
20世紀60年代為了適應核能、大規模集成電路、激(jī)光和航天等(děng)尖端技術(shù)的需要而發展起來的精度極(jí)高的一種加(jiā)工技術。到80年(nián)代初,其最高加工尺寸精度已(yǐ)可達10納米(1納米=0.001微米)級,表(biǎo)麵(miàn)粗糙度達1納米,加(jiā)工的最小尺寸達 1微米,正在(zài)向納米級加工尺寸精度的目標前進。納米級的超(chāo)精密加工也稱為納米工藝(nano-technology) 。超精(jīng)密加工是處於(yú)發(fā)展中的跨(kuà)學科綜合技術。20 世(shì)紀 50 年代至 80 年代為技(jì)術開創期。20 世紀 50 年代末,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(mì)加工技術,開(kāi)發了金剛石刀具超精(jīng)密切削——單點金剛石切削(Single point diamond turning,SPDT)技術(shù),又(yòu)稱為“微英寸技術”,用於加(jiā)工激光核聚變反(fǎn)射鏡、戰術導彈及(jí)載(zǎi)人飛船用球麵、非(fēi)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、工件支撐狀態以及(jí)加工(gōng)參數等進行實時自適應控製(zhì),從而提高了加工精度和效(xiào)率,發展成為“準確(què)定性”超精密加工技術,這種方式(shì)是目前光學元(yuán)件的主要加工方式(shì),其中典型的準確定性超(chāo)精密加工工藝包括(kuò)小磨頭拋光(guāng)、磁流變拋光、氣囊拋光、離子束拋光、應力盤(pán)拋光等,這些(xiē)超精密加丁工藝可以通過控製(zhì)駐留時間、壓力、工(gōng)件轉速等參數確定去(qù)除函數(shù),預(yù)知準確的材料去除量從而最終控製工件的麵形(見圖1-6(b))。
超精密加(jiā)工
與非確(què)定性超精密加工技術相比,準確定性超精密加T技術(shù)具有以下特點:
①對加工設備精度要求較高:由於加工過程中需要控(kòng)製加(jiā)工點和丁具(jù)的相對位置精度,所以要求加工設(shè)備具(jù)有較高的重(chóng)複定位精度,一般要求在(zài)0.01mm左右(yòu)即可(kě)滿足使(shǐ)用要求;
②由於通過理論計算或試驗可以得到加工(gōng)過程的去除(chú)函數,所(suǒ)以較為準確地控(kòng)製每次加工的去除量,通過對(duì)去除函數收斂性的分析仿真可以大大縮短加工周期,這樣不僅提高了加丁精度,同時也縮短了加(jiā)工效率、降低了生產成本;
③可以通過加工設備複雜的(de)多軸運動(dòng)控製(zhì)工具的(de)軌跡,進行包(bāo)括非球麵、自由曲麵等複雜曲麵超精密加工。
超精密切削加工
主要有超精密車削、鏡麵磨削和研磨等(děng)。在超精密車床上用經過(guò)精細研磨的單晶金剛石車刀進行微量車削,切削厚(hòu)度僅1微米左右,常用於加工有(yǒu)色(sè)金屬(shǔ)材料的球麵、非球麵和平麵的反射鏡等高精度、表麵高度光潔的零件(jiàn)。例如加(jiā)工核聚(jù)變裝置(zhì)用的直徑為800毫米的(de)非(fēi)球麵反射鏡,最高精度可達0.1微(wēi)米,表麵粗糙度為Rz0.05微米。
超精密特種加工
加工(gōng)精度以納米,甚至(zhì)最終以原子單位(原子晶格距離為0.1~0.2納米)為目標時,切削加工方法(fǎ)已不能適應,需要借助特種加工的方(fāng)法,即應用化學能、電化學能、熱能或電能等,使這(zhè)些能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(de)附著、結(jié)合或晶格變形,以達到超精密加工的目的。屬(shǔ)於這類加工的有機械化學拋(pāo)光、離子濺(jiàn)射和離子注入、電子束曝射、激光束加工、金屬蒸鍍和分子束外延等。這些(xiē)方法的特點(diǎn)是對表麵層物質去除或添加的量可以(yǐ)作極細微的控製。但是要獲得超精(jīng)密的加工精度,仍有賴於精密的加工設備和精確的控製係統,並采用超精密掩膜作中介物。例如超大(dà)規模集成電路的製版就是采用電子束對掩(yǎn)膜上的光致抗蝕劑(見光(guāng)刻)進行曝射,使光致抗蝕劑的原子在電子撞擊下直(zhí)接聚合(或分解),再用(yòng)顯影劑把聚合過的或未聚合過的部分溶解掉,製成掩膜。電子(zǐ)束(shù)曝射製版(bǎn)需要采用工作台定位精度高達±0.01微(wēi)米的超精密加工設備(bèi)。
