精密超精密機械加工技術的發(fā)展趨勢。

      所謂超精密加工技術基礎理論，是指在了解并掌握超精密加工過程的基本規(guī)律和現(xiàn)象的描述后才能駕馭這過程，取得預期結果。例如上世紀90年代初，日本學者用金剛石車刀在LLNL的DTM3上加工出最薄的連續(xù)切屑的照片，當時認為達到了1nm的切削厚度，已成為世界最高水平，并至今無人突破（如圖4）。那么超精密切削極限尺度是多少材料此時是如何去除的，此外超精密加工工藝系統(tǒng)在力熱電磁氣等多物理量/。隨著計算機技術的發(fā)展，分子動力學仿真技術從20世紀90年代開始在物理化學材料學摩擦學等領域得到了很好的應用，美國日本等國首先應用該技術研究納米級機械加工過程，國內從21世紀初在些高校開始應用分子動力學仿真技術對納米切削及磨削過程進行研究，可描述原子尺寸瞬態(tài)的切削過程，在定程度上反映了材料的微觀去除機理，但這切還有待于實驗驗證。 鈦合金是航空最常用的材料之，氫作為有害雜質元素對鈦合金的使用性能有極其不利的影響，如會引起鈦合金氫脆應力腐蝕及延遲斷裂等，但是近年來研究表明通過合理有效地控制滲氫相變及除氫等過程，獲得鈦合金組織結構的變化，從而可以改善其加工性能，提高加工表面質量和效率。同樣通常認為黑色金屬是無法利用天然金剛石進行超精密切削加工的，多年來也直在進行各種工藝研究，如利用低溫流體（液氮或氧化碳）冷卻切削進行低溫冷卻車削采用超聲振動切削黑色金屬采用金剛石涂層刀具等，采用離子滲氮和氣體滲氮工藝對模具鋼進行處理，但上述方法到目前為止還無法工程化應用。近年來通過離子注入輔助方式改變被加工材料表層的可加工性能，實現(xiàn)硅等硬脆材料復雜形狀的高效超精密切削。 抗疲勞制造技術的發(fā)展為超精密加工技術提出了新的發(fā)展方向，超硬材料的精密加工工藝要求控制表層及亞表層的損傷及組織結構應力狀態(tài)等參數(shù)，如航空發(fā)動機軸承材料M50NiL表面處理后硬度超過了HRC70。隨著單晶渦輪葉盤和單晶渦輪葉片在航空發(fā)動機上的應用，要求被加工材料沒有重融層和變質層，從而對精密加工工藝提出了新要求。隨著導彈馬赫數(shù)的增加，要求頭罩材料的抗耐磨性提高，已從紅外材料向藍寶石材料頭罩乃至金剛石材料發(fā)展，形狀也從球形向非球面乃至自由曲面發(fā)展，對超精密加工設備工藝及檢測技術提出了新的要求。 微結構功能表面具有特定的拓撲形狀，結構尺寸般為10~100μm，面形精度小于0.1μm，其表面微結構具有紋理結構規(guī)則高深寬比幾何特性確定等特點，如凹槽陣列微透鏡陣列金字塔陣列結構等，這些表面微結構使得元件具有某些特定的功能，可以傳遞材料的物理化學性能等，如粘附性摩擦性潤滑性耐磨損性，或者具備特定的光學性能等。例如在航空航天飛行器宏觀表面加工出微納結構形成功能性表面，不僅可以減小飛行器的風阻摩阻，減小摩擦，還可以避免結冰層形成，提高空氣動力學和熱力學功能，從而達到增速增程降噪等目的，同時表面特定的微結構特征還能起到隱身功能，增強突防能力。在民用方面最典型的例子是游泳運動員的泳衣表面增加了些微結構，俗稱鯊魚皮泳衣，結果使運動員的成績有了大幅度的提高，使國際泳聯(lián)不得不禁止使用這種高科技的泳衣。此外微結構功能表面在光學系統(tǒng)顯示設備聚光光伏產(chǎn)業(yè)交通標志標牌照明等領域被廣泛應用，如LCD顯示器的背光模組的各種光學膜片，背光模組關鍵件—導光板擴散板增光膜等，聚光光伏太陽能CPV系統(tǒng)的菲涅爾透鏡，道路標示用微結構光學膜片新代LED照明用高效配光結構等。 在未來零部件設計與制造將會增加項功能表面結構的設計與制造，通過在零件表面設計和加工不同形狀的微結構，從而提高零部件力學光學電磁學升學等功能，這將是微納制造的重要應用領域，2006年成立的國際納米制造學會經(jīng)專家討論并認同，納米制造中的核心技術將從目前以MEMS技術逐步轉向超精密加工技術。超精密加工技術從發(fā)展之初是為了保證些關鍵零部件的最終精度，所以當初并不是以加工效率為目標，更多關注的是精度和表面質量，例如些光學元件最初的加工周期是以“年”為加工周期。但是隨著零件尺寸的進步加工增大和數(shù)量的增多，目前對超精密加工的效率也提出了要求。例如為了不斷提高觀察天體范圍和清晰度，需不斷加大天文望遠鏡的口徑，這就同樣存在天文版的摩爾定律，即每隔若干年，光學望遠鏡的口徑增大倍，如建于1917年位于美國鈑金產(chǎn)品加工廠威爾遜山天文臺的Hooker望遠鏡的口徑為5m，是當年全世界最大的天文望遠鏡；到1948年被Hale望遠鏡取代，其口徑達到了5m；1992年新建成的Keck望遠鏡的口徑達到了10m，目前仍在發(fā)揮著巨大的作用。 目前正在計劃制造的巨大天文望遠鏡OWL主鏡口徑達到100m，由3048塊邊形球面反射鏡組成，次鏡由216塊邊形平面反射鏡組成，總重約1~5萬t，按照目前現(xiàn)有的加工工藝，可能需要上百年的才能完成。此外，激光核聚變點火裝置（NIF）需要7000多塊400mm見方的KDP晶體，如果沒有高效超精密加工工藝，加工也無法想象。為此需要不斷開發(fā)新的超精密加工設備和超精密加工工藝來滿足高效超精密加工的需求。 隨著科技的進步，對超精密加工技術已經(jīng)提出了新的要求，如要求極大零件的極高精度極小零件及特征的極高精度極復雜環(huán)境下的極高精度極復雜結構的極高精度等。歐洲南方天文臺正在研制的超大天文望遠鏡VLT反射鏡為塊直徑2m厚200mm的零膨脹玻璃，經(jīng)過減重后重量仍然達到了21t。法國REOSC公司負責加工，采用了銑磨小磨頭拋光等加工工藝，加工周期為8~9個月，最終滿足了設計要求，目前許多新的超精密加工工藝如應力盤拋光磁流變拋光離子束拋光等出現(xiàn)為大鏡加工提供了技術支撐。 前面提到的微納結構功能表面結構尺寸小到幾個微米，如微慣性傳感器中的敏感元件撓性臂特征尺寸為9μm，而其尺寸精度卻要求±1μm。美國國家標準計量局研制的納米坐標測量機（分子測量機）是實現(xiàn)如何在極復雜環(huán)境下的極高精度測量的典型例子，該儀器測量范圍50mm×50mm×100μm，精度達到了1nm，對環(huán)境要求及其嚴格，最內層殼溫度控制17±0.01℃，次層殼采用主動隔振，高真空層工作環(huán)境保持0×105Pa，最外層殼用于噪聲隔離，最后將整體結構安裝在空氣彈簧上進行被動隔振。自由曲面光學曲面精度要求高形狀復雜，有的甚至無法用方程表示（如賦值曲面），但由于其具有卓越的光學性能近年來應用范圍不斷擴大，但自由曲面光學零件批量零件加工的設計制造及檢測等技術還有待于進步發(fā)展。超精密加工技術以前往往是用在零件的最終工序或者某幾個工序中，但目前些領域中某些零部件整個制造過程或整個產(chǎn)品的研制過程都要用到超精密技術，包括超精密加工加工超精密裝配調試以及超精密檢測等，最典型的例子就是美國的美國國家點火裝置（NIF）。 為了解決人類的能源危機，各國都在研究新的能源技術，其中利用氘氚的聚變反應產(chǎn)生巨大能源可供利用，而且不產(chǎn)生任何放射性污染，這就是美國國家點火工程。我國也開始了這方面的研究，被稱為神光工程。NIF整個系統(tǒng)約有2個足球場大小，共有192束強激光進入直徑10m的靶室，最終將能量集中在直徑為2mm的靶丸上。這就要求激光反射鏡的數(shù)量極多（7000多片），精度和表面粗糙度極高（否則強激光會燒毀鏡片），傳輸路徑調試安裝精度要求極高，工作環(huán)境控制要求極高。 對于直徑為2mm的靶丸，壁厚僅為160μm，其中充氣小孔的直徑為5μm，帶有直徑為12μm深4μm的沉孔。微孔的加工困難在于其深徑比大變截面，可采用放電加工飛秒激光加工聚焦離子束等工藝，或采用原子力顯微鏡進行超精密加工。系統(tǒng)各路激光的空間幾何位置對稱性誤差要求小于1%激光到達表面致性誤差小于30fs激光能量強度致性誤差小于1%等。 如此復雜高精度的系統(tǒng)無論從組成的零部件加工及裝配調試過程時刻都體現(xiàn)了超精密制造技術。場復雜耦合下的作用機理是什么此時系統(tǒng)的動態(tài)特性動態(tài)精度及穩(wěn)定性如何保證等都需要得到新理論的支持。

鈑金加工模具

      跟著國內精密夾具治具Jig加工的開展，來自各省的競賽日益劇烈，模具職業(yè)界無序競賽的狀況開端呈現(xiàn)，呈現(xiàn)金的低成本產(chǎn)品結構層次和技能含量不高級壞處也日益暴露。現(xiàn)在國內民營模具企業(yè)般擁有先進的設備資源，技能應用上比較先進，新技能能在職業(yè)界應用廣泛敏捷，從規(guī)劃制作到相關資料出產(chǎn)熱處理等，構成工業(yè)鏈，集成化優(yōu)勢杰出。不過，當時精密夾具治具Jig加工企業(yè)因為資金不足和自有品牌欠缺，模具企業(yè)將加大辦理和技能改造的投入，擴展中高端產(chǎn)品份額，并設立內銷部分，積極拓寬內銷商場。
      任何刀具在切削過程中都不可避免要產(chǎn)生磨損，并由此引起工件尺寸和形狀地改變。刀具幾何誤差對機械加工誤差的影響隨刀具種類的不同而不同采用定尺寸刀具加工時，刀具的制造誤差會直接影響工件的加工精度;而對般刀具(如車刀等)，其制造誤差對機械加工誤差無直接影響。定位誤差主要包括基準不重合誤差和定位副制造不準確誤差。在機床上對工件進行加工時，須選擇工件上若干幾何要素作為加工時的定位基準，如果所選用的定位基準與設計基準(在零件圖上用來確定某表面尺寸位置所依據(jù)的基準)不重合，就會產(chǎn)生基準不重合誤差。
      也包含找到早已消退的cnc精密機械加工參數(shù)，為數(shù)控設備進行體統(tǒng)的升級這些。cnc精密機械加工設備換件法分成換頻修理與換片檢修幾種，主要是針對機械加工硬件進行維修的，根據(jù)對毀壞或錯誤代碼零部件的交替來超過修護機械故障的問題，返修法難易度很大，關鍵是沒有電路原理圖，次之是pcb電路板cpu的主頻高，路線復雜，測定非常困難，為此在更換元件時要非常注意。

      精密超精密機械加工技術的發(fā)展趨勢。

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