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20世紀60年代為了適應核能、大規(guī)模集成電路、激光和航天等技術的需要而發(fā)展起來的精度極高的一種加工技術。到80年代初,其加工尺寸精度已可達10納米(1納米=0.001微米)級,表面粗糙度達1納米,加工的尺寸達 1微米,正在向納米級加工尺寸精度的目標前進。納米級的超精密加工也稱為納米工藝(nano-technology) 。超精密加工是處于發(fā)展中的跨學科綜合技術。
超精密加工的發(fā)展經歷了三個階段。
20世紀50年代至80年代為技術開創(chuàng)期。20世紀50年代末,出于航天、等技術發(fā)展的需要,美國發(fā)展了超精密加工技術,開發(fā)了金剛石刀具超精密切削——單點金剛石切削技術,又稱為“微英寸技術”,用于加工激光核聚變反射鏡及載人飛船用球面、非球面大型零件等。從1966年起,美國的unionCarbide公司、荷蘭Philips公司和美國LawrenceLivemoreLaboratories陸續(xù)推出
各自的超精密金剛石車床,但其應用限于少數大公司與研究單位的試驗研究,并以用途或科學研究用途的產品加工為主。這一時期,金剛石車床主要用于銅、鋁等軟金屬的加工,也可以加工形狀較復雜的工件,但只限于軸對稱形狀的工件例如非球面鏡等。
20世紀90年代至今為民間工業(yè)應用成熟期。從1990年起,由于汽車、能源、信息、光電和通信等產業(yè)的蓬勃發(fā)展,超精密加工機的需求急劇增加,在工業(yè)界的應用包括非球面光學鏡片、Fresnel鏡片、超精密模具、磁盤驅動器磁頭、磁盤基板加工、半導體晶片切割等。在這一時期,超精密加工設備的相關技術,例如控制器、激光干涉儀、空氣軸承精密主軸、空氣軸承導軌、油承導軌、摩擦驅動進給軸也逐漸成熟,超精密加工設備變?yōu)楣I(yè)界常見的生產機器設備,許多公司,甚至是小公司也紛紛推出量產型設備。此外,設備精度也逐漸接近納米級水平,加工行程變得更大,加工應用也逐漸增廣,除了金剛石車床和超精密研磨外,超精密五軸銑削和飛切技術也被開發(fā)出來,并且可以加工非軸對稱非球面的光學鏡片。
介紹下精密機械加工的原則:
純粹的基礎水平考慮的重點是如何減少誤差,提高精度,所以選擇本質表面的基本原則是:
一:基準重合原則。應選擇盡可能的設計基準作為定位基準。特別是在后的完成,保證準確性,更應注意這一原則。這樣可以避免造成位置誤差基準偏差;
二:基準統(tǒng)一原則。應選擇統(tǒng)一的定位基準面的各種表面處理,盡量保證各表面間的位置精度;有時也遵循共同基準的原則,反復加工;
三:自為基準原則。一些小型機械加工余量和統(tǒng)一的精加工過程,確保加工質量和生產率,與精密加工表面本身作為一個基礎水平。