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超精密加工技术发展现状分析

自中国将“装备制造业”列为国家增长战略以来,中国装备制造业实现了快速增长。许多大型设备的制造能力已跃居世界前列,甚至达到世界最高水平。然而,中国的制造业总体上仍然落后。自中国将“装备制造业”列为国家增长战略以来,中国装备制造业实现了快速增长。许多大型设备的制造能力已跃居世界前列,甚至达到世界最高水平。然而,中国制造业作为一个整体仍然落后。它的落后在于精细制造业的落后。

超细加工技术是现代高科技战争的主要支撑技术。它是现代高科技产业和科学技术发展的基础。这也是现代制造科学的发展趋势。

现代科学技术的发展是以实验为基础的,几乎所有需要的测试仪器和设备都需要超精细加工技术的支持。从宏观制造走向微观制造是未来制造业的发展趋势之一。目前超紧密加工已经进入纳米标准,纳米制造是超紧密加工的前沿课题。世界上的富裕国家都对此高度重视。

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摘要

今天的超精细加工是基于不改变工件材料的物理特性的前提,以及获得最终形状精度、尺寸精度、外部粗糙度和轮廓完整性(没有或较少的一般损伤,包括诸如微裂纹、残余应力和组织变化的缺陷)的原则。

超精密加工的研究内容包括影响超精密加工精度的各种本体零件:超精密加工机构、加工材料、超精密加工设备、超精密加工对象、超精密加工夹具、超精密加工检测与误差补偿、超精密加工条件(包括恒温、隔振、清洁控制等)。)和超精密加工过程。一直以来,国内外学者围绕这些内容展开了系统的研究。超紧密加工的发展历史包括以下三个阶段。

1)20世纪1月50日至1月80日,美国率先开发了以单点金刚石切割为代表的超精密加工技术,用于加工航空航天、国防、天文等领域的激光核聚变反射镜、球面和非球面的大零件。

2)从20世纪80年代1月至90年代1月,进入民间产业应用的初级阶段。在当局的支持下,日本的摩尔公司、普瑞克公司、东芝公司和日立公司以及欧洲的克兰菲尔德公司已经将超精密加工设备商业化,首先是民用精密光学透镜的制造。单一的超精密加工设备仍然很少,而且价格昂贵,主要是以专用机器的形式定制的。在此期间,也出现了能够加工硬金属和硬脆材料的超精密金刚石磨削技术和磨床,但其加工效率无法与金刚石车床相比。

3)20世纪90年代后,民用超深加工技术逐渐成熟。受汽车、能源、医疗设备、信息、光电和通信的推动,超精密加工技术被广泛应用于加工非球面光学透镜、超精密模具、磁盘驱动器磁头、磁盘基片、半导体基片等零件。随着超精密加工设备相关技术的逐步成熟,如精密主轴部件、滚动导轨、静压导轨、微进给驱动组件、精密数控系统、激光精密检测系统等。超精密加工设备已经成为工业中常见的生产设备。此外,设备的精度逐渐接近纳米级,可加工工件的尺寸限制越来越大,应用越来越普遍。随着数控技术的发展,超精密五轴铣削和飞剪技术也有所发展

50年代末,美国发展了金刚石工具的超精细精密切削技术,称之为“SPDT技术”(单点金刚石车削)或“微英寸技术”(1微英寸=0.025微米),并开发了用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹、载人航天器球形和非球形大零件的响应空气轴承主轴超精密机床等。

在大型超精密机床方面,美国LLL国家实验室于1986年成功开发了两台大型超精密金刚石车床:一台是加工直径为2.1m的卧式DTM-3型金刚石车床,另一台是加工直径为1.65m的LODTM立式大型光学金刚石车床,其中LODTM立式大型光学金刚石车床被公认为是世界上精度最高的超精密机床。美国后来开发了一种大型6轴数控精密磨床,用于彻底磨削大型光学反射镜。

克兰菲尔德综合工程学院(CUPE)隶属于克兰菲尔德技术学院,是英国超细加工技术的独特代表。例如,CUPE生产的纳米加工中心可用于超精密车削、磨头和超精密磨削。加工工件的精度可达0.1m,加工工件的粗糙度为Ra10 nm。

克兰菲尔德精密加工中心于1991年成功开发了OAGM-2500多功能三坐标联动数控磨床(台面面积2500毫米2500毫米),可加工(磨削、车削)和测量微细自由曲面。机床采用被加工零件的拼接方式,还可以在天文千里镜中加工直径7.5m的大反射镜。

与美国和英国相比,日本对超紧密加工技术的研究起步相对较晚,但当时超紧密加工技术在当代世界发展最快。

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超深加工在中国的发展

过去很长一段时间,由于西方国家实施的禁运限制,中国从国外进口超细机床受到严格限制。然而,在1998年成功开发出中国自己的超精密数控机床后,西方国家立即放松了对中国的禁令。中国现在已经进口了许多超精密机床。

中国北京机床研究所、航空综合机械研究所(航空303)、哈尔滨工业大学、国防科技大学等单位现在已经能够生产超过一半的超精密数控金刚石机床。

北京机床研究所是我国超细加工技术研究的重要仪器之一。开发了0.025m精密轴承、JCS-027超精密车床、JCS-031超精密铣床、JCS-035超精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机、红外大功率激光反射镜、超精密振动位移千分尺等各类超精密机床、部件及相关高精度检测仪器。已达到国内领先和国际领先水平。

NAM-800纳米数控车床是北京机床研究所最新一代纳米加工机床。它是当今数控技术、伺服技术和机械制造技术的完美结合。这台机床为我国最先进的科技发展提供了极好的加工方法。

对航空精密机械研究基地的超精密主轴、花岗岩坐标测量机等方面进行了深入研究和产品生产。哈尔滨工业大学在金刚石工具的超彻底切削、晶体取向和磨削以及金刚石微粉砂轮的在线电解修整等方面进行了卓有成效的研究。

清华大学对集成电路超精密加工设备、磁盘加工测试设备、微位移工作台、超精密砂带磨削抛光、金刚石微粉砂轮超精密磨削、非圆截面超精密切削等方面进行了深入研究,并推出了相应产品。

此外,中国科学院长春光学精密机械物理研究所、华中科技大学、沈阳第一机床厂、成都物体研究所、国家

但是,从总体上看,我国超精密加工机械的效率、精度和可靠性在规格(大尺寸)和技术匹配方面与国外有很大差距,与实际生产要求相比还有相当大的差距。此外,复杂曲面的精细加工一直是中国制造业发展的障碍。制造业的增长关系到国家经济的长期增长,仍然需要大量的研究。

04详细处理的增长趋势

(1)高精度、高效率

高精度和高效率是超精密加工的永恒主题。一般来说,固定磨粒的加工不断追求自由磨粒的加工精度,而自由磨粒的加工不断追求固定磨粒的加工效率。目前,超精细加工技术,如化学机械抛光和电加工,可以达到极高的皮革质量和整体性,但以牺牲加工效率为代价。超精细的切割和研磨技术当然是非常有效的,但是它们不能达到像化学机械抛光和电解加工那样的加工精度。寻求一种兼顾效率和精度的加工方法已成为超精细加工领域研究人员的政策。半固着磨粒加工的出现表明了这一趋势。另一方面,它代表了电解磁力研磨和磁流变磨料流加工等复合加工方法的诞生。

(2)过程集成

如今,企业之间的竞争趋于白热化,高生产效率日益成为企业生存的先决条件。在这样的场景下,有人呼吁“研磨而非研究”,甚至“研磨而非投掷”。另一方面,用一台设备完成各种加工(如车削、钻孔、铣削、磨削和精加工)的趋势越来越明显。

(3)大规模和小型化

为了加工航空、航天和航天领域所需的大型光电器件(如大型天体上的反射镜,数千英里反射镜),有必要制造大型超精密加工设备。为了处理微器件(例如微传感器、微驱动元件等。)在微电子机械、光电信息等领域,需要微型超精密加工设备(但这并不意味着加工微小工件就一定需要微型加工设备)。

超紧密加工技术正迎来一个繁荣的时代。超精密切削、超彻底磨削、超彻底磨削和抛光取得了很大进展。经过加工后,工件的轮廓精度可以达到纳米级或亚纳米级,加工方法日益多样化。在流量计传感器的生产制造中,为了实现产品的高精度测量,彻底的加工工艺保证了产品的加工精度。

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