一、超精密加工技術簡介
目前,，超精密加工是 指精度在0.1~0.01μm,，表面粗糙度Ra值在0.03~0.05μm的加工技術，如金剛石刀具超精密切削,、超精密磨料加工,、超精密特種加工和復合加工等。它適用于精密元件,、計量標準元件,、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的制造。而且,，超精密加工的精度正處在亞納米級工藝,，日趨向納米級工藝發(fā)展。
二、超精密加工方法根據加工方法的機理和特點,，超精密加工方法可以分為去除加工,、結合加工和變形加工三大類。
(一)去除加工
去除加工又稱為分離加工,，是 從工件上去除一部分材料,，傳統(tǒng)的機械加工方法，如在鑄鐵平臺上完成的車削,、銑削,、磨削、研磨和拋光,，以及特種加工中的電火花加工,、電解加工等，均屬這種加工方法,。
(二)結合加工
結合加工利用物化方法,，將不同材料結合在一起。按結合的機理不同,，它又分為附著,、注入和連接加工三種。
1.附著加工又稱為沉積加工,，是 在工件表面上覆蓋一層物質,，是 一種弱結合，其中典型的加工方法是 鍍,；2.注入加工又稱為滲入加工,，是 在工件表面上注入某些元素，使之與基體材料產生物理化學反應,，是 具有共價鍵,、離子鍵、金屬鍵的強結合,，用以改變工件表層材料的力學機械性質,，如滲碳、滲氮等,；3.連接加工將兩種相同或不同材料通過物化方法連接在一起,，如焊接、粘接等,。
(三)變形加工
變形加工又稱為流動加工,，利用力、熱,、分子運動等手段,，使工件產生變形,，從而改變其尺寸、形狀和性能,。
三,、超精密加工技術的影響因素
影響超精密加工技術的因素很多，主要表現(xiàn)為以下幾點：
(一)加工機理
近年來,，在傳統(tǒng)加工方法中,，金剛石刀具超精密切削、金剛石微粉砂輪超精密磨削,、精密高速切削,、精密砂帶磨削等已占有重要地位；在非 傳統(tǒng)加工中,，出現(xiàn)了電子束,、離子束、激光束等高能加工,、微波加工、超聲加工,、蝕刻,、電火花和電化學加工等多種方法，特別是 復合加工,，如磁性研磨,、磁流體拋光、電解研磨,、超聲研磨等,，在加工機理上均有所創(chuàng)新，尤其以快速成型為代表的“堆積”加工,，在加工技術領域具有里程碑意義,。
(二)被加工材料
超精密加工的零件，其材料的化學成分,、物理力學性能,、加工工藝性能均有嚴格要求。例如,，要求被加工材料質地均勻,、性能穩(wěn)定、無外部及內部微觀缺陷,，不能含有雜質,；其物理力學性能，如拉伸強度,、硬度,、延伸率,、彈性模量、熱導率和膨脹系數等應達到一定數量級,；材料在冶煉,、鑄造、輾軋,、熱處理等工藝過程中,，應嚴格控制熔渣過濾、輾軋方向,、溫度等,，使材質純凈、晶粒大小勻稱,、無方向性,，能滿足物理、化學,、力學等性能要求,。
(三)加工設備及其基礎元部件
對超精密加工所用的加工設備有下列要求：1.高精度。包括高靜精度和高動精度,，主要的性能指標有幾何精度,、定位精度和重復定位精度、分辨率等,，如主軸回轉精度,、導軌運動精度、檢驗平臺精度,、分度精度等,；2.高剛度。包括高靜剛度和高動剛度,，除本身剛度外,，還應注意接觸剛度，以及由工件,、機床,、刀具、夾具所組成的工藝系統(tǒng)剛度,；3.高穩(wěn)定性,。設備在經運輸、存儲以后,，在規(guī)定的工作環(huán)境下使用,，應能長時間保持高精度、抗干擾及穩(wěn)定性,。設備應具有良好的耐磨性,、抗振性等,；4.高自動化。為了保證加工質量,，減少人為因素影響,，加工設備多采用數控系統(tǒng)實現(xiàn)自動化。
(四)加工工具
加工工具主要是 指刀具和磨具,。用金剛石刀具超精密切削,，值得研究的問題有：金剛石刀具的超精密刃磨，其刃口鈍圓半徑應達到2~4nm,，同時應解決其檢測方法,，刃口鈍圓半徑與切削厚度關系密切，若切削的厚度欲達到10nm,，則刃口鈍圓半徑應為2nm,。磨具當前主要采用金剛石微粉砂輪超精密磨削，這種砂輪有磨料粒度,、粘接劑,、修整等問題，通常采用粒度為W20~W0.5的微粉金剛石,，粘接劑采用樹脂,、銅、纖維鑄鐵等,。
(五)檢測與誤差補償
超精密加工必須具備相應的檢測方法，不僅要對工件表面質量進行檢驗,，而且要檢驗加工設備和基礎元部件的精度,。其尺寸和形位精度可用電子測微儀、電感測微儀,、電容測微儀,、自準直儀等來測量；表面粗糙度可用電感式,、壓電晶體式表面形貌儀等進行接觸測量,，或用光纖法、電容法,、超聲微波法和隧道顯微鏡法進行非 接觸測量,；表面應力、表面變質層深度,、表面微裂紋等缺陷,，可用X光衍射法、激光干涉法等來測量,。檢測可采取離線的,、在位的和在線的三種方式,。
誤差預防是 通過提高機床制造精度、保證加工環(huán)境等來減少誤差源對其影響,；誤差補償是 在誤差分離的基礎上,，利用誤差補償裝置對誤差值進行靜態(tài)和動態(tài)補償，以消除誤差本身的影響,，其中靜態(tài)誤差補償是 根據事先測出的誤差值,，在加工時通過硬件或軟件進行補償；動態(tài)誤差補償是 在在線檢測基礎上,，在加工時進行實時補償,。
(六)工作環(huán)境
超精密加工的工作環(huán)境是 保證加工質量的必要條件，環(huán)境因素主要指溫度,。環(huán)境溫度可根據加工要求控制在±1℃~±0.02℃,，甚至達到±0.0005℃。達到恒溫的辦法是 采用多層套間,，可逐步得到大恒溫間,、小恒溫間，溫度控制的精度愈來愈高,，再采用局部恒溫的方法,，如恒溫罩，罩內還可用恒溫液噴淋,，達到更精確的控制溫度,。
基于超精密加工技術的重要性，國內外對該技術的研究和開發(fā)都投入了大量的人力和財力,，很多學者也在這方面做著大量的研究和實驗,，相信在不久的將來超精密加工技術一定會取得更大的進展。
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