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0.01μm有多精密,这才是真正的超精密加工

发表时间:2019-08-07 15:56

通常,按加工精度划分,机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。目前,精密加工是指加工精度为10~0.1µm,表面粗糙度为Ra0.1~0.01µm,公差等级在IT5以上的加工技术。

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但一般加工、精密加工和超精密加工只是一个相对概念,其间的界限将随着加工技术的进步不断变化,今天的精密加工可能就是明天的一般加工。


凸起字样被缓慢地往下压进底部,最后变成平滑表面


看似现代科技的超精密加工,其实在上个世纪早已出现


超精密加工的发展经历了如下三个阶段:


(1)20世纪50年代至80年代为技术开创期


出于航天、大规模集成电路、激光等尖端技术发展的需要,美国率先发展了超精密加工技术,开发了金刚石刀具超精密切削——单点金刚石切削(Single point diamond turning,SPDT)技术,又称为“微英寸技术”,用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面、非球面大型零件等。


(2)20世纪80年代至90年代为民间工业应用初期


在政府的支持下,美国的摩尔公司、普瑞泰克公司开始超精密加工设备的商品化,而日本的东芝和日立以及欧洲Cranfield大学等也陆续推出产品,并开始用于民间工业光学组件的制造。但当时的超精密加工设备依然高贵而稀少,主要以专用机的形式订作。


在这一时期,可加工硬质金属和硬脆性材料的超精密金刚石磨削技术及磨床被开发出来,但其加工效率无法和金刚石车床相比。


(3)20世纪90年代至今为民间工业应用成熟期


在汽车、能源、医疗器材、信息、光电和通信等产业的推动下,超精密加工技术广泛应用于非球面光学镜片、Fresnel 镜片、超精密模具、磁盘驱动器磁头、磁盘基板加工、半导体晶片切割等零件的加工。随着超精密加工设备的相关技术,例如控制器、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、摩擦驱动进给轴也逐渐成熟,超精密加工设备变为工业界常见的生产机器设备。


此外,设备精度也逐渐接近纳米级水平、可加工工件的尺寸范围也变得更大,应用越来越广泛。随着数控技术的发展,还出现了超精密五轴铣削和飞切技术。已经可以加工非轴对称非球面等复杂零件。


以上是“三大时期”,下面还有“三大趋势”


超精密加工的发展趋势主要为以下三个方面:


(1) 高精度、高效率


超精密加工永恒的主题。探索能兼顾效率与精度的加工方法,成为超精密加工领域研究人员的目标。


(2) 工艺整合化


高生产效率越来越成为企业赖以生存的条件,于是出现了“以磨代研”甚至“以磨代抛”的呼声。此外,使用一台设备完成多种加工(如车削、钻削、铣削、磨削、光整)的趋势越来越明显。


(3) 大型化、微型化


加工航空、航天、宇航等领域的大型光电子器件,需要建立大型超精密加工设备;加工微型电子机械、光电信息等领域的微型器件,需要微型超精密加工设备。


世界最大口径天文球面射电望远镜

总的来说,超精密磨削、珩磨等固着磨粒超精密加工技术正在追求游离磨粒加工技术的加工精度,而游离磨粒超精密加工技术正在追求固着磨粒加工的效率。超精密加工技术正向着适于大批量生产的高效高质量、低成本、环境友好的方向发展!


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