超精密加工經(jīng)過數(shù)十年的努力,日趨成熟墩弯,不論是超精密機(jī)床吩跋、金剛石工具,還是超精密加工工藝已形成了一整套完整的超精密制造技術(shù)系統(tǒng)渔工,為推動(dòng)機(jī)械制造向更高層次發(fā)展奠定了基礎(chǔ)锌钮,現(xiàn)在正在向納米級精度或毫微米精度邁進(jìn)桥温,其前景十分令人鼓舞。但是從另一個(gè)角度來分析梁丘,隨著科技的發(fā)展侵浸,對它的要求越來越高,而現(xiàn)實(shí)的情況又受到技術(shù)水平的制約到趴,依然存在許多困難林乍。
1 綜述
超精密加工技術(shù)是一門綜合性的系統(tǒng)工程,它的發(fā)展綜合地利用了機(jī)床阁雷、工具戒腔、計(jì)量、環(huán)境技術(shù)柒杯、微電子技術(shù)掸枉、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等的進(jìn)步疑拯。日本的津和秀夫教授形象地將超精密加工比作富士山的山頂磷妻,所以在某種意義上說,已到達(dá)了精密加工的頂峰昌漏。日本的文獻(xiàn)上掷雪,經(jīng)常出現(xiàn)向極限靠攏的提法。雖然從技術(shù)的角度來說布筷,有些模糊肌坑,但是很形象化。實(shí)際上缅糟,加工精度在現(xiàn)有的水平上再提高一步已是相當(dāng)困難挺智。以現(xiàn)在的產(chǎn)品而言,凡是要求高的尺寸窗宦,大部分是超越現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的赦颇,這從另一個(gè)側(cè)面反映了超精密的實(shí)際情況,相當(dāng)多的要求赴涵,均以技術(shù)條件的形式來表示媒怯,或標(biāo)明具體的特殊公差,而今天除了精度以外髓窜,對表面還提出了新的要求——表面完整性扇苞。日本谷口紀(jì)男教授往往將超精密加工技術(shù)與微細(xì)加工綜合在一起來加以介紹,客觀上反映了兩種技術(shù)的交叉寄纵,也體現(xiàn)了時(shí)代的特征鳖敷。本文想就超精密加工發(fā)展的趨勢,說明一些個(gè)人的看法。
超精密加工技術(shù)隨著時(shí)間的推延定踱,精度盼掘、難度、復(fù)雜性等都在向更高層次發(fā)展耸颁,使加工技術(shù)也隨之需要不斷加以更新彰巫,來與之相適應(yīng)。
以金剛石切削為例韭赡,其刃口圓弧半徑一直在向更小的方向發(fā)展挟晒,因?yàn)樗拇笮≈苯佑绊懙奖患庸け砻娴拇植诙炔猩瘢c光學(xué)鏡面的反射率直接有關(guān)割懊,而今反射率要求越來越高,如激光陀螺反射鏡的反射率已提出了99.99%新浦,必然要求金剛石刀具更加鋒利烙赴,根據(jù)日本大阪大學(xué)島田尚一博士介紹,為了進(jìn)行切薄試驗(yàn)笋条,目標(biāo)是達(dá)到切屑的厚度1nm斑柬,其刃口圓弧半徑趨近2~4nm。直至今日执执,這個(gè)水平仍為世界最高的筝野。為了達(dá)到這個(gè)高度,促使金剛石研磨機(jī)也改變了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)粤剧,而采用了空氣軸承作為支承歇竟,研磨盤的端面跳動(dòng)能在機(jī)床上自行修正,使其端面跳動(dòng)控制在0.5μm以下抵恋,我國航空系統(tǒng)303所研制的刃磨機(jī)就是一例流部。刃口鋒利了湿酸,接著其檢測又成為一個(gè)難題,起先日本橫濱大學(xué)的中山一雄教授用金絲壓痕的方法;后來發(fā)展到采用掃描電子顯微鏡(SEM)晃烟,其測量精度可達(dá)到50nm;隨著精度的再提高该抒,日本的刀尖評價(jià)委員會又在SEM上增加了二次電子的發(fā)射裝置懂算,這時(shí)也只能測定到20~40nm;1993年株憾,該小組再提出采用掃描隧道顯微鏡(STM)或原子力顯微鏡(AFM)來進(jìn)行檢測蝙寨,但以后就未見報(bào)道。直到1996年号胚,我國的華中理工大學(xué)發(fā)表了用AFM檢測的報(bào)道籽慢。1998年,哈工大又再次作了報(bào)道。用AFM成功地檢測了刃口圓弧半徑湘胚。檢測技術(shù)的突破啥榜,的進(jìn)為微量切削機(jī)理一步探索創(chuàng)造了前提。
硬脆材料的加工一般均采用研磨等方法虑佳,后來日本足利大學(xué)的宮下政和教授發(fā)表了采用金剛石砂輪掏博,控制切削深度和走刀量,在超精密磨床上檬鞠,可以進(jìn)行延性方式磨削伊肿,即使是玻璃的表面也可以獲得光學(xué)鏡面。這在技術(shù)上是一次很大的突破煞仑。接著炒耀,又發(fā)展到了直接采用大負(fù)前角度的金剛石車刀在上述的類似條件下,也可以獲得同樣的結(jié)果然瞳,但車削的效率則明顯的提高名密。今天又提出如果將超聲波技術(shù)與金剛石切削結(jié)合,更有利于發(fā)揮出功效拍埠。我國吉林工大等也作了這種嘗試失驶,并取得成果。
砂輪采用金屬結(jié)合劑枣购,一般指的是銅嬉探,而為了提高砂輪的壽命,日本東京工業(yè)大學(xué)的中川威雄教授采用了鑄鐵結(jié)合劑棉圈,使砂輪的壽命明顯提高涩堤,這是很大的突破,隨之迄损,引起了各種結(jié)合劑的研究熱潮定躏。后來日本理化學(xué)研究所的大森整就在這個(gè)基礎(chǔ)上,發(fā)展了砂輪的在線電解修整(ELID)技術(shù)芹敌,又使超精密加工技術(shù)的途徑得到了拓寬痊远,在鏡面加工方面取得了進(jìn)步。
金剛石技術(shù)的發(fā)展氏捞,近幾十年來碧聪,給了科技人員很大的激勵(lì),從天然金剛石到人造金剛石翅剔,從超硬金剛石薄膜到厚膜的形成伐页,逐漸為在超精密制造技術(shù)方面廣泛采用金剛石工具創(chuàng)造了美好的前景。為了金剛石應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬迟凫,為突破金剛石切削黑色金屬养砾,一直在進(jìn)行大量的實(shí)踐嫩视,如深冷切削、富碳大氣中的切削等质教,都先后取得一些效果豪荧,也有在金剛石的成份中摻入硼,使之與黑色金屬的親和力明顯改善瓦陡。而今金剛石的刃磨已在探索其他的途徑筑陡,如熱化學(xué)研磨即為一例。
微量切削的機(jī)理一直是技術(shù)人員所關(guān)切的一個(gè)大問題厘赤,但是要直接對切削點(diǎn)觀察是異常困難的辱矮,現(xiàn)在有提議將切削裝置小型化,放置于SEM的鏡頭下進(jìn)行切削并觀察妻铲;日本大阪大學(xué)井川直哉教授等開始采用計(jì)算機(jī)仿真愿瘫,逐步在向揭開微量切削的奧秘迫近。
超精密機(jī)床的發(fā)展径簿,已經(jīng)相當(dāng)成熟罢屈。它是最重要的硬件嘀韧,它集大量成果于一體篇亭,如高精度主軸、微量進(jìn)給裝置锄贷、高精度定位系統(tǒng)译蒂、氣浮導(dǎo)軌技術(shù)、熱穩(wěn)定性技術(shù)谊却、NC系統(tǒng)等柔昼。特別是美國的LLNL實(shí)驗(yàn)室、日本的不二越炎辨、東芝機(jī)械等公司捕透、英國的Cranfield、Pneumo Precision等的產(chǎn)品都已商品化碴萧,在市場上很有聲望乙嘀。
總之,超精密制造技術(shù)是綜合的勤消、系統(tǒng)的技術(shù)組合美丝,而且隨著時(shí)間的推延,其內(nèi)涵始終在演變源糖,因此必須及時(shí)跟蹤替塑、分析,綜合地將其各方面的進(jìn)步师晨,以新穎的構(gòu)思巧妙地加以重組看卦,來不斷地提高超精密加工技術(shù)水平,適應(yīng)時(shí)代的要求。
2 展望與對策
時(shí)代對超精密加工技術(shù)仍在不斷地提出更新的需求惩凉,從大到天體望遠(yuǎn)鏡的透鏡耙钉,小到微機(jī)械的微納米尺寸零件。不論體積大小楔侣,其最高尺寸精度都趨近于毫微米卡竣;形狀也日益復(fù)雜化,各種非球面已是當(dāng)前非常典型的幾何形狀株惶;70年代蝴韭,始于日本的產(chǎn)品短薄輕小的戰(zhàn)略思想,引發(fā)了儀表的小型化熙侍、輕便化榄鉴,從而導(dǎo)致儀表零件的薄壁、低剛度蛉抓、易變形的特點(diǎn)庆尘,也造成超精密加工的更大難度。
在當(dāng)前必然也會談到的是微機(jī)械技術(shù)的誕生巷送,為超精密制造技術(shù)引來一種嶄新的態(tài)勢驶忌,它的微細(xì)程度使傳統(tǒng)的制造技術(shù)面臨一種新的挑戰(zhàn)。盡管它的誕生時(shí)間只是近期的事笑跛。人們已公認(rèn)為它是21世紀(jì)的前沿技術(shù)付魔。它的發(fā)展極為神速,受到全世界的關(guān)注飞蹂,我國也不例外几苍,僅幾年時(shí)間,許多單位已生產(chǎn)出各種產(chǎn)品陈哑,甚至完成了將原子遷移妻坝,構(gòu)成圖形或字體等的各種創(chuàng)舉。1996年轿南,上海交通大學(xué)展示了直徑為2mm的微電機(jī)折扮,而今天瑞士TECHSTAR GmbH已經(jīng)將直徑3mm電機(jī),轉(zhuǎn)速為100,000r/min的產(chǎn)品作為商品銷售兴氧,其最小的滾珠軸承外徑只有3mm夏坝。微機(jī)械的發(fā)展如此迅速,確實(shí)驚人厦冤!
面臨即將到來的21世紀(jì)花脐,我國從事超精密加工的廣大科技人員如何努力才能縮短與國外的差距,作為這條戰(zhàn)線的一名工作者奔豫,確是日有所思戚吕,下面提出一些個(gè)人的具體想法渠跷。
跟蹤世界先進(jìn)科技的發(fā)展,大量掌握和利用信息
超精密加工技術(shù)是發(fā)展科技的重要手段员漩,所以受到世界各國的廣泛重視收罢,因此也就不斷地獲得新的成果,但是因?yàn)樗囊蠖继幵诰鹊臉O限逝淹,傳統(tǒng)的耕姊、單一的技術(shù)往往很難突破,必須綜合地利用當(dāng)前取得的各種成果栅葡,通過綜合茉兰、分析,加以整合欣簇、重組规脸,才能進(jìn)一步滿足更高的要求。因此當(dāng)務(wù)之急是如何及時(shí)地取得各種有關(guān)的信息熊咽。自從進(jìn)入信息時(shí)代莫鸭,獲得信息的手段也隨之而得到發(fā)展,特別是計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)横殴,加速了信息傳遞被因。因此為信息的及時(shí)獲得創(chuàng)造了前提,同時(shí)已成為競爭的重要手段滥玷。前面已提到的金剛石切削刃口圓弧半徑的測量氏身,一直是超精密加工技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)難題,自從1982年信撞,STM和AFM的發(fā)明,應(yīng)當(dāng)說為其測量創(chuàng)造了前提穴你,但是當(dāng)時(shí)并未受到應(yīng)有的重視癣垛,直到1993年才從《Precision Engineering》看到美國學(xué)者J.Drescher提出這種設(shè)想,但并未實(shí)現(xiàn)乓收。到了1996年和1998年瞻坊,才看到我國的華中理工大學(xué)和哈工大在這方面相繼作出了的有關(guān)的報(bào)道。表明這些信息的傳遞愧棋,有利于加速技術(shù)的發(fā)展兼峻。但為什么實(shí)踐如此滯后。也許可以說罗和,信息雖然是有了神深,但并沒有很快得到應(yīng)用,當(dāng)時(shí)它的出現(xiàn)并非直接為超精密加工領(lǐng)域應(yīng)用的功哮。不過今天看來這項(xiàng)研究仅谍,所以能獲得進(jìn)展潦擅,也是因?yàn)閼?yīng)用了這個(gè)信息。這充分說明信息只是一種素材兼犯,有了信息還得進(jìn)一步經(jīng)過加工忍捡,才能成為真正的手段。
超精密加工技術(shù)一直是制造技術(shù)的前沿技術(shù)切黔,每前進(jìn)一步砸脊,都需付出很大的代價(jià),而且對其要求也是隨著時(shí)間的推延而不斷提高纬霞,這就必須廣泛的收集信息脓规,雖然工藝信息往往是被視作Know-How而加以保密,所以更增加了它的收集難度险领,但是信息的渠道是多方面的侨舆,另外,得到的信息绢陌,大部分仍然需要經(jīng)過大量篩選挨下,擇其有用的為我所用。而信息的收集必須先行脐湾,并且需要及時(shí)臭笆。
比如,當(dāng)前硬脆材料的加工已是當(dāng)務(wù)之急隶秒,歷來采用磨削的途徑持沛,但是在技術(shù)上存在比較難克服的問題,往往滿足不了光學(xué)等方面的要求媒敲,有的還將附加采用難度不小的拋光汇凌。為了突破這個(gè)難題,世界各國都開始摸索新的途徑透鹊,后來出現(xiàn)在超精密機(jī)床上加工硬脆材料蚪教,控制極小切深和走刀量,首先從磨削突破了硬脆材料延性方式的技術(shù)召期,緊接著也很快采用大負(fù)前角的金剛石車刀獲得成功畅镐。當(dāng)然在掌握上,仍然存在難度编漆。近期又有建議在金剛石的切削上如果復(fù)合振動(dòng)切削践桂,便能更易實(shí)現(xiàn)硬脆材料延性方式的切削。這表明技術(shù)是在不斷推陳出新的跌蛔。必須時(shí)時(shí)跟蹤级汹,這樣才有可能縮短研制的周期,突破難題雌芽。
整合授艰、重組思想的運(yùn)用
超精密加工技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程辨嗽,它集機(jī)床、工具淮腾、計(jì)量糟需、數(shù)控、材料谷朝、環(huán)境控制等成果于一體洲押,針對不同的加工對象,不同的設(shè)計(jì)要求圆凰,綜合地加以利用杈帐。這里想以當(dāng)前的超精密機(jī)床為例,可以發(fā)現(xiàn)大部分這類機(jī)床也是反映出這些特點(diǎn)专钉,它是根據(jù)自己所需的產(chǎn)品來設(shè)計(jì)挑童、制造的。從這類機(jī)床的主軸跃须、直到床身站叼,幾乎均被認(rèn)為到了精度的極限,因此每種型號特色都比較明顯诉抱。而商品化的也有一些普毙,但從已發(fā)表的文獻(xiàn)中來看,只是少數(shù)聂闺。前者如美國的LLNL國家實(shí)驗(yàn)室的大型光學(xué)金剛石車床LODTM等捍骇。后者如Pneumo Precision公司的SMG325超精密機(jī)床。即使是大量生產(chǎn)磁盤的車床其需要量也是很有限的咨捕,以日本東芝機(jī)械公司為例闰收,據(jù)其公司的介紹,每年在日本的補(bǔ)充量也僅三十多臺尊慷,或者更少执寺。這是超精密機(jī)床的特點(diǎn)。
超精密機(jī)床的特點(diǎn)擴(kuò)大到整個(gè)超精密加工技術(shù)來看肖婴,有類似的情況,超精密加工技術(shù)也都是在其有關(guān)的各項(xiàng)技術(shù)支撐的條件下刑嚷,逐步發(fā)展起來的略裹,同時(shí)又往往取各項(xiàng)技術(shù)的嶄新成果來加以充實(shí)、提高闽巩。例如金剛石車刀的刃口圓弧半徑達(dá)到2~4nm钧舌,就可切削下小于1nm厚度的切屑,這為更高精度的加工創(chuàng)造了前提涎跨;摩擦驅(qū)動(dòng)的出現(xiàn)洼冻,完全解決了滾珠絲桿的發(fā)熱崭歧、振動(dòng)、振擺和噪音等的不足撞牢,使獲得更佳的質(zhì)量具有可能性率碾;冷卻液的溫度能控制到20±0.0005℃,在噴淋下切削可以保證高精度屋彪;靜壓軸承的高精度為主軸的高精度回轉(zhuǎn)提供了條件所宰;雙頻激光干涉儀達(dá)到了當(dāng)前的最高定位精度;喻為零膨脹系數(shù)的微晶玻璃為超精密機(jī)床向更高層次的發(fā)展提供了可能畜挥。這許多嶄新的技術(shù)成就為整個(gè)超精密加工技術(shù)向縱深發(fā)展創(chuàng)造了依據(jù)仔粥。今日的超精密加工技術(shù)就是以這許多先進(jìn)技術(shù)作為支撐的。但是如何運(yùn)用好這些技術(shù)蟹但,還有待更高超的整合和重組的技巧及苍。這是超精密加工技術(shù)方面的重要課題。
創(chuàng)新是推動(dòng)超精密加工技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力
超精密加工技術(shù)每前進(jìn)一步蓉厕,都離不開創(chuàng)新勾疏,這是由超精密加工技術(shù)所處的位置決定的,因?yàn)檫@門技術(shù)始終處在發(fā)展的前沿犬洽。面對飛速發(fā)展的需求就決定了它必須創(chuàng)新凳福。
美國的LLNL國家實(shí)驗(yàn)室是最典型的一個(gè)科研單位。在超精密加工技術(shù)方面作出的貢獻(xiàn)一直為世人所公認(rèn)纪萎。以摩擦驅(qū)動(dòng)為例则钩,它替代滾珠絲桿被應(yīng)用在LODTM型的超精密機(jī)床上,是一個(gè)創(chuàng)舉虹限,其優(yōu)點(diǎn)已在前面介紹過檀巡,Jim B.Bryan教授因而被喻為“摩擦驅(qū)動(dòng)之父”。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室彭薪,還研制了一臺BODTM小型的超精密機(jī)床宜恩,它完全是用市場購買的部件組裝而成的,我們稱為模塊方式的結(jié)構(gòu)夜矗。這體現(xiàn)了超精密機(jī)床的單件或小批量的特點(diǎn)泛范。這種方式不僅研制周期短,成本低紊撕,而且可以組合成各種機(jī)床罢荡,甚至可以形成小的批量生產(chǎn)。我國航空系統(tǒng)303所的實(shí)踐也充分表明這一點(diǎn)对扶。
日本認(rèn)為綜合利用也是一種創(chuàng)新区赵。最近日本松下電器公司將AFM儀器裝到高精度三坐標(biāo)測量機(jī)上,使其量程最大可達(dá)400mm浪南,最高精度為10nm笼才,可傾斜最大60°角的任意三維形狀漱受,成為世界上最高精度的UA3P型三坐標(biāo)測量機(jī)。他們拓寬了原有測量機(jī)的功能骡送,更重要的是向超精密加工前進(jìn)了一大步“合郏現(xiàn)在有人開始正在將平行機(jī)構(gòu)應(yīng)用在三坐標(biāo)測量機(jī)上,可以預(yù)見一種新功能的測量機(jī)將會依靠創(chuàng)新而誕生各谚。
電加工在近期進(jìn)入了超精密加工技術(shù)領(lǐng)域紧憾,從發(fā)展的角度來分析,在未來的世紀(jì)中甥鼠,將會發(fā)揮出更大的作用块生。今天的電加工不論其功能,還是加工的質(zhì)量已經(jīng)接近超精密切削加工的水平岭笔,以電火花線切割為例廓蒜,通過采用二次切割(Second Cut),其切割的精度為±2μm钻国,能達(dá)到很高的表面質(zhì)量奴妈。再說電火花成形加工,在采用平動(dòng)或搖動(dòng)的基礎(chǔ)上燎称,最近創(chuàng)造了混粉(鋁窃愿、鉻和硅等)加工,被加工表面達(dá)到了鏡面贩溉。電加工技術(shù)迄今仍在向更高層次發(fā)展恨递,其前景十分令人鼓舞。例如膨桂,日本東京工業(yè)大學(xué)的增澤隆久采用0.01mm的電極絲溺瘩,在電火花線切割機(jī)床上切割f0.3mm直徑的7個(gè)齒的小齒輪,說明電加工已經(jīng)發(fā)展到微機(jī)械加工領(lǐng)域昌腰。這可充分說明由于創(chuàng)新使電加工技術(shù)迅速地得到騰飛开伏。1943年發(fā)明電加工時(shí)僅僅是一種輔助性的粗加工手段,而今已步入了超精密加工技術(shù)的行列遭商,真是不可同日而語了固灵!
陶瓷性能的優(yōu)越,作為結(jié)構(gòu)材料已眾所周知劫流,但是其加工的難度太大怎虫,是有名的難加工材料,陶瓷滾珠的加工就更難困介。如何制造高精度陶瓷滾珠已成為熱門的一項(xiàng)課題,采用傳統(tǒng)的研磨機(jī)蘸际,存在一些不足座哩,于是日本金澤大學(xué)的黑部利次等教授將V型槽研磨盤分為內(nèi)外兩個(gè)有斜面的盤徒扶,V型是由兩個(gè)斜面構(gòu)成,這樣這兩個(gè)盤可以以不同的速度回轉(zhuǎn)根穷,改善了滾珠在研磨中的狀態(tài)姜骡,來得到高精度。這是從另一個(gè)側(cè)面介紹了研磨領(lǐng)域里的一種新穎的構(gòu)思诽怨。
金屬結(jié)合劑的金剛石砂輪的應(yīng)用歷史已不短勃经,其結(jié)合劑歷來就是銅劑,日本東京工業(yè)大學(xué)的中川威雄教授提出采用鐵劑食云,使金剛石砂輪的壽命提高了1~2倍浩铺。并且引起了技術(shù)界研究結(jié)合劑的熱潮。在這基礎(chǔ)上痒池,日本理化研究所的大森整博士又發(fā)展了金剛石砂輪的在線電解修正(ELID)技術(shù)红骏,拓寬了鏡面加工的新途徑,創(chuàng)新的作用發(fā)揮出了淋漓盡致的效果凉陌。
總之星茶,創(chuàng)新在超精密加工領(lǐng)域中占有重要的位置,這是無可爭辯的埠浩。
注意動(dòng)向飒胜,為發(fā)展鋪平道路
超精密加工技術(shù)在向更高精度的層次發(fā)展,具體說屠伴,正在受到毫微米精度的挑戰(zhàn)射严,另一方面又面臨微機(jī)械的要求,傳統(tǒng)的加工也面臨不適應(yīng)的局面轧简。因此從戰(zhàn)略上必須重視這些發(fā)展驰坊。這里只提出幾個(gè)例子作為參考:
微機(jī)械的制造技術(shù)
微機(jī)械與微機(jī)械加工已是當(dāng)前超精密加工技術(shù)延伸的一個(gè)重要方面。由于與傳統(tǒng)的機(jī)械加工有著很大差異哮独,因此逐漸在超精密加工技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)一種嶄新的動(dòng)向拳芙,它正起到推動(dòng)超精密加工技術(shù)發(fā)展的作用。LIGA技術(shù)就是典型的產(chǎn)物皮璧;電加工向微細(xì)加工的發(fā)展又是一例舟扎。以STM、AFM等組成的SPM系統(tǒng)正在被應(yīng)用在機(jī)械加工領(lǐng)域悴务,今天超精密加工的表面質(zhì)量通過這類測量儀表的計(jì)量睹限,使加工的技術(shù)水平向更高層次發(fā)展。這些技術(shù)的發(fā)展不僅推動(dòng)微機(jī)械技術(shù)的發(fā)展讯檐,而且也加速了傳統(tǒng)機(jī)械加工的進(jìn)步羡疗。
硬脆材料采用延性方式加工
科技的進(jìn)步,促使廣泛采用新材料,而新材料中許多是硬脆材料叨恨,其加工難度很大菱拙,尤其是光學(xué)零件的透鏡,要求鏡面去弹,自從出現(xiàn)采用延性方式的加工技術(shù)团尿,引發(fā)了很大的研究熱潮,但是它必須提供更優(yōu)越的條件毛溅,因此有人提出金剛石車削與超聲波技術(shù)結(jié)合的復(fù)合加工袭澎。總之关灰,這是前景很好的技術(shù)鞭眠,但是難度很大,當(dāng)前仍處在實(shí)驗(yàn)室階段芬过,還有待進(jìn)一步完善和探索胞仅。而今后的需求確實(shí)十分迫切。
超精密計(jì)量技術(shù)的發(fā)展
要發(fā)展超精密加工技術(shù)佣今,最迫切的是超精密計(jì)量唁映。從發(fā)展的角度來看,超精密加工技術(shù)一直在向更高層次推進(jìn)靠汁,因此其定義也很難加以確定蜂大,精度也隨著時(shí)間的推移不斷提高,計(jì)量便首當(dāng)其沖蝶怔。應(yīng)當(dāng)說奶浦,計(jì)量技術(shù)在當(dāng)前已經(jīng)有了很大提高,條件明顯得到改善踢星,但是需求則更高澳叉,這就是矛盾的所在。激光作為計(jì)量的基準(zhǔn)沐悦,對超精密加工技術(shù)起到了巨大的推動(dòng)作用成洗;掃描探針顯微鏡(SPM)出現(xiàn),對提高超精密加工技術(shù)向高層次的發(fā)展起到了關(guān)鍵的作用藏否,而且也有助于微機(jī)械的發(fā)展瓶殃。這是有利的方面,但是其利用只是剛開始副签,有待進(jìn)一步開發(fā)遥椿,但從發(fā)展來看,難度依然很大淆储。
非球面光學(xué)加工
非球面透鏡的出現(xiàn)是光學(xué)領(lǐng)域的重要發(fā)展舶卧,它的迅速發(fā)展熬慎,給超精密加工技術(shù)提出了迫切的要求,隨著時(shí)間的推移浪熙,精度的不斷提高桃镐,難度也日益變大。所以近期已成為超精密加工領(lǐng)域的一項(xiàng)重要的課題锨蹄。這項(xiàng)技術(shù)不僅應(yīng)用于大型天文望遠(yuǎn)鏡,而且用于紅外及短波段的反射光學(xué)成像系統(tǒng)與量大面廣的光盤光學(xué)聚焦透鏡扶免。今天透鏡的材料也在迅速發(fā)展努墩,新型的塑料透鏡已成為熱門的目標(biāo),由于其量大且塑料的熱膨脹系數(shù)大紧视,使制造的難度也日趨增大引晌。尤其是光學(xué)透鏡的模具制造更是超精密加工技術(shù)今后的重要課題。
限于篇幅硝荚,這里只能舉幾例赌骏,說明隨時(shí)隨地應(yīng)當(dāng)注意其動(dòng)向,為超精密加工技術(shù)的發(fā)展焙蹭,得取動(dòng)力晒杈。
3 結(jié)束語
超精密加工技術(shù)是機(jī)械制造領(lǐng)域的重要方面,它的發(fā)展是尖端技術(shù)的基礎(chǔ)孔厉,它的成就將是推動(dòng)整個(gè)科技向更高層次發(fā)展的重要手段拯钻,也是現(xiàn)階段必須突破的關(guān)鍵技術(shù),因此及時(shí)借助于當(dāng)前的有關(guān)各項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步撰豺,綜合加以利用才能突破粪般。這就是本文的初衷。
1 綜述
超精密加工技術(shù)是一門綜合性的系統(tǒng)工程,它的發(fā)展綜合地利用了機(jī)床阁雷、工具戒腔、計(jì)量、環(huán)境技術(shù)柒杯、微電子技術(shù)掸枉、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等的進(jìn)步疑拯。日本的津和秀夫教授形象地將超精密加工比作富士山的山頂磷妻,所以在某種意義上說,已到達(dá)了精密加工的頂峰昌漏。日本的文獻(xiàn)上掷雪,經(jīng)常出現(xiàn)向極限靠攏的提法。雖然從技術(shù)的角度來說布筷,有些模糊肌坑,但是很形象化。實(shí)際上缅糟,加工精度在現(xiàn)有的水平上再提高一步已是相當(dāng)困難挺智。以現(xiàn)在的產(chǎn)品而言,凡是要求高的尺寸窗宦,大部分是超越現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的赦颇,這從另一個(gè)側(cè)面反映了超精密的實(shí)際情況,相當(dāng)多的要求赴涵,均以技術(shù)條件的形式來表示媒怯,或標(biāo)明具體的特殊公差,而今天除了精度以外髓窜,對表面還提出了新的要求——表面完整性扇苞。日本谷口紀(jì)男教授往往將超精密加工技術(shù)與微細(xì)加工綜合在一起來加以介紹,客觀上反映了兩種技術(shù)的交叉寄纵,也體現(xiàn)了時(shí)代的特征鳖敷。本文想就超精密加工發(fā)展的趨勢,說明一些個(gè)人的看法。
超精密加工技術(shù)隨著時(shí)間的推延定踱,精度盼掘、難度、復(fù)雜性等都在向更高層次發(fā)展耸颁,使加工技術(shù)也隨之需要不斷加以更新彰巫,來與之相適應(yīng)。
以金剛石切削為例韭赡,其刃口圓弧半徑一直在向更小的方向發(fā)展挟晒,因?yàn)樗拇笮≈苯佑绊懙奖患庸け砻娴拇植诙炔猩瘢c光學(xué)鏡面的反射率直接有關(guān)割懊,而今反射率要求越來越高,如激光陀螺反射鏡的反射率已提出了99.99%新浦,必然要求金剛石刀具更加鋒利烙赴,根據(jù)日本大阪大學(xué)島田尚一博士介紹,為了進(jìn)行切薄試驗(yàn)笋条,目標(biāo)是達(dá)到切屑的厚度1nm斑柬,其刃口圓弧半徑趨近2~4nm。直至今日执执,這個(gè)水平仍為世界最高的筝野。為了達(dá)到這個(gè)高度,促使金剛石研磨機(jī)也改變了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)粤剧,而采用了空氣軸承作為支承歇竟,研磨盤的端面跳動(dòng)能在機(jī)床上自行修正,使其端面跳動(dòng)控制在0.5μm以下抵恋,我國航空系統(tǒng)303所研制的刃磨機(jī)就是一例流部。刃口鋒利了湿酸,接著其檢測又成為一個(gè)難題,起先日本橫濱大學(xué)的中山一雄教授用金絲壓痕的方法;后來發(fā)展到采用掃描電子顯微鏡(SEM)晃烟,其測量精度可達(dá)到50nm;隨著精度的再提高该抒,日本的刀尖評價(jià)委員會又在SEM上增加了二次電子的發(fā)射裝置懂算,這時(shí)也只能測定到20~40nm;1993年株憾,該小組再提出采用掃描隧道顯微鏡(STM)或原子力顯微鏡(AFM)來進(jìn)行檢測蝙寨,但以后就未見報(bào)道。直到1996年号胚,我國的華中理工大學(xué)發(fā)表了用AFM檢測的報(bào)道籽慢。1998年,哈工大又再次作了報(bào)道。用AFM成功地檢測了刃口圓弧半徑湘胚。檢測技術(shù)的突破啥榜,的進(jìn)為微量切削機(jī)理一步探索創(chuàng)造了前提。
硬脆材料的加工一般均采用研磨等方法虑佳,后來日本足利大學(xué)的宮下政和教授發(fā)表了采用金剛石砂輪掏博,控制切削深度和走刀量,在超精密磨床上檬鞠,可以進(jìn)行延性方式磨削伊肿,即使是玻璃的表面也可以獲得光學(xué)鏡面。這在技術(shù)上是一次很大的突破煞仑。接著炒耀,又發(fā)展到了直接采用大負(fù)前角度的金剛石車刀在上述的類似條件下,也可以獲得同樣的結(jié)果然瞳,但車削的效率則明顯的提高名密。今天又提出如果將超聲波技術(shù)與金剛石切削結(jié)合,更有利于發(fā)揮出功效拍埠。我國吉林工大等也作了這種嘗試失驶,并取得成果。
砂輪采用金屬結(jié)合劑枣购,一般指的是銅嬉探,而為了提高砂輪的壽命,日本東京工業(yè)大學(xué)的中川威雄教授采用了鑄鐵結(jié)合劑棉圈,使砂輪的壽命明顯提高涩堤,這是很大的突破,隨之迄损,引起了各種結(jié)合劑的研究熱潮定躏。后來日本理化學(xué)研究所的大森整就在這個(gè)基礎(chǔ)上,發(fā)展了砂輪的在線電解修整(ELID)技術(shù)芹敌,又使超精密加工技術(shù)的途徑得到了拓寬痊远,在鏡面加工方面取得了進(jìn)步。
金剛石技術(shù)的發(fā)展氏捞,近幾十年來碧聪,給了科技人員很大的激勵(lì),從天然金剛石到人造金剛石翅剔,從超硬金剛石薄膜到厚膜的形成伐页,逐漸為在超精密制造技術(shù)方面廣泛采用金剛石工具創(chuàng)造了美好的前景。為了金剛石應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬迟凫,為突破金剛石切削黑色金屬养砾,一直在進(jìn)行大量的實(shí)踐嫩视,如深冷切削、富碳大氣中的切削等质教,都先后取得一些效果豪荧,也有在金剛石的成份中摻入硼,使之與黑色金屬的親和力明顯改善瓦陡。而今金剛石的刃磨已在探索其他的途徑筑陡,如熱化學(xué)研磨即為一例。
微量切削的機(jī)理一直是技術(shù)人員所關(guān)切的一個(gè)大問題厘赤,但是要直接對切削點(diǎn)觀察是異常困難的辱矮,現(xiàn)在有提議將切削裝置小型化,放置于SEM的鏡頭下進(jìn)行切削并觀察妻铲;日本大阪大學(xué)井川直哉教授等開始采用計(jì)算機(jī)仿真愿瘫,逐步在向揭開微量切削的奧秘迫近。
超精密機(jī)床的發(fā)展径簿,已經(jīng)相當(dāng)成熟罢屈。它是最重要的硬件嘀韧,它集大量成果于一體篇亭,如高精度主軸、微量進(jìn)給裝置锄贷、高精度定位系統(tǒng)译蒂、氣浮導(dǎo)軌技術(shù)、熱穩(wěn)定性技術(shù)谊却、NC系統(tǒng)等柔昼。特別是美國的LLNL實(shí)驗(yàn)室、日本的不二越炎辨、東芝機(jī)械等公司捕透、英國的Cranfield、Pneumo Precision等的產(chǎn)品都已商品化碴萧,在市場上很有聲望乙嘀。
總之,超精密制造技術(shù)是綜合的勤消、系統(tǒng)的技術(shù)組合美丝,而且隨著時(shí)間的推延,其內(nèi)涵始終在演變源糖,因此必須及時(shí)跟蹤替塑、分析,綜合地將其各方面的進(jìn)步师晨,以新穎的構(gòu)思巧妙地加以重組看卦,來不斷地提高超精密加工技術(shù)水平,適應(yīng)時(shí)代的要求。
2 展望與對策
時(shí)代對超精密加工技術(shù)仍在不斷地提出更新的需求惩凉,從大到天體望遠(yuǎn)鏡的透鏡耙钉,小到微機(jī)械的微納米尺寸零件。不論體積大小楔侣,其最高尺寸精度都趨近于毫微米卡竣;形狀也日益復(fù)雜化,各種非球面已是當(dāng)前非常典型的幾何形狀株惶;70年代蝴韭,始于日本的產(chǎn)品短薄輕小的戰(zhàn)略思想,引發(fā)了儀表的小型化熙侍、輕便化榄鉴,從而導(dǎo)致儀表零件的薄壁、低剛度蛉抓、易變形的特點(diǎn)庆尘,也造成超精密加工的更大難度。
在當(dāng)前必然也會談到的是微機(jī)械技術(shù)的誕生巷送,為超精密制造技術(shù)引來一種嶄新的態(tài)勢驶忌,它的微細(xì)程度使傳統(tǒng)的制造技術(shù)面臨一種新的挑戰(zhàn)。盡管它的誕生時(shí)間只是近期的事笑跛。人們已公認(rèn)為它是21世紀(jì)的前沿技術(shù)付魔。它的發(fā)展極為神速,受到全世界的關(guān)注飞蹂,我國也不例外几苍,僅幾年時(shí)間,許多單位已生產(chǎn)出各種產(chǎn)品陈哑,甚至完成了將原子遷移妻坝,構(gòu)成圖形或字體等的各種創(chuàng)舉。1996年轿南,上海交通大學(xué)展示了直徑為2mm的微電機(jī)折扮,而今天瑞士TECHSTAR GmbH已經(jīng)將直徑3mm電機(jī),轉(zhuǎn)速為100,000r/min的產(chǎn)品作為商品銷售兴氧,其最小的滾珠軸承外徑只有3mm夏坝。微機(jī)械的發(fā)展如此迅速,確實(shí)驚人厦冤!
面臨即將到來的21世紀(jì)花脐,我國從事超精密加工的廣大科技人員如何努力才能縮短與國外的差距,作為這條戰(zhàn)線的一名工作者奔豫,確是日有所思戚吕,下面提出一些個(gè)人的具體想法渠跷。
跟蹤世界先進(jìn)科技的發(fā)展,大量掌握和利用信息
超精密加工技術(shù)是發(fā)展科技的重要手段员漩,所以受到世界各國的廣泛重視收罢,因此也就不斷地獲得新的成果,但是因?yàn)樗囊蠖继幵诰鹊臉O限逝淹,傳統(tǒng)的耕姊、單一的技術(shù)往往很難突破,必須綜合地利用當(dāng)前取得的各種成果栅葡,通過綜合茉兰、分析,加以整合欣簇、重組规脸,才能進(jìn)一步滿足更高的要求。因此當(dāng)務(wù)之急是如何及時(shí)地取得各種有關(guān)的信息熊咽。自從進(jìn)入信息時(shí)代莫鸭,獲得信息的手段也隨之而得到發(fā)展,特別是計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)横殴,加速了信息傳遞被因。因此為信息的及時(shí)獲得創(chuàng)造了前提,同時(shí)已成為競爭的重要手段滥玷。前面已提到的金剛石切削刃口圓弧半徑的測量氏身,一直是超精密加工技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)難題,自從1982年信撞,STM和AFM的發(fā)明,應(yīng)當(dāng)說為其測量創(chuàng)造了前提穴你,但是當(dāng)時(shí)并未受到應(yīng)有的重視癣垛,直到1993年才從《Precision Engineering》看到美國學(xué)者J.Drescher提出這種設(shè)想,但并未實(shí)現(xiàn)乓收。到了1996年和1998年瞻坊,才看到我國的華中理工大學(xué)和哈工大在這方面相繼作出了的有關(guān)的報(bào)道。表明這些信息的傳遞愧棋,有利于加速技術(shù)的發(fā)展兼峻。但為什么實(shí)踐如此滯后。也許可以說罗和,信息雖然是有了神深,但并沒有很快得到應(yīng)用,當(dāng)時(shí)它的出現(xiàn)并非直接為超精密加工領(lǐng)域應(yīng)用的功哮。不過今天看來這項(xiàng)研究仅谍,所以能獲得進(jìn)展潦擅,也是因?yàn)閼?yīng)用了這個(gè)信息。這充分說明信息只是一種素材兼犯,有了信息還得進(jìn)一步經(jīng)過加工忍捡,才能成為真正的手段。
超精密加工技術(shù)一直是制造技術(shù)的前沿技術(shù)切黔,每前進(jìn)一步砸脊,都需付出很大的代價(jià),而且對其要求也是隨著時(shí)間的推延而不斷提高纬霞,這就必須廣泛的收集信息脓规,雖然工藝信息往往是被視作Know-How而加以保密,所以更增加了它的收集難度险领,但是信息的渠道是多方面的侨舆,另外,得到的信息绢陌,大部分仍然需要經(jīng)過大量篩選挨下,擇其有用的為我所用。而信息的收集必須先行脐湾,并且需要及時(shí)臭笆。
比如,當(dāng)前硬脆材料的加工已是當(dāng)務(wù)之急隶秒,歷來采用磨削的途徑持沛,但是在技術(shù)上存在比較難克服的問題,往往滿足不了光學(xué)等方面的要求媒敲,有的還將附加采用難度不小的拋光汇凌。為了突破這個(gè)難題,世界各國都開始摸索新的途徑透鹊,后來出現(xiàn)在超精密機(jī)床上加工硬脆材料蚪教,控制極小切深和走刀量,首先從磨削突破了硬脆材料延性方式的技術(shù)召期,緊接著也很快采用大負(fù)前角的金剛石車刀獲得成功畅镐。當(dāng)然在掌握上,仍然存在難度编漆。近期又有建議在金剛石的切削上如果復(fù)合振動(dòng)切削践桂,便能更易實(shí)現(xiàn)硬脆材料延性方式的切削。這表明技術(shù)是在不斷推陳出新的跌蛔。必須時(shí)時(shí)跟蹤级汹,這樣才有可能縮短研制的周期,突破難題雌芽。
整合授艰、重組思想的運(yùn)用
超精密加工技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程辨嗽,它集機(jī)床、工具淮腾、計(jì)量糟需、數(shù)控、材料谷朝、環(huán)境控制等成果于一體洲押,針對不同的加工對象,不同的設(shè)計(jì)要求圆凰,綜合地加以利用杈帐。這里想以當(dāng)前的超精密機(jī)床為例,可以發(fā)現(xiàn)大部分這類機(jī)床也是反映出這些特點(diǎn)专钉,它是根據(jù)自己所需的產(chǎn)品來設(shè)計(jì)挑童、制造的。從這類機(jī)床的主軸跃须、直到床身站叼,幾乎均被認(rèn)為到了精度的極限,因此每種型號特色都比較明顯诉抱。而商品化的也有一些普毙,但從已發(fā)表的文獻(xiàn)中來看,只是少數(shù)聂闺。前者如美國的LLNL國家實(shí)驗(yàn)室的大型光學(xué)金剛石車床LODTM等捍骇。后者如Pneumo Precision公司的SMG325超精密機(jī)床。即使是大量生產(chǎn)磁盤的車床其需要量也是很有限的咨捕,以日本東芝機(jī)械公司為例闰收,據(jù)其公司的介紹,每年在日本的補(bǔ)充量也僅三十多臺尊慷,或者更少执寺。這是超精密機(jī)床的特點(diǎn)。
超精密機(jī)床的特點(diǎn)擴(kuò)大到整個(gè)超精密加工技術(shù)來看肖婴,有類似的情況,超精密加工技術(shù)也都是在其有關(guān)的各項(xiàng)技術(shù)支撐的條件下刑嚷,逐步發(fā)展起來的略裹,同時(shí)又往往取各項(xiàng)技術(shù)的嶄新成果來加以充實(shí)、提高闽巩。例如金剛石車刀的刃口圓弧半徑達(dá)到2~4nm钧舌,就可切削下小于1nm厚度的切屑,這為更高精度的加工創(chuàng)造了前提涎跨;摩擦驅(qū)動(dòng)的出現(xiàn)洼冻,完全解決了滾珠絲桿的發(fā)熱崭歧、振動(dòng)、振擺和噪音等的不足撞牢,使獲得更佳的質(zhì)量具有可能性率碾;冷卻液的溫度能控制到20±0.0005℃,在噴淋下切削可以保證高精度屋彪;靜壓軸承的高精度為主軸的高精度回轉(zhuǎn)提供了條件所宰;雙頻激光干涉儀達(dá)到了當(dāng)前的最高定位精度;喻為零膨脹系數(shù)的微晶玻璃為超精密機(jī)床向更高層次的發(fā)展提供了可能畜挥。這許多嶄新的技術(shù)成就為整個(gè)超精密加工技術(shù)向縱深發(fā)展創(chuàng)造了依據(jù)仔粥。今日的超精密加工技術(shù)就是以這許多先進(jìn)技術(shù)作為支撐的。但是如何運(yùn)用好這些技術(shù)蟹但,還有待更高超的整合和重組的技巧及苍。這是超精密加工技術(shù)方面的重要課題。
創(chuàng)新是推動(dòng)超精密加工技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力
超精密加工技術(shù)每前進(jìn)一步蓉厕,都離不開創(chuàng)新勾疏,這是由超精密加工技術(shù)所處的位置決定的,因?yàn)檫@門技術(shù)始終處在發(fā)展的前沿犬洽。面對飛速發(fā)展的需求就決定了它必須創(chuàng)新凳福。
美國的LLNL國家實(shí)驗(yàn)室是最典型的一個(gè)科研單位。在超精密加工技術(shù)方面作出的貢獻(xiàn)一直為世人所公認(rèn)纪萎。以摩擦驅(qū)動(dòng)為例则钩,它替代滾珠絲桿被應(yīng)用在LODTM型的超精密機(jī)床上,是一個(gè)創(chuàng)舉虹限,其優(yōu)點(diǎn)已在前面介紹過檀巡,Jim B.Bryan教授因而被喻為“摩擦驅(qū)動(dòng)之父”。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室彭薪,還研制了一臺BODTM小型的超精密機(jī)床宜恩,它完全是用市場購買的部件組裝而成的,我們稱為模塊方式的結(jié)構(gòu)夜矗。這體現(xiàn)了超精密機(jī)床的單件或小批量的特點(diǎn)泛范。這種方式不僅研制周期短,成本低紊撕,而且可以組合成各種機(jī)床罢荡,甚至可以形成小的批量生產(chǎn)。我國航空系統(tǒng)303所的實(shí)踐也充分表明這一點(diǎn)对扶。
日本認(rèn)為綜合利用也是一種創(chuàng)新区赵。最近日本松下電器公司將AFM儀器裝到高精度三坐標(biāo)測量機(jī)上,使其量程最大可達(dá)400mm浪南,最高精度為10nm笼才,可傾斜最大60°角的任意三維形狀漱受,成為世界上最高精度的UA3P型三坐標(biāo)測量機(jī)。他們拓寬了原有測量機(jī)的功能骡送,更重要的是向超精密加工前進(jìn)了一大步“合郏現(xiàn)在有人開始正在將平行機(jī)構(gòu)應(yīng)用在三坐標(biāo)測量機(jī)上,可以預(yù)見一種新功能的測量機(jī)將會依靠創(chuàng)新而誕生各谚。
電加工在近期進(jìn)入了超精密加工技術(shù)領(lǐng)域紧憾,從發(fā)展的角度來分析,在未來的世紀(jì)中甥鼠,將會發(fā)揮出更大的作用块生。今天的電加工不論其功能,還是加工的質(zhì)量已經(jīng)接近超精密切削加工的水平岭笔,以電火花線切割為例廓蒜,通過采用二次切割(Second Cut),其切割的精度為±2μm钻国,能達(dá)到很高的表面質(zhì)量奴妈。再說電火花成形加工,在采用平動(dòng)或搖動(dòng)的基礎(chǔ)上燎称,最近創(chuàng)造了混粉(鋁窃愿、鉻和硅等)加工,被加工表面達(dá)到了鏡面贩溉。電加工技術(shù)迄今仍在向更高層次發(fā)展恨递,其前景十分令人鼓舞。例如膨桂,日本東京工業(yè)大學(xué)的增澤隆久采用0.01mm的電極絲溺瘩,在電火花線切割機(jī)床上切割f0.3mm直徑的7個(gè)齒的小齒輪,說明電加工已經(jīng)發(fā)展到微機(jī)械加工領(lǐng)域昌腰。這可充分說明由于創(chuàng)新使電加工技術(shù)迅速地得到騰飛开伏。1943年發(fā)明電加工時(shí)僅僅是一種輔助性的粗加工手段,而今已步入了超精密加工技術(shù)的行列遭商,真是不可同日而語了固灵!
陶瓷性能的優(yōu)越,作為結(jié)構(gòu)材料已眾所周知劫流,但是其加工的難度太大怎虫,是有名的難加工材料,陶瓷滾珠的加工就更難困介。如何制造高精度陶瓷滾珠已成為熱門的一項(xiàng)課題,采用傳統(tǒng)的研磨機(jī)蘸际,存在一些不足座哩,于是日本金澤大學(xué)的黑部利次等教授將V型槽研磨盤分為內(nèi)外兩個(gè)有斜面的盤徒扶,V型是由兩個(gè)斜面構(gòu)成,這樣這兩個(gè)盤可以以不同的速度回轉(zhuǎn)根穷,改善了滾珠在研磨中的狀態(tài)姜骡,來得到高精度。這是從另一個(gè)側(cè)面介紹了研磨領(lǐng)域里的一種新穎的構(gòu)思诽怨。
金屬結(jié)合劑的金剛石砂輪的應(yīng)用歷史已不短勃经,其結(jié)合劑歷來就是銅劑,日本東京工業(yè)大學(xué)的中川威雄教授提出采用鐵劑食云,使金剛石砂輪的壽命提高了1~2倍浩铺。并且引起了技術(shù)界研究結(jié)合劑的熱潮。在這基礎(chǔ)上痒池,日本理化研究所的大森整博士又發(fā)展了金剛石砂輪的在線電解修正(ELID)技術(shù)红骏,拓寬了鏡面加工的新途徑,創(chuàng)新的作用發(fā)揮出了淋漓盡致的效果凉陌。
總之星茶,創(chuàng)新在超精密加工領(lǐng)域中占有重要的位置,這是無可爭辯的埠浩。
注意動(dòng)向飒胜,為發(fā)展鋪平道路
超精密加工技術(shù)在向更高精度的層次發(fā)展,具體說屠伴,正在受到毫微米精度的挑戰(zhàn)射严,另一方面又面臨微機(jī)械的要求,傳統(tǒng)的加工也面臨不適應(yīng)的局面轧简。因此從戰(zhàn)略上必須重視這些發(fā)展驰坊。這里只提出幾個(gè)例子作為參考:
微機(jī)械的制造技術(shù)
微機(jī)械與微機(jī)械加工已是當(dāng)前超精密加工技術(shù)延伸的一個(gè)重要方面。由于與傳統(tǒng)的機(jī)械加工有著很大差異哮独,因此逐漸在超精密加工技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)一種嶄新的動(dòng)向拳芙,它正起到推動(dòng)超精密加工技術(shù)發(fā)展的作用。LIGA技術(shù)就是典型的產(chǎn)物皮璧;電加工向微細(xì)加工的發(fā)展又是一例舟扎。以STM、AFM等組成的SPM系統(tǒng)正在被應(yīng)用在機(jī)械加工領(lǐng)域悴务,今天超精密加工的表面質(zhì)量通過這類測量儀表的計(jì)量睹限,使加工的技術(shù)水平向更高層次發(fā)展。這些技術(shù)的發(fā)展不僅推動(dòng)微機(jī)械技術(shù)的發(fā)展讯檐,而且也加速了傳統(tǒng)機(jī)械加工的進(jìn)步羡疗。
硬脆材料采用延性方式加工
科技的進(jìn)步,促使廣泛采用新材料,而新材料中許多是硬脆材料叨恨,其加工難度很大菱拙,尤其是光學(xué)零件的透鏡,要求鏡面去弹,自從出現(xiàn)采用延性方式的加工技術(shù)团尿,引發(fā)了很大的研究熱潮,但是它必須提供更優(yōu)越的條件毛溅,因此有人提出金剛石車削與超聲波技術(shù)結(jié)合的復(fù)合加工袭澎。總之关灰,這是前景很好的技術(shù)鞭眠,但是難度很大,當(dāng)前仍處在實(shí)驗(yàn)室階段芬过,還有待進(jìn)一步完善和探索胞仅。而今后的需求確實(shí)十分迫切。
超精密計(jì)量技術(shù)的發(fā)展
要發(fā)展超精密加工技術(shù)佣今,最迫切的是超精密計(jì)量唁映。從發(fā)展的角度來看,超精密加工技術(shù)一直在向更高層次推進(jìn)靠汁,因此其定義也很難加以確定蜂大,精度也隨著時(shí)間的推移不斷提高,計(jì)量便首當(dāng)其沖蝶怔。應(yīng)當(dāng)說奶浦,計(jì)量技術(shù)在當(dāng)前已經(jīng)有了很大提高,條件明顯得到改善踢星,但是需求則更高澳叉,這就是矛盾的所在。激光作為計(jì)量的基準(zhǔn)沐悦,對超精密加工技術(shù)起到了巨大的推動(dòng)作用成洗;掃描探針顯微鏡(SPM)出現(xiàn),對提高超精密加工技術(shù)向高層次的發(fā)展起到了關(guān)鍵的作用藏否,而且也有助于微機(jī)械的發(fā)展瓶殃。這是有利的方面,但是其利用只是剛開始副签,有待進(jìn)一步開發(fā)遥椿,但從發(fā)展來看,難度依然很大淆储。
非球面光學(xué)加工
非球面透鏡的出現(xiàn)是光學(xué)領(lǐng)域的重要發(fā)展舶卧,它的迅速發(fā)展熬慎,給超精密加工技術(shù)提出了迫切的要求,隨著時(shí)間的推移浪熙,精度的不斷提高桃镐,難度也日益變大。所以近期已成為超精密加工領(lǐng)域的一項(xiàng)重要的課題锨蹄。這項(xiàng)技術(shù)不僅應(yīng)用于大型天文望遠(yuǎn)鏡,而且用于紅外及短波段的反射光學(xué)成像系統(tǒng)與量大面廣的光盤光學(xué)聚焦透鏡扶免。今天透鏡的材料也在迅速發(fā)展努墩,新型的塑料透鏡已成為熱門的目標(biāo),由于其量大且塑料的熱膨脹系數(shù)大紧视,使制造的難度也日趨增大引晌。尤其是光學(xué)透鏡的模具制造更是超精密加工技術(shù)今后的重要課題。
限于篇幅硝荚,這里只能舉幾例赌骏,說明隨時(shí)隨地應(yīng)當(dāng)注意其動(dòng)向,為超精密加工技術(shù)的發(fā)展焙蹭,得取動(dòng)力晒杈。
3 結(jié)束語
超精密加工技術(shù)是機(jī)械制造領(lǐng)域的重要方面,它的發(fā)展是尖端技術(shù)的基礎(chǔ)孔厉,它的成就將是推動(dòng)整個(gè)科技向更高層次發(fā)展的重要手段拯钻,也是現(xiàn)階段必須突破的關(guān)鍵技術(shù),因此及時(shí)借助于當(dāng)前的有關(guān)各項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步撰豺,綜合加以利用才能突破粪般。這就是本文的初衷。
聲明:本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)污桦,轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享亩歹,并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé),也不構(gòu)成任何其他建議凡橱。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布小作、編輯整理上傳,對此類作品本站僅提供交流平臺梭纹,不為其版權(quán)負(fù)責(zé)躲惰。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻、圖片晶襟、文字如涉及作品版權(quán)問題驳达,請第一時(shí)間告知,我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容笼肴,以保證您的權(quán)益缆瑟!聯(lián)系電話:010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn胀司。
網(wǎng)友評論
匿名:
最新反饋
注冊獲取更多行業(yè)信息
- 暫無反饋
無須注冊综液,輕松溝通
編輯推薦
- 2025新年特刊:打造新質(zhì)生產(chǎn)力儒飒,智啟未來新篇章
- 定義制造業(yè)未來的數(shù)控加工中心技術(shù)專題
- 航空航天及交通領(lǐng)域先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用專題
- 解碼消費(fèi)電子產(chǎn)品生產(chǎn)的數(shù)字化之路技術(shù)專題
- 精密智能機(jī)床,助力制造升級技術(shù)專題
- 汽車輕量化驅(qū)動(dòng)下的零部件加工應(yīng)用專題
- 高性能銑刀實(shí)現(xiàn)高精加工生產(chǎn)技術(shù)專題
- 航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)解決方案專題
- 高效齒輪加工生產(chǎn)技術(shù)方案專題
- 金屬加工液的性能不止?jié)櫥夹g(shù)應(yīng)用專題