 精密和超精密加工概述  精密切削  精密磨削和超精密磨削  精密和超精密加工的机床设备  精密加工的测量技术  在线检测与误差补偿技术  精密和超精密加工的外部支撑环境  精密研磨与抛光  微细加工技术/纳米加工技术

　　 结合课程学习、认识实习、生产实习，谈谈精密与 超精密加工技术是一门什么样的技术？

　　 夜战是未来战争空袭的主要手段，可以使许多不受 电子干扰而使用光学瞄准系统的常规武器失效  夜战利用前视红外探测器、激光测距器、微光夜视 、光栅电视等识别地面目标，红外成像是关键技术

　　碲镉汞晶体要求很高的表面质量(低粗糙度、无划痕 、无变质层)，需要应用超精密研磨(如非接触研磨模具加工、 机械化学研磨)加工 夜视设备用非球面曲面光学元部件，超精密车削、磨 削、抛光加工

　　工业界的应用包括：非球面光学镜片、Fresnel镜片 、超精密模具、磁盘驱动器磁头、磁盘基板加工、半 导体晶片 超精密加工设备的相关技术逐渐成熟：控制器、激光 干涉仪、空气轴承精密主轴、空气轴承导轨、油压轴 承导轨、摩擦驱动进给轴 设备精度逐渐接近纳米级水平，加工行程更大，半岛彩票加工 应用不断扩展 除金刚石车床和超精密研磨外，出现超精密五轴铣削 和飞切技术，可以加工非轴对称非球面的光学镜片

　　加工精度≤0.01μm的圆度加工技术 0.01μm级的加工尺寸精度技术 0.01～0.001μm级的精密位移技术 0.01μm级的主轴回转精度技术 0.1μm/1m的直线μm级的切削加工技术

　　 高技术、智能化武器具有高能效、高精度的特点  武器装备的高精度要求其零部件的高精度，只有高 精度的制造技术才能满足设计要求  美国大力发展包括超精密加工技术在内的先进制造 技术，突破了关键技术，具备生产精确制导、夜视 设备等高技术武器的能力

　　欧美侧重于：大型紫外线、X射线探测望远镜的大口 径反射镜的超精密加工 美国太空署(NASA)推动的太空开发计划，以制作1 m以上反射镜为目标，目的是探测X射线nm 由于X射线能量密度高，必须使反射镜表面粗糙度达 到埃级来提高反射率 反射镜材料为碳化硅，质量轻且热传导性良好，但硬 度很高半岛彩票，须使用超精密研磨加工等方法

　　电子电路高集成化要求降低硅晶片表面粗糙度、提高 电路曝光用镜片的精度、半导体制造设备的运动精度 零部件的小型化意味着表面积与体积的比值不断增加 ，工件的表面质量及其完整性越来越重要

　　电子电路高集成化要求降低硅晶片表面粗糙度、提高 电路曝光用镜片的精度、半导体制造设备的运动精度 机构运动精度的提高，有利于减缓力学性能的波动、 降低振动和噪声 对内燃机等要求高密封性的机械，良好的表面粗糙度 可减少泄露而降低损失 航空航天工业要求部分零件在高温环境下工作，因而 采用钛合金、陶瓷等难加工材料，为超精密加工提出 了新的课题

　　 现代战争已经不能离开各种卫星，如侦查用间谍卫 星、GPS用的卫星网  各类卫星装备先进的光学望远系统、半岛彩票高分辨率电视 摄像系统、高灵敏度红外成像系统

　　卫星的姿态控制，必须有超精密的真空无润滑轴承， 其孔轴几何精度为毫微米级，表面粗糙度为纳米级， 必须用超精密磨削与研磨才能加工 高精度非球面透镜、高分辨率电视的光栅、红外成像 的碲镉汞半导体元件等都必须用超精密加工技术才能 加工

　　利用低于工件精度的设备、工具，通过工艺手段和特 殊工艺装备，加工出所需工件 适用于单件、小批生产

　　借助于直接式“进化”加工原则，生产出第二代工作 母机，再用此工作母机加工工件 适用于批量生产

　　 适应现代高技术需要的一项先进制造技术  综合应用了机械技术、现代电子、传感技术、光学 和计算机等高新技术的最新成果  高科技领域的基础技术，在国防科技现代化和国民 经济建设中发挥着至关重要的作用  作为现代高科技的基础和重要组成部分，半岛彩票推动半导 体技术、光电技术、材料科学等多门技术的发展  已成为国防工业研制现代化武器装备的关键技术， 是衡量一个国家科技水平的重要标志

　　民用公司开始超精密加工设备的商品化，设备开始面 向一般民用工业光学组件商品的制造 使用高刚性机构，以极小切深对脆性材料进行延性研 磨，可使硬质金属和脆性材料获得纳米级表面粗糙度 美国LLL国家实验室研制出的大型光学金刚石车床 (Large optics diamond turning machine， LODTM)成为超精密加工史上的经典之作 最大加工直径1.625m，定位精度28 nm，可实现长 度超过1m、直线nm的加工 美国通过对超精密金刚石切削机床的开发，实现了大 型零件的微英寸超精密加工

　　 电子干扰和反辐射导弹可用于压制敌方的通讯与雷 达，使敌方失去指挥、预警等能力

　　利用砷化镓半导体制成的大规模集成电路，具有速度 快、工作可靠、抗辐射能力强等特点 砷化镓半导体器件的制造需要整套超精密磨削、研磨 、抛光工艺、刻划等外延设备

　　为使磁片存储密度更高或镜片光学性能更好，就必须 获得粗糙度更低的表面 下一代计算机硬盘的磁头要求表面粗糙度Ra≤0.2 nm，磁盘要求表面划痕深度h≤l nm，表面粗糙度 Ra≤0.1nm 为使电子元件的功能正常发挥，要求加工后的表面不 能残留加工变质层

　　电子电路高集成化要求降低硅晶片表面粗糙度半岛彩票、提高 电路曝光用镜片的精度、半导体制造设备的运动精度 零部件的小型化意味着表面积与体积的比值不断增加 ，工件的表面质量及其完整性越来越重要 对轴承等一边承受载荷一边做相对运动的零件，降低 表面粗糙度可改善零件的耐磨损性，提高其工作稳定 性、延长使用寿命 高速高精密轴承中使用的Si3N4陶瓷球的表面粗糙度 要求达到数纳米 加工变质层的化学性质活泼，易受腐蚀，从提高零件 耐腐蚀能力的角度出发，要求变质层尽量小

　　一般加工：精度值1-10μm左右，Ra0.1～0.8μm 精密加工：精度值0.1-1μm左右，Ra0.1μm以下 超精密加工：精度值0.1μm以下，Ra0.02μm以下 纳米加工：精度值低于0.001μm，Ra小于0.005μm 微细加工：微小尺寸、微小去除量的精密加工

　　 不同时期，“精密”有不同的界定  对于不同的零件，用不同的指标描述“精密”

　　102 加工误差（μm） 101 加工设备 车床,铣床 测量仪器 卡尺 百分尺 比较仪

　　美国哈勃望远镜形状精度0.01μm 超大规模集成电路最小线μm 日本金刚石刀具刃口钝圆半径达2nm

　　飞机发动转子叶片加工误差从60μm降至12μm 表面粗糙度由0.5μm减小到0.2μm 发电机压缩效率从89%提高到94% 齿形误差从3-4μm减小1μm，单位重量齿轮箱扭矩 可提高1倍

　　50年代末，面向航天、国防等尖端技术 美国开发了单点金刚石切削(Single point diamond turning，SPDT)技术，用于加工激光核聚变反射镜 、战术导弹、载人飞船用球面、非球面大型零件 超精密金刚石车床的应用限于少数大公司，以国防用 途或科学研究用途的产品为主 金刚石车床主要用于铜、铝等软金属的加工，也可以 加工形状较复杂的工件 局限于轴对称形状的工件

　　 激光制导的激光元件（激光反射镜、激光陀螺腔体 、非球面透镜）要求非常高的精度和表面质量

　　激光反射镜用的高精度高反射率平面、数字景像匹配 末端制导用的高表面质量平面，只能通过超精密研磨 进行高质量、批量生产 非球面反射镜和透镜主要应用CNC超精密车削、磨 削、抛光加工 机载雷达用微波器件波导管的品质因素与其表面粗糙 度、精度密切相关，超精密车削技术

　　日本超精密加工的应用对象大部分是民用产品，包括 办公自动化设备、视像设备、精密测量仪器、医疗器 械和人造器官 日本超精密加工最初从铝、铜轮毂的金刚石切削开始 ，而后集中于计算机硬盘磁片的大批量生产，随后是 用于激光打印机等设备的多面镜的快速金刚石切削， 之后是非球面透镜等光学元件的超精密切削

　　第一次海湾战争： 科索沃战争： 阿富汗战争： 第二次海湾战争： 6.8％ 34％ 66％ 接近100％

　　惯性制导(INS) 激光制导 数字景像匹配末端制导 全球卫星定位系统(GPS)制导

　　 世界各国普遍认可高科技对战争进程和结果的影响  20世纪90年代以来的几次局部战争