fù)合近年來(lái)，出現(xiàn)了傳統(tǒng)加工與傳統(tǒng)加工的復(fù)合加工，如研拋加工就是研磨與拋光的復(fù)合，加工，如研拋加工就是研磨與拋光的復(fù)合，傳統(tǒng)的研磨加工雖然可獲得較高的加工精度傳統(tǒng)的研磨加工雖然可獲得較高的加工精度和較低的表面粗糙度，但生產(chǎn)率較低；和較低的表面粗糙度，但生產(chǎn)率較低； 傳統(tǒng)的拋光加工不能獲得高的加工精度，但傳統(tǒng)的拋光加工不能獲得高的加工

14、精度，但可獲得較低的表面粗糙度和較高的生產(chǎn)率?？色@得較低的表面粗糙度和較高的生產(chǎn)率。 那么將研磨和拋光這兩種加工方法結(jié)合起來(lái)，那么將研磨和拋光這兩種加工方法結(jié)合起來(lái)，將鑄鐵研具改為由硬橡膠、塑料等半硬半軟將鑄鐵研具改為由硬橡膠、塑料等半硬半軟的研具，即可獲得研拋加工的效果。例如，的研具，即可獲得研拋加工的效果。例如，砂帶研拋就是適當(dāng)?shù)剡x擇接觸輪的材料和硬砂帶研拋就是適當(dāng)?shù)剡x擇接觸輪的材料和硬度（選用邵氏度（選用邵氏5555硬橡膠）以達(dá)到同時(shí)發(fā)揮研硬橡膠）以達(dá)到同時(shí)發(fā)揮研磨與拋光的作用。磨與拋光的作用。 三、精密、超精密加工所涉及的技術(shù)領(lǐng)域三、精密、超精密加工所涉及的技術(shù)領(lǐng)域 1.1.加工原理與

15、加工機(jī)理加工原理與加工機(jī)理 一般加工時(shí)，一般加工時(shí)，“工作母機(jī)工作母機(jī)”的精度總是要比被的精度總是要比被加工零件的精度高，這一規(guī)律稱為加工零件的精度高，這一規(guī)律稱為“母性母性”原原則。對(duì)于精密、超精密加工，由于被加工零件則。對(duì)于精密、超精密加工，由于被加工零件的精度要求很高，用更高精度的的精度要求很高，用更高精度的“工作母機(jī)工作母機(jī)”來(lái)加工有時(shí)已不可能，這時(shí)可以利用精度低于來(lái)加工有時(shí)已不可能，這時(shí)可以利用精度低于工件精度要求的機(jī)床設(shè)備，借助于工藝手工件精度要求的機(jī)床設(shè)備，借助于工藝手 段和特殊工具來(lái)加工，這是創(chuàng)造性加工原則，段和特殊工具來(lái)加工，這是創(chuàng)造性加工原則，而且是一種直接式創(chuàng)造性原則。而

16、且是一種直接式創(chuàng)造性原則。 另外，用較低精度的機(jī)床設(shè)備和工具，制造另外，用較低精度的機(jī)床設(shè)備和工具，制造出加工精度比被加工零件精度更高的機(jī)床設(shè)出加工精度比被加工零件精度更高的機(jī)床設(shè)備和工具，即第二代備和工具，即第二代“工作母機(jī)工作母機(jī)”和工具，和工具，再用此設(shè)備加工高精度工件，為間接式創(chuàng)造再用此設(shè)備加工高精度工件，為間接式創(chuàng)造性加工。進(jìn)行創(chuàng)造性加工多采用各種誤差補(bǔ)性加工。進(jìn)行創(chuàng)造性加工多采用各種誤差補(bǔ)償方法來(lái)提高加工精度。償方法來(lái)提高加工精度。 精密、超精密加工的關(guān)鍵是最后一道工序能精密、超精密加工的關(guān)鍵是最后一道工序能夠從被加工表面微量去除表面層，微量去除夠從被加工表面微量去除表面層，微量去

17、除表面層越薄，則加工精度越高，因此微量去表面層越薄，則加工精度越高，因此微量去除是精密、超精密加工的又一條重要原則。除是精密、超精密加工的又一條重要原則。 金剛石刀具超精密切削是當(dāng)前最成功地微量金剛石刀具超精密切削是當(dāng)前最成功地微量切除加工工藝，其切削機(jī)理和一般切削加工切除加工工藝，其切削機(jī)理和一般切削加工是有差別的。是有差別的。 2.2.被加工材料被加工材料 精密、超精密加工的被加工材料，在化學(xué)成精密、超精密加工的被加工材料，在化學(xué)成份、物理機(jī)械性能和制造工藝上都有嚴(yán)格的份、物理機(jī)械性能和制造工藝上都有嚴(yán)格的要求，應(yīng)質(zhì)地均勻、性能一致、穩(wěn)定，無(wú)外要求，應(yīng)質(zhì)地均勻、性能一致、穩(wěn)定，無(wú)外部及內(nèi)部

18、微觀缺陷。超精密加工用的材料，部及內(nèi)部微觀缺陷。超精密加工用的材料，其化學(xué)成分誤差應(yīng)在其化學(xué)成分誤差應(yīng)在1010-2-21010-3-3數(shù)量級(jí)，且不能數(shù)量級(jí)，且不能含有雜質(zhì)；其物理機(jī)械性能（拉伸強(qiáng)度、硬含有雜質(zhì)；其物理機(jī)械性能（拉伸強(qiáng)度、硬度、延伸率、彈性模量、熱導(dǎo)率、膨脹系數(shù)度、延伸率、彈性模量、熱導(dǎo)率、膨脹系數(shù)等）等） 應(yīng)達(dá)應(yīng)達(dá)1010-5-51010-6-6數(shù)量級(jí)。冶煉、鑄造、軋輾、熱數(shù)量級(jí)。冶煉、鑄造、軋輾、熱處理等工藝過(guò)程都應(yīng)嚴(yán)格控制，溫度控制，處理等工藝過(guò)程都應(yīng)嚴(yán)格控制，溫度控制，熔渣過(guò)濾、晶粒大小和方向的控制都對(duì)材料熔渣過(guò)濾、晶粒大小和方向的控制都對(duì)材料的性能有很大的影響。的性能

19、有很大的影響。 精密、超精密加工應(yīng)該用相應(yīng)的精密加工和精密、超精密加工應(yīng)該用相應(yīng)的精密加工和超精密加工用材料，用一般加工用的材料或超精密加工用材料，用一般加工用的材料或不合要求的材料進(jìn)行超精密加工，是不能達(dá)不合要求的材料進(jìn)行超精密加工，是不能達(dá)到預(yù)期效果的。到預(yù)期效果的。 3.3.加工工具加工工具 為實(shí)現(xiàn)超精密切削，刀具應(yīng)具有如下性能：為實(shí)現(xiàn)超精密切削，刀具應(yīng)具有如下性能： (1) (1) 極高的硬度、耐用度和彈性模量，以保證極高的硬度、耐用度和彈性模量，以保證刀具有很長(zhǎng)的壽命和很高的尺寸耐用度；刀具有很長(zhǎng)的壽命和很高的尺寸耐用度； (2) (2) 刃口能磨得極其鋒銳，刀口半徑刃口能磨得極其鋒

20、銳，刀口半徑值極小，值極小，能實(shí)現(xiàn)超薄的切削厚度。能實(shí)現(xiàn)超薄的切削厚度。 (3) (3) 刀刃無(wú)缺陷，因切削時(shí)刃形將復(fù)印在加工刀刃無(wú)缺陷，因切削時(shí)刃形將復(fù)印在加工表面上，故不能得到超光滑的鏡面。表面上，故不能得到超光滑的鏡面。 (4) (4) 與工件材料的抗粘結(jié)性好，化學(xué)親和性與工件材料的抗粘結(jié)性好，化學(xué)親和性小，摩擦系數(shù)低，能得到極好的加工表面完小，摩擦系數(shù)低，能得到極好的加工表面完整性。整性。 對(duì)于有色金屬等軟材料的精密加工和超精密對(duì)于有色金屬等軟材料的精密加工和超精密加工，一般采用金剛石刀具，天然金剛石有加工，一般采用金剛石刀具，天然金剛石有較好的切削性能，但價(jià)格昂貴；用人造聚晶較好的切

21、削性能，但價(jià)格昂貴；用人造聚晶金剛石進(jìn)行超精密切削時(shí)，其加工質(zhì)量不如金剛石進(jìn)行超精密切削時(shí)，其加工質(zhì)量不如天然金剛石，因此，目前大多數(shù)采用天然天然金剛石，因此，目前大多數(shù)采用天然 金剛石進(jìn)行超精密切削。金剛石進(jìn)行超精密切削。 金剛石刀具的角度選擇和刃磨是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)金剛石刀具的角度選擇和刃磨是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，其中有晶體定向，切削刃鈍圓半徑的刃題，其中有晶體定向，切削刃鈍圓半徑的刃磨等，它們對(duì)刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及加工表面粗磨等，它們對(duì)刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及加工表面粗糙度有直接影響。糙度有直接影響。 由于金剛石是由碳原子組成的，與鐵原子有由于金剛石是由碳原子組成的，與鐵原子有較大的親和力，故不用金剛石刀具切削黑

22、色較大的親和力，故不用金剛石刀具切削黑色金屬。除金剛石刀具外，還可以采用立方氮金屬。除金剛石刀具外，還可以采用立方氮 氮化硼、陶瓷、涂層硬質(zhì)合金及細(xì)晶粒硬質(zhì)氮化硼、陶瓷、涂層硬質(zhì)合金及細(xì)晶粒硬質(zhì)合金等刀具進(jìn)行精密和超精密切削，這些刀合金等刀具進(jìn)行精密和超精密切削，這些刀具材料的切削效果不如金剛石，但能加工黑具材料的切削效果不如金剛石，但能加工黑色金屬。對(duì)黑色金屬等硬脆材料的精密加工色金屬。對(duì)黑色金屬等硬脆材料的精密加工和超精密加工，一般多采用磨削、研磨、拋和超精密加工，一般多采用磨削、研磨、拋光等方法。光等方法。 精密和超精密磨削時(shí)，精密和超精密磨削時(shí)，通常采用粒度通常采用粒度240240#

23、#W7W7或更細(xì)的白剛玉或鉻剛玉磨料和樹脂結(jié)合劑或更細(xì)的白剛玉或鉻剛玉磨料和樹脂結(jié)合劑制成的緊密組織砂輪，經(jīng)金剛石精細(xì)修整后制成的緊密組織砂輪，經(jīng)金剛石精細(xì)修整后 進(jìn)行加工。進(jìn)行加工。 在精密和超精密研磨、拋光中，除采用鑄鐵在精密和超精密研磨、拋光中，除采用鑄鐵做研具、呢氈等做拋光器外，還采用錫、聚做研具、呢氈等做拋光器外，還采用錫、聚酯等做研具或拋光器外，并在研磨、拋光前酯等做研具或拋光器外，并在研磨、拋光前進(jìn)行精細(xì)修整，能獲得較低的表面粗糙度。進(jìn)行精細(xì)修整，能獲得較低的表面粗糙度。 至于磨粒和微粉，除采用粒度為至于磨粒和微粉，除采用粒度為W40W40W0.5W0.5的的氧化鋁、碳化硅外，已

24、大量采用金剛石和立氧化鋁、碳化硅外，已大量采用金剛石和立方氮化硼等超硬磨料或一些如鋯剛玉、鉻剛方氮化硼等超硬磨料或一些如鋯剛玉、鉻剛玉等軟磨料。玉等軟磨料。 超硬微粉可以高效率地得到高質(zhì)量的加工表超硬微粉可以高效率地得到高質(zhì)量的加工表面，而軟磨料主要不易劃傷加工表面，這對(duì)面，而軟磨料主要不易劃傷加工表面，這對(duì)加工一些軟質(zhì)材料時(shí)是很關(guān)鍵的。磨料要求加工一些軟質(zhì)材料時(shí)是很關(guān)鍵的。磨料要求顆粒均勻，粒度合適，細(xì)粒度磨料雖然可以顆粒均勻，粒度合適，細(xì)粒度磨料雖然可以達(dá)到極低的表面粗糙度，但生產(chǎn)率很低?，F(xiàn)達(dá)到極低的表面粗糙度，但生產(chǎn)率很低?，F(xiàn)在最細(xì)的微粉，其磨?；境叽缈尚∮谠谧罴?xì)的微粉，其磨?；境叽?/p>

25、可小于0.50.5m m，甚至可達(dá)到甚至可達(dá)到7nm7nm。 4.4.加工設(shè)備及基礎(chǔ)零部件加工設(shè)備及基礎(chǔ)零部件 精密加工和超精密加工所用的加工設(shè)備主要精密加工和超精密加工所用的加工設(shè)備主要 是指精密切削機(jī)床、超精密切削機(jī)床、各種是指精密切削機(jī)床、超精密切削機(jī)床、各種研磨機(jī)和拋光機(jī)等。以超精密車床為代表，研磨機(jī)和拋光機(jī)等。以超精密車床為代表，用來(lái)加工軸、盤、球和各種帶曲面的零件等；用來(lái)加工軸、盤、球和各種帶曲面的零件等；而超精密銑床，配有精密轉(zhuǎn)臺(tái)，用來(lái)加工多而超精密銑床，配有精密轉(zhuǎn)臺(tái)，用來(lái)加工多面體。研磨機(jī)和拋光機(jī)，過(guò)去都認(rèn)為要求不面體。研磨機(jī)和拋光機(jī)，過(guò)去都認(rèn)為要求不高，實(shí)際上用于超精密加工時(shí)

26、，必須有很高高，實(shí)際上用于超精密加工時(shí)，必須有很高的精度。因此，對(duì)于精密加工和超精密加工的精度。因此，對(duì)于精密加工和超精密加工所用的加工設(shè)備應(yīng)具有以下要求：所用的加工設(shè)備應(yīng)具有以下要求： 1 1）高精度）高精度 要達(dá)到高的幾何精度、定位精度和分辨率，要達(dá)到高的幾何精度、定位精度和分辨率，加工設(shè)備必須具有高精度的主軸系統(tǒng)、進(jìn)給加工設(shè)備必須具有高精度的主軸系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)（包括微位移裝置），現(xiàn)在的超精密車系統(tǒng)（包括微位移裝置），現(xiàn)在的超精密車床，其主軸回轉(zhuǎn)精度可達(dá)床，其主軸回轉(zhuǎn)精度可達(dá)0.020.02m m，導(dǎo)軌直線，導(dǎo)軌直線度可達(dá)度可達(dá)10000001000000：0.0250.025，定位精度可

27、達(dá)，定位精度可達(dá)0.0130.013m m，進(jìn)給分辨率可達(dá)，進(jìn)給分辨率可達(dá)0.0050.005m m。其回轉(zhuǎn)。其回轉(zhuǎn)零件應(yīng)進(jìn)行精密的動(dòng)平衡。零件應(yīng)進(jìn)行精密的動(dòng)平衡。 2 2）高剛度）高剛度 包括靜剛度和動(dòng)剛度，不僅要注意零件本身包括靜剛度和動(dòng)剛度，不僅要注意零件本身的剛度，而且要考慮接觸剛度，從而使機(jī)床的剛度，而且要考慮接觸剛度，從而使機(jī)床受力后的變形極小。受力后的變形極小。 3 3）高穩(wěn)定性）高穩(wěn)定性 整個(gè)設(shè)備應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間保持精度，不受溫度等影整個(gè)設(shè)備應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間保持精度，不受溫度等影響。在使用和運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)有很高的抗振響。在使用和運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)有很高的抗振性。因此，運(yùn)動(dòng)零件的材料應(yīng)有較好的耐磨性

28、。因此，運(yùn)動(dòng)零件的材料應(yīng)有較好的耐磨性，運(yùn)動(dòng)件的結(jié)構(gòu)形式可采用氣動(dòng)、液動(dòng)或性，運(yùn)動(dòng)件的結(jié)構(gòu)形式可采用氣動(dòng)、液動(dòng)或 滾動(dòng)以減少摩擦磨損；基礎(chǔ)件（床身、底座）滾動(dòng)以減少摩擦磨損；基礎(chǔ)件（床身、底座）應(yīng)選用抗振性較好的材料；設(shè)備應(yīng)配置溫控應(yīng)選用抗振性較好的材料；設(shè)備應(yīng)配置溫控系統(tǒng)等。而設(shè)備當(dāng)然應(yīng)在恒溫、凈化、防振系統(tǒng)等。而設(shè)備當(dāng)然應(yīng)在恒溫、凈化、防振的環(huán)境中工作。的環(huán)境中工作。 4 4）高度自動(dòng)化）高度自動(dòng)化 現(xiàn)代化的精密加工和超精密加工設(shè)備多有計(jì)現(xiàn)代化的精密加工和超精密加工設(shè)備多有計(jì)算機(jī)數(shù)字控制以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、擴(kuò)大技術(shù)性能算機(jī)數(shù)字控制以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、擴(kuò)大技術(shù)性能和減少人為因素的影響。和減少人為因素的影

29、響。 精密加工和超精密加工設(shè)備中的主要基礎(chǔ)零精密加工和超精密加工設(shè)備中的主要基礎(chǔ)零部件有主軸及軸承、導(dǎo)軌、微位移裝置、分部件有主軸及軸承、導(dǎo)軌、微位移裝置、分度轉(zhuǎn)臺(tái)等。度轉(zhuǎn)臺(tái)等。 工件無(wú)變形，裝夾所用的夾具是加工設(shè)備中工件無(wú)變形，裝夾所用的夾具是加工設(shè)備中的一個(gè)關(guān)鍵部分。的一個(gè)關(guān)鍵部分。 5.5.工件的定位及夾緊工件的定位及夾緊 在精密加工和超精密加工時(shí)，除一般定位原在精密加工和超精密加工時(shí)，除一般定位原則外，可考慮以下原則：則外，可考慮以下原則： 1 1）可采用過(guò)定位結(jié)構(gòu)以提高工件的剛度。）可采用過(guò)定位結(jié)構(gòu)以提高工件的剛度。 2 2）要解決工件的無(wú)變形安裝。由于精密加工）要解決工件的無(wú)變形安

30、裝。由于精密加工和超精密加工時(shí)是微量去除，可能產(chǎn)生安裝和超精密加工時(shí)是微量去除，可能產(chǎn)生安裝變形大于切削余量的情況。對(duì)于薄片狀零件變形大于切削余量的情況。對(duì)于薄片狀零件（如磁盤等）極易變形，可用真空吸盤來(lái)裝（如磁盤等）極易變形，可用真空吸盤來(lái)裝夾。對(duì)于一些小型零件，可采用液狀橡膠、夾。對(duì)于一些小型零件，可采用液狀橡膠、瀝青及低溫臘等將工件粘在夾具上進(jìn)行加工。瀝青及低溫臘等將工件粘在夾具上進(jìn)行加工。 3 3）盡量減少裝夾次數(shù)）盡量減少裝夾次數(shù) 在一次裝夾下加工較多的表面，以保證加工在一次裝夾下加工較多的表面，以保證加工余量要求和相對(duì)位置精度。余量要求和相對(duì)位置精度。 4 4）可采用以加工表面自身

31、來(lái)定位的方法得到）可采用以加工表面自身來(lái)定位的方法得到均勻的加工余量，保證微量去除。均勻的加工余量，保證微量去除。 6.6.檢測(cè)及誤差補(bǔ)償檢測(cè)及誤差補(bǔ)償 精密加工和超精密加工必須具備相應(yīng)的檢測(cè)精密加工和超精密加工必須具備相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)和手段，這不僅要進(jìn)行加工零件的精度技術(shù)和手段，這不僅要進(jìn)行加工零件的精度 和表面粗糙度的檢驗(yàn)，而且要測(cè)量加工設(shè)備和表面粗糙度的檢驗(yàn)，而且要測(cè)量加工設(shè)備的精度和基礎(chǔ)零部件的精度。的精度和基礎(chǔ)零部件的精度。 高精度的尺寸和幾何形狀可采用分辨率為高精度的尺寸和幾何形狀可采用分辨率為0.10.10.010.01m m，的電子測(cè)微計(jì)、分辨率為，的電子測(cè)微計(jì)、分辨率為0.01

32、0.010.0010.001m m的電感測(cè)微儀或電容測(cè)微儀來(lái)的電感測(cè)微儀或電容測(cè)微儀來(lái)測(cè)量。圓度還可以用精度為測(cè)量。圓度還可以用精度為0.010.01m m的圓度儀的圓度儀來(lái)測(cè)量。來(lái)測(cè)量。 軸系回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，軸系回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，低速時(shí)靜態(tài)檢測(cè)可用電感測(cè)微儀或電容測(cè)微低速時(shí)靜態(tài)檢測(cè)可用電感測(cè)微儀或電容測(cè)微儀與基準(zhǔn)球來(lái)測(cè)量，精度可達(dá)儀與基準(zhǔn)球來(lái)測(cè)量，精度可達(dá)0.10.10.0050.005m m；高速時(shí)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)可用電容測(cè)微儀和同步示高速時(shí)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)可用電容測(cè)微儀和同步示波器測(cè)量定點(diǎn)峰值變動(dòng)的方法，精度可達(dá)波器測(cè)量定點(diǎn)峰值變動(dòng)的方法，精度可達(dá)0.010.0

33、1m m。 導(dǎo)軌直線度可采用電子水平儀、自準(zhǔn)直儀和導(dǎo)軌直線度可采用電子水平儀、自準(zhǔn)直儀和激光干涉儀等角度檢測(cè)方法來(lái)測(cè)量，激光干涉儀等角度檢測(cè)方法來(lái)測(cè)量， 精度為精度為10000001000000：0.50.50.020.02。此外，也可用基。此外，也可用基準(zhǔn)平尺與電子測(cè)微計(jì)分離平尺誤差的方法來(lái)準(zhǔn)平尺與電子測(cè)微計(jì)分離平尺誤差的方法來(lái)測(cè)量，精度可達(dá)測(cè)量，精度可達(dá)10000001000000：0.10.1。 更小測(cè)量范圍的測(cè)量?jī)x器有掃描隧道顯微鏡更小測(cè)量范圍的測(cè)量?jī)x器有掃描隧道顯微鏡(STM)(STM)、掃描電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)(SEM)、原子力顯微、原子力顯微鏡（鏡（AFMAFM）

34、，這些儀器可以進(jìn)行納米級(jí)的測(cè)量，），這些儀器可以進(jìn)行納米級(jí)的測(cè)量，常用于表面質(zhì)量檢測(cè)。常用于表面質(zhì)量檢測(cè)。 表面粗糙度的測(cè)量表面粗糙度的測(cè)量可分為接觸式和非接觸式?？煞譃榻佑|式和非接觸式。接觸式測(cè)量接觸式測(cè)量多用觸針式的表面輪廓儀或表面多用觸針式的表面輪廓儀或表面形貌儀來(lái)檢測(cè)，其傳感器多為電感式和壓電形貌儀來(lái)檢測(cè)，其傳感器多為電感式和壓電晶體式，這種測(cè)量表面粗糙度的方法的最大晶體式，這種測(cè)量表面粗糙度的方法的最大不足是易劃傷已加工表面。因此，出現(xiàn)了許不足是易劃傷已加工表面。因此，出現(xiàn)了許多非接觸式測(cè)量方法。多非接觸式測(cè)量方法。 如氣動(dòng)法、電容法、超聲微波法和光學(xué)法等。如氣動(dòng)法、電容法、超聲微波

35、法和光學(xué)法等。 表面應(yīng)力和表面變質(zhì)層深度可采用表面應(yīng)力和表面變質(zhì)層深度可采用X X光衍射法光衍射法和激光干涉法等來(lái)測(cè)量。和激光干涉法等來(lái)測(cè)量。 精密檢測(cè)和自動(dòng)化檢測(cè)是檢測(cè)技術(shù)的兩個(gè)重要精密檢測(cè)和自動(dòng)化檢測(cè)是檢測(cè)技術(shù)的兩個(gè)重要發(fā)展方向。在自動(dòng)化檢測(cè)領(lǐng)域里，非接觸在線發(fā)展方向。在自動(dòng)化檢測(cè)領(lǐng)域里，非接觸在線測(cè)量和誤差分離、補(bǔ)償技術(shù)是兩個(gè)主要發(fā)展方測(cè)量和誤差分離、補(bǔ)償技術(shù)是兩個(gè)主要發(fā)展方向。誤差分離與誤差補(bǔ)償有密切關(guān)系。向。誤差分離與誤差補(bǔ)償有密切關(guān)系。 誤差分離技術(shù)是用多個(gè)傳感器在多個(gè)方位上誤差分離技術(shù)是用多個(gè)傳感器在多個(gè)方位上同時(shí)對(duì)工件的形、位誤差和機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的同時(shí)對(duì)工件的形、位誤差和機(jī)床運(yùn)動(dòng)

36、部件的運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行檢測(cè)，利用微機(jī)處理分離各自運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行檢測(cè)，利用微機(jī)處理分離各自的誤差成份，以便分析造成誤差的原因。誤的誤差成份，以便分析造成誤差的原因。誤差補(bǔ)償又可分為靜態(tài)誤差補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)差補(bǔ)償又可分為靜態(tài)誤差補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償兩類。償兩類。 靜態(tài)誤差補(bǔ)償是事先測(cè)出誤差值，按需要的靜態(tài)誤差補(bǔ)償是事先測(cè)出誤差值，按需要的誤差補(bǔ)償值設(shè)計(jì)制造出誤差補(bǔ)償裝置（如校誤差補(bǔ)償值設(shè)計(jì)制造出誤差補(bǔ)償裝置（如校 正尺等）加工時(shí)進(jìn)行誤差補(bǔ)償。在數(shù)控機(jī)床正尺等）加工時(shí)進(jìn)行誤差補(bǔ)償。在數(shù)控機(jī)床上，可利用微機(jī)建模軟件補(bǔ)償來(lái)代替硬件補(bǔ)上，可利用微機(jī)建模軟件補(bǔ)償來(lái)代替硬件補(bǔ)償。動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償是在在線檢測(cè)的基礎(chǔ)上，償。

37、動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償是在在線檢測(cè)的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)建模和反饋控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)通過(guò)計(jì)算機(jī)建模和反饋控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，因此需要形成閉環(huán)的自適應(yīng)誤差補(bǔ)償系償，因此需要形成閉環(huán)的自適應(yīng)誤差補(bǔ)償系統(tǒng)。統(tǒng)。 誤差預(yù)防和誤差補(bǔ)償是提高精密加工和超精誤差預(yù)防和誤差補(bǔ)償是提高精密加工和超精密加工精度的兩大策略，誤差預(yù)防策略是通密加工精度的兩大策略，誤差預(yù)防策略是通 過(guò)提高機(jī)床制造精度、保證加工環(huán)境的條件過(guò)提高機(jī)床制造精度、保證加工環(huán)境的條件等來(lái)減少誤差源或減少誤差的影響。誤差補(bǔ)等來(lái)減少誤差源或減少誤差的影響。誤差補(bǔ)償策略是消除誤差本身的影響。償策略是消除誤差本身的影響。 7.7.工作環(huán)境工作環(huán)境 精密加工和超精

38、密加工的工作環(huán)境主要有溫精密加工和超精密加工的工作環(huán)境主要有溫度、濕度、潔凈和隔振等方面的要求，保證度、濕度、潔凈和隔振等方面的要求，保證一定條件的工作環(huán)境是必要的，它和加工效一定條件的工作環(huán)境是必要的，它和加工效果有密切關(guān)系。果有密切關(guān)系。 1 1）恒溫）恒溫 根據(jù)不同要求的環(huán)境溫度可控制在根據(jù)不同要求的環(huán)境溫度可控制在1 10.10.1C C，在要求更高的地方，可采用，在要求更高的地方，可采用多層小環(huán)境恒溫的的辦法，如將超精密機(jī)床多層小環(huán)境恒溫的的辦法，如將超精密機(jī)床放在大恒溫間的小恒溫室中，再用恒溫罩罩放在大恒溫間的小恒溫室中，再用恒溫罩罩上，罩內(nèi)用恒溫液噴淋機(jī)床，恒溫精度可達(dá)上，罩內(nèi)用

39、恒溫液噴淋機(jī)床，恒溫精度可達(dá)0.020.020.00050.0005C C。 2 2）恒濕）恒濕 在恒溫室內(nèi)，一般濕度保持在在恒溫室內(nèi)，一般濕度保持在55%55%60%60%，主要，主要是為了防止銹蝕、花崗石膨脹和激光干涉儀是為了防止銹蝕、花崗石膨脹和激光干涉儀飄移等。飄移等。 3 3）凈化）凈化 凈化主要是為了避免塵埃的影響。超精密加凈化主要是為了避免塵埃的影響。超精密加工時(shí)，空氣中的塵埃可能會(huì)劃傷低表面粗糙工時(shí)，空氣中的塵埃可能會(huì)劃傷低表面粗糙度的加工表面。度的加工表面。 超精密研磨或拋光時(shí)，塵埃的顆粒可能比微超精密研磨或拋光時(shí)，塵埃的顆粒可能比微粉磨料的顆粒大，從而破壞了加工表面的粗粉磨

40、料的顆粒大，從而破壞了加工表面的粗糙度。一般潔凈度要求糙度。一般潔凈度要求1000010000100100級(jí)（級(jí)（100100級(jí)級(jí)每立方英尺含大于每立方英尺含大于0.50.5m m的塵埃不超過(guò)的塵埃不超過(guò)100100個(gè)，個(gè)，余類推）。由于大面積的超凈間造價(jià)很高，余類推）。由于大面積的超凈間造價(jià)很高，且不易達(dá)到高潔凈度，因此出現(xiàn)了超凈工作且不易達(dá)到高潔凈度，因此出現(xiàn)了超凈工作臺(tái)、超凈工作腔等小面積的超凈環(huán)境，臺(tái)、超凈工作腔等小面積的超凈環(huán)境， 這時(shí)在其內(nèi)通入正壓潔凈空氣，以達(dá)到要求這時(shí)在其內(nèi)通入正壓潔凈空氣，以達(dá)到要求 的潔凈度。的潔凈度。 8.8.人的技藝人的技藝 操作者的技術(shù)水平、知識(shí)面和操

41、作熟練程度，操作者的技術(shù)水平、知識(shí)面和操作熟練程度，往往是影響超精密加工質(zhì)量和效率的重要因素。往往是影響超精密加工質(zhì)量和效率的重要因素。當(dāng)前，精密加工和超精密加工的加工質(zhì)量在一當(dāng)前，精密加工和超精密加工的加工質(zhì)量在一定程度上靠操作工人的技藝來(lái)保證。機(jī)床設(shè)備定程度上靠操作工人的技藝來(lái)保證。機(jī)床設(shè)備的精度、檢測(cè)儀器的精度和操作者的技術(shù)水平的精度、檢測(cè)儀器的精度和操作者的技術(shù)水平三者決定了工件的加工精度。三者決定了工件的加工精度。 從事精密加工和超精密加工的操作者，不僅從事精密加工和超精密加工的操作者，不僅要有高超的技藝和專業(yè)知識(shí)，而且要有進(jìn)取要有高超的技藝和專業(yè)知識(shí)，而且要有進(jìn)取攻堅(jiān)的思想素質(zhì)。攻

42、堅(jiān)的思想素質(zhì)。 以金剛石刀具的刃磨為例，其刃磨質(zhì)量與刀以金剛石刀具的刃磨為例，其刃磨質(zhì)量與刀具操作者的技術(shù)水平關(guān)系十分密切，操作者具操作者的技術(shù)水平關(guān)系十分密切，操作者要熟悉金剛石的構(gòu)造和性能、各種研磨磨料要熟悉金剛石的構(gòu)造和性能、各種研磨磨料的特性，具有固體物理學(xué)、化學(xué)、機(jī)械學(xué)等的特性，具有固體物理學(xué)、化學(xué)、機(jī)械學(xué)等方面的知識(shí)和高超的研磨技藝，方面的知識(shí)和高超的研磨技藝， 同時(shí)還要了解新型檢測(cè)儀器的性能和操作，同時(shí)還要了解新型檢測(cè)儀器的性能和操作，才能在相應(yīng)設(shè)備、檢測(cè)裝置等支持環(huán)境下，才能在相應(yīng)設(shè)備、檢測(cè)裝置等支持環(huán)境下，刃磨出高質(zhì)量的金剛石刀具。要如在空氣靜刃磨出高質(zhì)量的金剛石刀具。要如在

43、空氣靜壓軸承的制造中，內(nèi)外環(huán)的配合間隙仍靠技?jí)狠S承的制造中，內(nèi)外環(huán)的配合間隙仍靠技術(shù)工人的高超研磨技藝來(lái)保證，達(dá)到回轉(zhuǎn)精術(shù)工人的高超研磨技藝來(lái)保證，達(dá)到回轉(zhuǎn)精度和剛度的要求。可見要重視人的技藝的培度和剛度的要求。可見要重視人的技藝的培養(yǎng)。養(yǎng)。 四、精密、超精密加工的特點(diǎn)四、精密、超精密加工的特點(diǎn) 精密加工和超精密加工處于發(fā)展中，當(dāng)前有精密加工和超精密加工處于發(fā)展中，當(dāng)前有以下特點(diǎn)：以下特點(diǎn)： 1.1.精密加工和超精密加工是一門多學(xué)科的綜精密加工和超精密加工是一門多學(xué)科的綜合高技術(shù)。精密加工和超精密加工要達(dá)到高合高技術(shù)。精密加工和超精密加工要達(dá)到高精度和高表面質(zhì)量，不僅要考慮加工方法本精度和高表

44、面質(zhì)量，不僅要考慮加工方法本身，而且要考慮整個(gè)制造工藝系統(tǒng)和綜合技身，而且要考慮整個(gè)制造工藝系統(tǒng)和綜合技術(shù)，因此涉及面較廣。術(shù)，因此涉及面較廣。 如果沒(méi)有這些綜合技術(shù)和條件的支持，孤立如果沒(méi)有這些綜合技術(shù)和條件的支持，孤立的加工方法是不能得到滿意的效果的。在研的加工方法是不能得到滿意的效果的。在研究超精密切削理論和表面形成機(jī)理、建立數(shù)究超精密切削理論和表面形成機(jī)理、建立數(shù)學(xué)公式和模型的同時(shí)，還要研究相關(guān)技術(shù)。學(xué)公式和模型的同時(shí)，還要研究相關(guān)技術(shù)。 2.2.精密加工和超精密加工與細(xì)微加工和超細(xì)精密加工和超精密加工與細(xì)微加工和超細(xì)微加工密切相關(guān)。微加工密切相關(guān)。精密加工和細(xì)微加工有共精密加工和細(xì)微

45、加工有共同的基礎(chǔ)和相同的加工方法。同的基礎(chǔ)和相同的加工方法。 這些加工方法除切削加工、磨削加工、特種這些加工方法除切削加工、磨削加工、特種加工外，還包括涂層加工、蝕刻、切片、焊加工外，還包括涂層加工、蝕刻、切片、焊接和變形加工等。精密加工比細(xì)微加工的范接和變形加工等。精密加工比細(xì)微加工的范圍更廣闊，內(nèi)容也更豐富。圍更廣闊，內(nèi)容也更豐富。 3.3.特種加工和復(fù)合加工技術(shù)。特種加工和復(fù)合加工技術(shù)。精密加工和超精密加工和超精密加工打破了傳統(tǒng)加工工藝的范圍，出現(xiàn)精密加工打破了傳統(tǒng)加工工藝的范圍，出現(xiàn)了精密電加工、激光加工、離子束加工等許了精密電加工、激光加工、離子束加工等許多特種加工工藝。多特種加工工

46、藝。 特種加工方法的出現(xiàn)，開辟了精密加工的新特種加工方法的出現(xiàn)，開辟了精密加工的新途徑，不僅可以加工一些高硬度、高脆性的途徑，不僅可以加工一些高硬度、高脆性的難加工材料，如硬質(zhì)合金、淬火鋼、金剛石、難加工材料，如硬質(zhì)合金、淬火鋼、金剛石、陶瓷、石英等。同時(shí)可以加工剛性很差的精陶瓷、石英等。同時(shí)可以加工剛性很差的精密零件，如薄壁零件、彈性零件等。密零件，如薄壁零件、彈性零件等。 當(dāng)前，傳統(tǒng)加工方法仍占有較大的比例，而當(dāng)前，傳統(tǒng)加工方法仍占有較大的比例，而且是主要加工手段，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期地發(fā)展，有很且是主要加工手段，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期地發(fā)展，有很厚實(shí)的基礎(chǔ)，由于特種加工的發(fā)展，出現(xiàn)了厚實(shí)的基礎(chǔ)，由于特種加工的發(fā)展

47、，出現(xiàn)了各種復(fù)合加工技術(shù)，可以提高精度、降低各種復(fù)合加工技術(shù)，可以提高精度、降低 表面粗糙度、提高效率，而且擴(kuò)大了加工應(yīng)表面粗糙度、提高效率，而且擴(kuò)大了加工應(yīng)用范圍。用范圍。 4.4.加工檢測(cè)一體化加工檢測(cè)一體化。 超精密加工的在線檢測(cè)和在位檢測(cè)（工件加超精密加工的在線檢測(cè)和在位檢測(cè)（工件加工完畢后不拆下，在機(jī)床上直接進(jìn)行檢測(cè)）工完畢后不拆下，在機(jī)床上直接進(jìn)行檢測(cè)）極為重要，因?yàn)榧庸ぞ群芨撸砻娲植诙葮O為重要，因?yàn)榧庸ぞ群芨撸砻娲植诙群艿?，如果工件加工完畢卸下后再檢測(cè)，發(fā)很低，如果工件加工完畢卸下后再檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題就難再進(jìn)行加工。因此要進(jìn)行在線檢現(xiàn)問(wèn)題就難再進(jìn)行加工。因此要進(jìn)行在線檢測(cè)和

48、在位檢測(cè)的可能性和精度的研究。測(cè)和在位檢測(cè)的可能性和精度的研究。 5.5.精密加工和超精密加工與自動(dòng)化技術(shù)聯(lián)系緊精密加工和超精密加工與自動(dòng)化技術(shù)聯(lián)系緊密。密。采用微機(jī)控制、誤差補(bǔ)償、適應(yīng)控制和工采用微機(jī)控制、誤差補(bǔ)償、適應(yīng)控制和工藝過(guò)程優(yōu)化等技術(shù)可進(jìn)一步提高加工精度和表藝過(guò)程優(yōu)化等技術(shù)可進(jìn)一步提高加工精度和表面質(zhì)量，避免手工操作人為引起的誤差，保證面質(zhì)量，避免手工操作人為引起的誤差，保證加工質(zhì)量及其穩(wěn)定性。加工質(zhì)量及其穩(wěn)定性。 五、精密和超精密加工的意義五、精密和超精密加工的意義 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)現(xiàn)代技術(shù)產(chǎn)品及其零隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)現(xiàn)代技術(shù)產(chǎn)品及其零部件的質(zhì)量要求越來(lái)越高，如亞微密機(jī)

49、床、部件的質(zhì)量要求越來(lái)越高，如亞微密機(jī)床、 激光測(cè)長(zhǎng)儀、空氣靜壓軸承等高精度的機(jī)械裝激光測(cè)長(zhǎng)儀、空氣靜壓軸承等高精度的機(jī)械裝置；測(cè)量水絕對(duì)密度的置；測(cè)量水絕對(duì)密度的“標(biāo)準(zhǔn)球標(biāo)準(zhǔn)球”、測(cè)量平面、測(cè)量平面度的標(biāo)準(zhǔn)度的標(biāo)準(zhǔn)“光學(xué)平晶光學(xué)平晶”等作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的所謂等作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的所謂“原器原器”；慣性導(dǎo)航儀中的靜電陀螺球；超大；慣性導(dǎo)航儀中的靜電陀螺球；超大規(guī)模集成電路的基片（最小線寬條度僅規(guī)模集成電路的基片（最小線寬條度僅0.10.12.5m2.5m）、計(jì)算機(jī)磁盤盤片等都必需具有）、計(jì)算機(jī)磁盤盤片等都必需具有極高的尺寸和形狀精度及極高的表面質(zhì)量，極高的尺寸和形狀精度及極高的表面質(zhì)量， 中小型精密零件

50、的加工精度如表中小型精密零件的加工精度如表5-15-1所示。這所示。這些代表當(dāng)代高技術(shù)的產(chǎn)品都必須依靠超精密些代表當(dāng)代高技術(shù)的產(chǎn)品都必須依靠超精密加工技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。加工技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 表表5-15-1中小型精密零件的加工精度中小型精密零件的加工精度加工零件加工零件 平均加工精度平均加工精度 激光光學(xué)零件激光光學(xué)零件表面粗糙度表面粗糙度Ra0.01Ra0.010.006m0.006m，形狀精，形狀精度度0.1m 0.1m 磁頭磁頭 尺寸精度尺寸精度2.5m2.5m，表面粗糙度，表面粗糙度Ra0.02mRa0.02m，平面度平面度0.04m 0.04m 多面鏡多面鏡 表面粗糙度表面粗糙度Ra0.01R

51、a0.010.02m0.02m，反射率，反射率858590%90%，平面度平面度0.04m0.04m；/5/5/10/10 磁盤磁盤 表面粗糙度表面粗糙度Ra0.01Ra0.010.004m0.004m，波度，波度0.010.010.02mm 0.02mm 塑料透鏡用非球塑料透鏡用非球面模具面模具 表面粗糙度表面粗糙度Ra0.01mRa0.01m，形狀精度，形狀精度1 10.3m 0.3m 人造衛(wèi)星儀表人造衛(wèi)星儀表軸承孔軸承孔/ /軸表面軸表面 表面粗糙度表面粗糙度Ra0.001m Ra0.001m 雷達(dá)波導(dǎo)管雷達(dá)波導(dǎo)管內(nèi)腔、端面內(nèi)腔、端面 內(nèi)腔：表面粗糙度內(nèi)腔：表面粗糙度Ra0.01Ra0.

52、010.02m0.02m，端面：表面粗糙度低于端面：表面粗糙度低于Ra0.01mRa0.01m，平面度小于平面度小于Ra0.1mRa0.1m，垂直度小于，垂直度小于0.1m0.1m 精密、超精密加工的直接效果是促進(jìn)了各種精密、超精密加工的直接效果是促進(jìn)了各種產(chǎn)品技術(shù)性能的提高。如陀螺精度的提高使產(chǎn)品技術(shù)性能的提高。如陀螺精度的提高使MXMX戰(zhàn)略導(dǎo)彈（可裝載戰(zhàn)略導(dǎo)彈（可裝載1010個(gè)核彈頭）的命中精個(gè)核彈頭）的命中精度圓概率誤差減小到度圓概率誤差減小到5050150m150m，而原來(lái)的民兵，而原來(lái)的民兵型洲際戰(zhàn)略導(dǎo)彈的命中精度圓概率誤差為型洲際戰(zhàn)略導(dǎo)彈的命中精度圓概率誤差為500m500m。另一

53、方面，新技術(shù)、新設(shè)備的開發(fā)和。另一方面，新技術(shù)、新設(shè)備的開發(fā)和使用，又刺激和推動(dòng)了精密、超精密加工的使用，又刺激和推動(dòng)了精密、超精密加工的發(fā)展。發(fā)展。 在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，精密、超精度加在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，精密、超精度加工的應(yīng)用范圍相當(dāng)窄。近二十年來(lái)，隨著科學(xué)工的應(yīng)用范圍相當(dāng)窄。近二十年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)和人民生活水平的提高，精密、超精密加技術(shù)和人民生活水平的提高，精密、超精密加工不僅進(jìn)入了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，而且正在工不僅進(jìn)入了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，而且正在從單件、小批生產(chǎn)方式走向規(guī)模生產(chǎn)。如磁帶從單件、小批生產(chǎn)方式走向規(guī)模生產(chǎn)。如磁帶錄像機(jī)磁頭、集成電路的基片、計(jì)算機(jī)硬磁盤錄像機(jī)磁

54、頭、集成電路的基片、計(jì)算機(jī)硬磁盤盤片等零件的加工精和表面質(zhì)量要求極高，是盤片等零件的加工精和表面質(zhì)量要求極高，是精密、超精密加工的典型零件，精密、超精密加工的典型零件， 而錄像機(jī)、集成電路和計(jì)算機(jī)需求量是相當(dāng)而錄像機(jī)、集成電路和計(jì)算機(jī)需求量是相當(dāng)大的。目前，在機(jī)械制造業(yè)中，已經(jīng)改變了大的。目前，在機(jī)械制造業(yè)中，已經(jīng)改變了過(guò)去那種將超精密加工機(jī)床放在后方車間過(guò)去那種將超精密加工機(jī)床放在后方車間，僅用于加工工具、夾具、量具的陳規(guī)，而將僅用于加工工具、夾具、量具的陳規(guī)，而將超精密加工機(jī)床搬到了前方車間，直接用于超精密加工機(jī)床搬到了前方車間，直接用于產(chǎn)品零件的加工。我國(guó)的精密、超精密加工產(chǎn)品零件的加工

55、。我國(guó)的精密、超精密加工技術(shù)起步較晚，水平不高。技術(shù)起步較晚，水平不高。 目前某些精密產(chǎn)品尚須進(jìn)口，某些產(chǎn)品的生目前某些精密產(chǎn)品尚須進(jìn)口，某些產(chǎn)品的生產(chǎn)還過(guò)分依賴人工技術(shù)，廢品率極高；磁盤、產(chǎn)還過(guò)分依賴人工技術(shù)，廢品率極高；磁盤、激光打印機(jī)的多面棱鏡等尚不能進(jìn)行正常的激光打印機(jī)的多面棱鏡等尚不能進(jìn)行正常的批量生產(chǎn)。這些都說(shuō)明我國(guó)必須高度重視和批量生產(chǎn)。這些都說(shuō)明我國(guó)必須高度重視和發(fā)展精密、超精密加工技術(shù)。發(fā)展精密、超精密加工技術(shù)。 第二節(jié)第二節(jié) 金剛石刀具超精密切削金剛石刀具超精密切削 一、金剛石刀具超精密切削機(jī)理一、金剛石刀具超精密切削機(jī)理 金剛石刀具超精密切削的機(jī)理和一般的切削金剛石刀具超

56、精密切削的機(jī)理和一般的切削是有很大差別的，因?yàn)榻饎偸毒叱芮惺怯泻艽蟛顒e的，因?yàn)榻饎偸毒叱芮?削的厚度極小，這時(shí)切削深度可能小于晶粒削的厚度極小，這時(shí)切削深度可能小于晶粒的大小，切削就在晶粒內(nèi)進(jìn)行，因此切削力的大小，切削就在晶粒內(nèi)進(jìn)行，因此切削力一定超過(guò)晶體內(nèi)部非常大的原子、分子的結(jié)一定超過(guò)晶體內(nèi)部非常大的原子、分子的結(jié)合力，刀刃上所承受的剪切應(yīng)力急促地增加合力，刀刃上所承受的剪切應(yīng)力急促地增加并變得非常大。并變得非常大。 同時(shí)產(chǎn)生很大的熱量，刀刃切削處的溫度將同時(shí)產(chǎn)生很大的熱量，刀刃切削處的溫度將極高，因此要求刀具應(yīng)具有很高的高溫強(qiáng)度極高，因此要求刀具應(yīng)具有很高的高溫強(qiáng)度和高溫硬度

57、，金剛石刀具能夠勝任。和高溫硬度，金剛石刀具能夠勝任。 金剛石刀具不但有很高的高溫強(qiáng)度和高溫硬金剛石刀具不但有很高的高溫強(qiáng)度和高溫硬度，而且由于金剛石材料本身質(zhì)地細(xì)密，經(jīng)度，而且由于金剛石材料本身質(zhì)地細(xì)密，經(jīng)過(guò)精細(xì)研磨，切削刃鈍圓半徑可達(dá)過(guò)精細(xì)研磨，切削刃鈍圓半徑可達(dá) 0.010.010.0020.002mm，并且切削刃的幾何形狀極，并且切削刃的幾何形狀極好，表面極光滑，因此，能夠進(jìn)行好，表面極光滑，因此，能夠進(jìn)行Ra0.05Ra0.050.0080.008m鏡面切削，這是當(dāng)前其它刀鏡面切削，這是當(dāng)前其它刀具材料所無(wú)法比擬的。具材料所無(wú)法比擬的。 金剛石刀具超精密切削是一種原子、分子級(jí)金剛石刀

58、具超精密切削是一種原子、分子級(jí)加工單位的去除（分離）加工方法，加工單位的去除（分離）加工方法，材料缺材料缺陷對(duì)超精密切削有很大的影響。陷對(duì)超精密切削有很大的影響。 加工單位的大小和材料缺陷分布的尺寸大小加工單位的大小和材料缺陷分布的尺寸大小不同時(shí)，被加工材料的破壞方式就不同。不同時(shí)，被加工材料的破壞方式就不同。 材料微觀缺陷分布或材質(zhì)不均勻，可以分為材料微觀缺陷分布或材質(zhì)不均勻，可以分為以下幾種情況：以下幾種情況： 1 1）晶格原子、分子，它的破壞就是把原子、）晶格原子、分子，它的破壞就是把原子、分子一個(gè)一個(gè)地去除。分子一個(gè)一個(gè)地去除。 2 2）點(diǎn)缺陷，點(diǎn)缺陷就是在晶格中存在空位和）點(diǎn)缺陷，點(diǎn)

59、缺陷就是在晶格中存在空位和填隙原子。點(diǎn)缺陷的破壞就是以原子缺陷填隙原子。點(diǎn)缺陷的破壞就是以原子缺陷（包括空位和填隙原子）為起點(diǎn)來(lái)增加晶格（包括空位和填隙原子）為起點(diǎn)來(lái)增加晶格缺陷的破壞。晶體中存在的雜質(zhì)原子也是一缺陷的破壞。晶體中存在的雜質(zhì)原子也是一種點(diǎn)缺陷。種點(diǎn)缺陷。 3 3）位錯(cuò)缺陷和微裂紋，它們的破壞就是以缺）位錯(cuò)缺陷和微裂紋，它們的破壞就是以缺陷面為基礎(chǔ)的晶粒間破壞。這幾種缺陷分布陷面為基礎(chǔ)的晶粒間破壞。這幾種缺陷分布如下圖所示。如下圖所示。 當(dāng)應(yīng)力作用的區(qū)域僅僅限制在上述各種缺陷當(dāng)應(yīng)力作用的區(qū)域僅僅限制在上述各種缺陷空間的狹窄范圍內(nèi)，則會(huì)以加工應(yīng)力作用區(qū)空間的狹窄范圍內(nèi)，則會(huì)以加工應(yīng)

60、力作用區(qū)域相應(yīng)的破壞方式而破壞；如果加工應(yīng)力作域相應(yīng)的破壞方式而破壞；如果加工應(yīng)力作用區(qū)域的范圍更廣，則會(huì)以更容易破壞的方用區(qū)域的范圍更廣，則會(huì)以更容易破壞的方式而破壞了。如果有微細(xì)的晶粒（數(shù)微密到式而破壞了。如果有微細(xì)的晶粒（數(shù)微密到數(shù)百微米）所組成的金屬材料中，在晶粒內(nèi)數(shù)百微米）所組成的金屬材料中，在晶粒內(nèi)部，一般在大于部，一般在大于1 1m的間隔內(nèi)就有一個(gè)位錯(cuò)的間隔內(nèi)就有一個(gè)位錯(cuò)缺陷，即缺陷，即108108個(gè)個(gè)/cm/cm。 當(dāng)加工應(yīng)力作用在比位錯(cuò)缺陷平均分布間隔當(dāng)加工應(yīng)力作用在比位錯(cuò)缺陷平均分布間隔1 1m還要狹窄的區(qū)域時(shí)，在此狹窄的區(qū)域內(nèi)不還要狹窄的區(qū)域時(shí)，在此狹窄的區(qū)域內(nèi)不會(huì)發(fā)生由