課程安排與概述總學(xué)時：32(含4學(xué)時實驗課)時間：第8周-第12周課程特點：相對松散：精密與超精密加工；特種加工；方法間缺乏緊密的內(nèi)在邏輯聯(lián)系內(nèi)容多樣：涉及精密超精密加工、多種特種加工方法基本要素：基本原理、基本工藝特征、主要用途12精密與特種加工的產(chǎn)生與特點精密與特種加工的分類精密與特種加工對機械制造工藝的影響精密與特種加工的地位與發(fā)展趨勢主要內(nèi)容重點：精密超精密加工的定義；特種加工技術(shù)對制造工藝的影響；各種特種加工的主要能量形式難點：特種加工技術(shù)對制造工藝的影響封裝硅片芯片3精密與特種加工的產(chǎn)生與特點案例1：集成電路芯片(chips)的制造

特殊材料：硅超高精度：微納米微納尺度：微納米4精密與特種加工的產(chǎn)生與特點硅片(wafer)Chipsbeforeslicing高平整度超光滑高精度高表面質(zhì)量航空發(fā)動機(最難制造的部件)5精密與特種加工的產(chǎn)生與特點精密與特種加工的產(chǎn)生與特點案例2：航空發(fā)動機渦輪葉片的加工風(fēng)扇葉片壓縮機葉片高壓渦輪葉片低壓渦輪葉片6精密與特種加工的產(chǎn)生與特點案例2：航空發(fā)動機渦輪葉片的加工精密與特種加工的產(chǎn)生與特點材料特殊：耐高溫鎳基合金和涂層形狀復(fù)雜：變截面，空間多維結(jié)構(gòu)復(fù)雜：曲孔，異型孔等7精密與特種加工的產(chǎn)生與特點精密與特種加工的產(chǎn)生與特點案例3：光學(xué)鏡片的加工精度：超光滑，廓形超精密形狀：曲面，非球面材料：大都是硬脆材料8案例4：微小或易變形零件/特征的加工精密與特種加工的產(chǎn)生與特點喇叭形網(wǎng)孔濾網(wǎng)刮胡刀網(wǎng)罩噴氣管薄壁零件精密與特種加工的產(chǎn)生與特點9微型發(fā)動機微型麥克風(fēng)微型泵案例4：微小或易變形零件/特征的加工（續(xù)）精密與特種加工的產(chǎn)生與特點精度：超精密/精密尺寸：特征尺寸為微納米材料：金屬或硅精密與特種加工的產(chǎn)生與特點10Miniature0.1m-0.1mm

MEMS0.1mm-0.1μm

NEMS

100nm-0.1nm精密與特種加工的產(chǎn)生與特點11精密與特種加工的產(chǎn)生與特點12案例5：任意形狀零件/特征的快速加工精密與特種加工的產(chǎn)生與特點精密與特種加工的產(chǎn)生與特點形狀：任意速度：快速材料：不限20世紀60年代：適應(yīng)核能、大規(guī)模集成電路、激光和航空航天等尖端技術(shù)的需要對產(chǎn)品質(zhì)量的追求

硬盤或光學(xué)零件：極低表面粗糙度和極高幾何尺寸精度，Ra≤0.1nm，精度≤10nm對產(chǎn)品小型化的追求電子器件；M/NEMS；表面積/體積，工件的表面質(zhì)量及其完整性越來越重要對產(chǎn)品高可靠性的追求Ra

，耐磨性好，精度，運動穩(wěn)定好，工作壽命長.對產(chǎn)品高性能的追求13精密與特種加工的產(chǎn)生與特點精密超精密加工技術(shù)的產(chǎn)生與特點制造精度直接關(guān)聯(lián)產(chǎn)品質(zhì)量（性能，可靠性，壽命）制造技術(shù)發(fā)展與提高的核心：自動化智能制造；精密與超精密加工14不是指某一特定的加工方法，也不是指比某給定的加工精度高一個數(shù)量級的加工技術(shù)，而是指在機械加工領(lǐng)域中，某一個歷史時期所能達到的較(最)高加工精度的各種精密加工方法的總稱。

精密加工：加工精度在0.1～1μm，加工表面粗糙度在Ra0.02～0.1μm之間的加工方法。

超精密加工：加工精度高于0.1μm，加工表面粗糙度小于Ra0.01μm的加工方法（光整加工、精整加工等）。目前超精密加工己進入納米級，并稱之為納米加工及相應(yīng)的納米技術(shù)(極限加工技術(shù))。定義精密與特種加工的產(chǎn)生與特點15精密與特種加工的產(chǎn)生與特點特點不同加工精度等級的去除機理機理歷史性相對性發(fā)展性不普及性保密性尖端性與測量技術(shù)關(guān)聯(lián)性16各類加工方法所能達到的精度及其發(fā)展趨勢預(yù)測（日本TANIGUCHI,1983年)精密與特種加工的產(chǎn)生與特點17技術(shù)體系超精密加工對工件材質(zhì)、加工設(shè)備、工具、測量和環(huán)境等條件都有特殊的要求，需要綜合應(yīng)用精密機械、精密測量、精密伺服系統(tǒng)、計算機控制以及其他先進技術(shù)。工件材質(zhì)：必須極為細致均勻，并經(jīng)適當(dāng)處理以消除內(nèi)部殘余應(yīng)力，保證高度的尺寸穩(wěn)定性，防止加工后發(fā)生變形。加工設(shè)備：要有極高的運動精度，導(dǎo)軌直線性和主軸回轉(zhuǎn)精度要達到0.1微米級，微量進給和定位精度要達到0.01微米級。環(huán)境條件：要求苛刻，須保持恒溫、恒濕和空氣潔凈，并采取有效的防振措施。加工系統(tǒng)：系統(tǒng)誤差和隨機誤差都應(yīng)控制在0.1微米級或更小。精密與特種加工的產(chǎn)生與特點18超精密加工方法(Methods)超精密切削加工，超精密磨削、研磨和拋光，超精密微細加工超精密加工刀具(Tool)單晶金剛石刀具；超硬砂輪；砂帶；研磨具/膏；拋光墊等超精密加工機床設(shè)備(Machinetool)超精密機床，超精密機床主軸、導(dǎo)軌、進給驅(qū)動系統(tǒng)超精密加工中的測量技術(shù)(Measuringtechnique)在線檢測與誤差補償，微位移機構(gòu)，激光測量超精密加工的支撐環(huán)境(Environment)空氣環(huán)境和熱環(huán)境，振動環(huán)境，其它環(huán)境工

精密與特種加工的產(chǎn)生與特點恒溫：±1℃～±0.02℃，甚至達到±0.0005℃。恒濕：濕度應(yīng)保持在55%～60%，防止機器的銹蝕、石材膨脹，以及一些儀器，如激光干涉儀的零點漂移等。超凈：潔凈度要求1000～100級，100級是指每立方英尺空氣中所含大于0.5μm的塵埃不超過100個，依此類推。19精密與特種加工的產(chǎn)生與特點超精密切削技術(shù)ELID（ElectrolyticIn-processDressing）超精密磨削技術(shù)研磨加工拋光加工20主要應(yīng)用領(lǐng)域尖端技術(shù)、國防工業(yè)、微電子工業(yè)、激光技術(shù)、航空航天、衛(wèi)星、計量、光學(xué)儀器、大規(guī)模集成電路、民用產(chǎn)品等。世界發(fā)展概況美國是開展研究最早的國家。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。我國的超精密加工技術(shù)在70年代末期有了長足進步，80年代中期出現(xiàn)了具有世界水平的超精密機床和部件。精密與特種加工的產(chǎn)生與特點21意義與典型應(yīng)用精密與特種加工的產(chǎn)生與特點

超精密加工是國家制造工業(yè)水平的重要標志之一

超精密加工所能達到的精度、表面粗糙度、加工尺寸范圍和幾何形狀是一個國家制造技術(shù)水平的重要標志之一。例如：金剛石刀具切削刃鈍圓半徑的大小是金剛石刀具超精密切削的一個關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，日本聲稱已達到2nm，而我國尚處于亞微米水平，相差一個數(shù)量級。

尖端技術(shù)領(lǐng)域、國防工業(yè)和微電子工業(yè)等都要精密超精密加工作支撐。

當(dāng)代的精密工程、微細工程和納米技術(shù)是現(xiàn)在制造技術(shù)的前沿，也是明天技術(shù)的基礎(chǔ)。主要意義22國防工業(yè)

陀螺儀的加工涉及多項超精密加工，導(dǎo)彈系統(tǒng)的陀螺儀質(zhì)量直接影響其命中率，1kg的陀螺轉(zhuǎn)子，其質(zhì)量中心偏離其對稱軸0.0005μm，則會引起100m的射程誤差和50m的軌道誤差。

大型天體望遠鏡的透鏡、直徑達2.4m，形狀精度為0.01μm，如著名的哈勃太空望遠鏡(900Kg），能觀察140億光年的天體（六軸CNC研磨拋光機)

紅外線探測器反射鏡，其拋物面反射鏡形狀精度為1μm，表面粗糙度為Ra0.01μm，其加工精度直接影響導(dǎo)彈的引爆距離和命中率。

激光核聚變用的曲面鏡，其形狀精度小于1μm，表面粗糙度小于Ra0.01μm，其質(zhì)量直接影響激光的光源性能。典型應(yīng)用精密與特種加工的產(chǎn)生與特點陀螺儀哈勃望遠鏡用大型透鏡反射鏡曲面鏡精密與特種加工的產(chǎn)生與特點24精密與特種加工的產(chǎn)生與特點信息產(chǎn)品計算機上的芯片、磁板基片、光盤基片等都需要超精密加工技術(shù)來制造。錄像機的磁鼓、復(fù)印機的感光鼓、各種磁頭、激光打印機的多面體、噴墨打印機的噴墨頭等都必須進行超精密加工，才能達到質(zhì)量要求。

現(xiàn)代小型、超小型的成像設(shè)備，如攝相機、照相機等上的各種透鏡，特別是光學(xué)曲面透鏡，激光打印機、激光打標機等上的各種反射鏡都要靠超精密加工技術(shù)來完成。至于超精密加工床、設(shè)備和裝置當(dāng)然更需要超精密加工技術(shù)才能制造。民用產(chǎn)品典型應(yīng)用精密與特種加工的產(chǎn)生與特點磁頭、磁盤的表面粗糙度Ra<0.1nm磁頭表面保護膜厚度<2nm

磁存儲密度：

100Gb/in2；磁頭在磁盤表面的飛行高度<8nm納米級運動控制問題亞微米級定位問題亞納米表面拋光與測量問題超薄膜的均勻生長問題磁頭/磁盤制造中的精密制造問題精密與特種加工的產(chǎn)生與特點27特種加工技術(shù)的產(chǎn)生與特點精密與特種加工的產(chǎn)生與特點產(chǎn)生背景陶瓷，玻璃，硅，金剛石，不銹鋼，鈦合金，高溫鎳基合金等四大加工問題1難切削材料的加工問題2特殊復(fù)雜表面/型面的加工問題超精密表面的加工問題4特殊零件的加工問題3曲面；非規(guī)則幾何型面；功能表面等微納尺度；低剛度；薄壁；易氧化；非圓孔；深小孔等28精密與特種加工的產(chǎn)生與特點定義特點主要借助電、熱、光、聲、化學(xué)等能量或其組合來以實現(xiàn)工件的尺寸、表面質(zhì)量或形狀特征的改變的所有加工方法的總稱。中國：特種加工，非傳統(tǒng)加工(NTM,Non-traditionalMachining)

非常規(guī)機械加工(NCM,Non-ConventionalMachining)不是主要依靠機械能，而是主要用其他能量(如電、化學(xué)、光、聲、熱等)實現(xiàn)加工工具硬度一般低于被加工材料的硬度加工過程中工具和工件之間一般不存在顯著的機械切削力各種加工方法可以任意復(fù)合、揚長避短，形成新的工藝方法，更突出其優(yōu)越性，便于擴大應(yīng)用范圍。如電解電火花加工(ECDM)、電解電弧加工(ECAM)。29精密與特種加工技術(shù)的分類精密與特種加工的分類30特種加工技術(shù)熱作用特種加工電化學(xué)作用特種加工化學(xué)作用特種加工機械作用特種加工組合作用特種加工復(fù)合能量特種加工快速成型電弧激光電子束等離子體電場作用下的氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)磨粒、水、混合物的沖擊或劃擦不同能量的先后作用兩種或兩種以上能量同時作用激光與熱作用形成的不同的加工方法精密與特種加工的分類31精密與特種加工的分類電火花加工(Electrodischargemachining)激光加工(Laserbeammachining)32精密與特種加工的分類電化學(xué)加工(Electrochemicalmachining)化學(xué)加工(Chemicalmachining)33精密與特種加工的分類超聲加工(Ultrasonicmachining)水射流加工(Waterjetmachining)34精密與特種加工的分類光敏樹脂液相固化(Sterolithography)增材制造技術(shù)(3D打印)

(Additivemanufacturing,3Dprinting)粉末激光選擇性燒結(jié)成形(Laserselectivemachining)提高制造精度提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能提高產(chǎn)品可靠性促進產(chǎn)品小型化增強零件互換性，提高裝配生產(chǎn)率，促進裝配自動化35精密與特種加工對制造工藝的影響精密與特種加工技術(shù)對制造工藝的影響精密超精密加工對制造工藝的影響3.改變試制新產(chǎn)品的模式2.改變零件的典型工藝路線1.提高材料的可加工性4.影響產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計5.傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性衡量標準發(fā)生變化6.微細加工和納米加工的主要手段36精密與特種加工對制造工藝的影響特種加工對制造工藝的影響37精密與特種加工的地位與發(fā)展趨勢精密與特種加工的地位與發(fā)展趨勢精密與特種加工的地位精密與超精密加工高端產(chǎn)品高附加值產(chǎn)品高技術(shù)產(chǎn)品38特種加工傳統(tǒng)機械加