超精密加工的发展阶段与趋势

    2019-12-16 16:13:41 次阅读

    超精密加工的三个发展阶段

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    (1)20世纪50年代至80年代为技术开创期

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    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。

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    (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。

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    超精密加工的三个主要发展趋势

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    (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。

    总的来说,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。

    影响超精密加工精度的主要因素包括:超精密机床、超精密加工工具(刀具、磨具、磨料等)、超精密加工工艺、被加工材料、夹具、在线检测与误差补偿、超精密加工环境(包括恒温、隔振、洁净控制等)。只有将各个领域的最新技术成就集成起来,才有可能实现超精密加工。

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