什麽是準確定性超精密加工?超精密切削加工?超精密特種加工?
07-26-2021
什麽是準確定性超精密加工(gōng)?超精密切削加工?超精密特種(zhǒng)加(jiā)工?


20世紀60年代為了(le)適應核能、大規(guī)模集成電路、激光(guāng)和航天(tiān)等尖端技術的需要而發展起來(lái)的精(jīng)度極高的一種加工技術。到80年(nián)代初(chū),其最高加工尺寸精度已可達10納米(1納(nà)米=0.001微米)級,表麵粗糙度(dù)達1納米,加工的最(zuì)小(xiǎo)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(wéi)納米(mǐ)工藝(nano-technology) 。超精密加工是處於發展中的跨學科綜合技術。20 世紀 50 年代至 80 年(nián)代為技術(shù)開創期。20 世紀 50 年代末(mò),出於航天、國防等尖端技術發展的需要,美國率先發展了超精密加工技術,開發了金剛石刀具超精密切削——單點(diǎn)金剛石切削(Single point diamond turning,SPDT)技術,又稱為“微英寸技(jì)術”,用(yòng)於加工激(jī)光核聚變反射(shè)鏡、戰術導彈及載人(rén)飛船用球麵、非球麵大型零件等。


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如在加丁過程中對研拋工具形狀、工件支撐狀態(tài)以及加工參數等進行實時自適應控製,從而提高了加工精(jīng)度和(hé)效率,發展成(chéng)為“準(zhǔn)確定性”超(chāo)精密加工技術,這種方式是目前光學元件的(de)主要加工(gōng)方(fāng)式,其中典型的準確定性超精密(mì)加工工藝包括小磨頭拋光、磁流變拋光、氣囊(náng)拋光、離子束拋光、應(yīng)力盤拋光等,這些超精(jīng)密(mì)加丁(dīng)工藝可以通過控製駐留時間(jiān)、壓力、工件(jiàn)轉速等參數確(què)定去除函數,預知準確(què)的材料去除量從(cóng)而最(zuì)終控(kòng)製工件的麵形(xíng)(見圖1-6(b))。




超精密加(jiā)工(gōng)


與非確定性超精密加工技(jì)術相比,準(zhǔn)確定性超精密加T技術具有以(yǐ)下特點:


①對加工設備(bèi)精度要求較高:由於加工過程中需(xū)要控製加工點和丁具的相對位置精度,所以要求加工(gōng)設備具有(yǒu)較(jiào)高的重複定位(wèi)精度,一般要求在0.01mm左右即可(kě)滿足使用要求;


②由於通過理(lǐ)論計(jì)算或試驗可以得到加(jiā)工過(guò)程的去除函(hán)數,所以較為準確地控(kòng)製每(měi)次加工的去除量,通過對去(qù)除(chú)函數收斂性的(de)分(fèn)析仿真可以大大縮短加工周期,這樣不僅提(tí)高了(le)加丁精度,同時(shí)也縮短了加工效率、降低了生產成本;


③可以通過加工設備複雜的多軸運動控製工具的軌跡,進行包括非球麵、自由曲麵等複雜曲麵(miàn)超精密加工。


超精密切削加工


主要有(yǒu)超精密車削(xuē)、鏡麵磨削和研磨(mó)等。在超精密(mì)車床上用(yòng)經過精細研磨的單晶金剛石(shí)車(chē)刀(dāo)進行(háng)微量車削,切削厚(hòu)度僅1微米(mǐ)左右,常用於加工有色(sè)金屬材料的球麵、非球(qiú)麵和平麵的反射鏡等高精(jīng)度(dù)、表麵高度光潔的零件。例(lì)如加(jiā)工核(hé)聚變裝置用的直徑為800毫米的非球麵(miàn)反射鏡(jìng),最高精度可達0.1微米,表麵粗糙度為Rz0.05微米。


超精(jīng)密特種加工


加工精度以納米,甚至最終以原子單位(原子晶(jīng)格距離為0.1~0.2納米)為目標時,切削加工方(fāng)法已不能適應,需要借助特種加工的方法,即應用化學能(néng)、電化學能、熱能或電能等,使這些能(néng)量超越原子間的結合能,從而去除工件表麵的部(bù)分原子間的附(fù)著、結合(hé)或晶格變(biàn)形(xíng),以達(dá)到(dào)超精密加工(gōng)的(de)目的。屬於這類(lèi)加工的(de)有機械化學拋(pāo)光、離子濺射和離子注入(rù)、電子束曝射、激光束(shù)加工、金屬蒸鍍和分子束外延等(děng)。這些方法的特點是對表麵層物質去除或添加的量可以作極細微的控製(zhì)。但是要獲(huò)得超精密的加工精度,仍有賴於精密的加工設備和精確的控(kòng)製(zhì)係統,並采用超精密掩膜作中介(jiè)物。例如超大規模集成(chéng)電路的製版就是采用電子(zǐ)束對掩(yǎn)膜上的光致抗蝕劑(見光刻)進行曝射,使光致抗蝕劑(jì)的原子在電子撞擊下直(zhí)接(jiē)聚合(或分解),再用顯影劑把聚合過的或未聚合過的部分溶解(jiě)掉,製成掩膜。電子(zǐ)束曝射(shè)製版需要采用工作台定位精度高達±0.01微米(mǐ)的超精密加工設備。
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