淺析提高超精密機(jī)械加工精密度的技術(shù)措施

陳昉

摘 要：隨著機(jī)械加工工業(yè)技術(shù)升級需求與工藝水平標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，超精密機(jī)械加工技術(shù)日趨成為機(jī)械加工工業(yè)的發(fā)展方向。在當(dāng)前技術(shù)條件下，探討提高超精密機(jī)械加工精密度的技術(shù)措施成為提高高超精密機(jī)械加工技術(shù)水平的關(guān)鍵。本文從多個方面，粗淺的分析了提高超精密機(jī)械加工精密度的技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：超精密機(jī)械加工；精密度；發(fā)展趨勢

隨著超精密機(jī)械需求的增加和電子技術(shù)的發(fā)展，精密機(jī)械加工技術(shù)日臻成熟。當(dāng)前，為順應(yīng)機(jī)械加工技術(shù)繼續(xù)升級的需求，超精密機(jī)械加工技術(shù)和需求也快速發(fā)展。比如：超大規(guī)模集成電路中要求在1mm2平面上集成幾十萬個以上的元件，線條寬度只有1μm，形狀和位置誤差小于0.05μm。這就對傳統(tǒng)機(jī)床加工精度提出了更高的要求，加工工藝等也必須相應(yīng)采取有效措施來保證加工要求。

因此，本文試圖從以下幾個方面，粗淺的分析當(dāng)前技術(shù)條件下，如何提高超精密機(jī)械加工技術(shù)的工效率與精密度。

1 超精密機(jī)械加工技術(shù)的突出特點(diǎn)

1）加工技術(shù)超精密化。該技術(shù)相對傳統(tǒng)精密機(jī)械加工技術(shù)，最核心的區(qū)別就是：加工對象、加工要求在尺寸、外型上的超精密化。

2）加工手段高智能化。傳統(tǒng)人工憑經(jīng)驗(yàn)、手感、目視的操作方式已無法再勝任超精密機(jī)械加工的需要，必須以更水平的自動化、智能化加工設(shè)備來確保機(jī)械加工的穩(wěn)定與效率。

3）加工全過程的信息化。更水平的自動化、智能化加工設(shè)備、更加復(fù)雜繁瑣加工流程，使得超精密機(jī)械加工全過程必然產(chǎn)生大量的輸入、控制和反饋信息。因此，全加工過程必須是對上述信息進(jìn)行收集、輸入、加工與處理，也就必然要依賴更加信息化的技術(shù)手段。

2 超精密機(jī)械加工的典型方法、內(nèi)容及優(yōu)勢

根據(jù)零件成形機(jī)理和特點(diǎn)，分為去除、結(jié)合和變形三類加工方法。去除加工手段有力、熱、電、光等方法，操作包括切削、磨削、電加工等。結(jié)合加工操作包括電鍍、氣相沉積、氧化、滲碳、粘接、焊接等。變形加工手段有力、熱、分子運(yùn)動等，操作包括鑄造、鍛壓等。目前，還出現(xiàn)了可見加工的概念，常用手段包括堆積、生長、變形等，它強(qiáng)調(diào)表面處理。

超精密機(jī)械加工技術(shù)的主要內(nèi)容有：1）加工機(jī)理；2）被加工材料；3）加工設(shè)備和工藝裝備；4）檢測；5）工作環(huán)境。

超精密機(jī)械加工的突出優(yōu)點(diǎn)有：

1）同時確保高的材料切除率和良好經(jīng)濟(jì)性。

2）超精密機(jī)械加工可集中在一臺車床上完成，能夠?qū)崿F(xiàn)工序集成。

3 超精密加工過程對工件表面精密度的影響因素及其措施

3.1 加工設(shè)備振動

超精密加工過程中，加工設(shè)備有存在振動現(xiàn)象，如刀具切削刃與工件切削操作面之間的切削運(yùn)動必然存在滑動摩擦，這種摩擦產(chǎn)生的振動將增大切削粗糙度，甚至使切削面出現(xiàn)振紋，惡化超精密加工精度。

3.2 加工刀具、刃磨

副偏角、主偏角、刀尖圓弧半徑是刀具的幾何參數(shù)中對超精密加工表面粗糙度影響最大的。工況下，合理減小上述參數(shù)可以降低工件表面粗糙度，提高超精密加工質(zhì)量。從材料上看，金剛石、立方氮化硼刀具加工精密度優(yōu)于硬質(zhì)合金刀具，而硬質(zhì)合金刀具又優(yōu)于高速鋼刀具。從刃磨質(zhì)量上看，使刀具前后刀面、切削刃的粗糙度值應(yīng)低于工件的粗糙度值的l～2級，提高刃磨質(zhì)量，也能顯著提高超精密加工精密度。

3.3 切削液

在超精密加工過程中對于不同材料合理選用切削液可大大減小工件表面界面摩擦，降低切削區(qū)溫度，降低金屬表面的塑性變形程度，抑制積屑瘤和鱗刺，能顯著提高超精密加工精密度。

3.4 工件材料本身

刀具對易擠壓塑性材料金屬而產(chǎn)生了塑陛變形，甚至產(chǎn)生撕裂作用。工件材料韌性越好，塑性變形越大，超精密加工精密度越低。一般韌性較大的塑性材料，超精密加工精密度越低，而韌性較小的塑性材料則相反。同種材料則其晶粒組織越大，表面超精密加工精密度越高。因此，為了提高超精密加工精密度，常在切削加工前對材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理，以獲得均勻細(xì)密的晶粒組織和較高的硬度。

3.5 切削條件

加工塑性材料時增大切削速度，可減少積屑瘤和鱗刺，提高超精密加工精密度；而切削速度對脆性材料則影響不大；進(jìn)給速度增大，塑性變形也增大，超精密加工精密度降低。減小進(jìn)給速度則相反；切削深度對超精密加工精密度影響不大。

3.6 切削速度

一般在粗加工選用低速車削，精加工選用高速車削可以提高超精密加工精密度。中速切削塑性材料容易導(dǎo)致積屑瘤、塑性變形較大，超精密加工精密度較低。因此，采用低速或高速切削塑性材料，提高塑性材料超精密加工精密度。

4 超精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著機(jī)械加工制造業(yè)的不斷技術(shù)升級，超精密機(jī)械加工已成為世界各工業(yè)強(qiáng)國的重點(diǎn)戰(zhàn)略發(fā)展技術(shù)。它是獲得高形狀精度、表面精度和表面完整性的必要手段。目前，航天航空、信息技術(shù)、納米技術(shù)等高端工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展都離不開超精密機(jī)械加工技術(shù)的技術(shù)支持。從加工精密度上看，隨著制造業(yè)的升級換代，超精密機(jī)械加工技術(shù)工藝水平正逐步從微米工藝水平向亞微米工藝水平進(jìn)發(fā)。不久以后，普通、精密及超精密機(jī)械加工精密度將進(jìn)一步精確到1μm、0.01μm及0.001μm，使得超精密機(jī)械加工技術(shù)精密度達(dá)到納米級別的工藝水平。有理由相信，超精密機(jī)械加工也將向邁進(jìn)原子級工藝水平。整體上看，超精密機(jī)械加工技術(shù)的超精密化、高智能化及信息化等三大突出特點(diǎn)將更加鮮明，形成更加完善的工業(yè)體系，大大提高整體機(jī)械加工工業(yè)水平。不久的將來，超精密機(jī)械加工技術(shù)將會獲得更高的精密度，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，催生更為強(qiáng)勁的工業(yè)發(fā)展動力。

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