单元3精密加工与超精密加工超精密加工以不改变工件材料物理特性为前提，以获得极限的形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、表面完整性（无或极少的表面损伤，包括微裂纹等缺陷、残余应力、组织变化）为目标。一、精密加工与超精密加工概述1．精密加工与超精密加工的范畴精密加工与超精密加工主要是根据加工精度和表面质量两项指标来划分的。精密加工与超精密加工的界限不是固定不变的，随着科学技术的进步而逐渐向前推移。当前，零件加工的精密程度可划分为普通加工、精密加工和超精密加工。1）普通加工普通加工是指加工精度为10um左右，尺寸公差等级为IT5～IT7，表面粗糙度Ra为0.2～0.8um的加工方法。2）精密加工精密加工是指加工精度为1～0.1um，尺寸公差等级为IT3～IT5，表面粗糙度Ra小于0.1um的加工方法。3）超精密加工超精密加工是指工件的加工精度高于0.1um，表面粗糙度Ra小于0.025um的加工方法。2．加工精度与时间之间的关系普通加工与精密加工及超精密加工方法一样，随着新技术、新工艺、新设备及新的测试技术和仪器的采用，其加工精度都在不断地提高。加工精度的不断提高，反映了加工工件时材料的分割水平不断由宏观进入微观的发展趋势。3．提高机械加工精度的技术基础加工精度的提高主要有两种表现形式：一是机械加工精度的不断改进，二是各种非传统（非机械）加工方法的使用。机械加工精度的提高有赖于以下技术的发展。1）新的机械加工工艺的研究与应用。2）新型刀具材料的研制和采用。3）新型超精密加工机床的使用。4）新的测量手段和测量方法的应用。激光高速扫描的尺寸计量系统二、精密与超精密切削加工1．精密与超精密切削加工工作原理精密与超精密切削加工的工作原理与普通切削加工一样，都是通过一个或有次序的多个切削刃在被加工表面的切削形成工件形状。不同的是加工所用的刀具不一样，加工使用的机床性能不一样，从而切削用量也不一样。2．精密与超精密切削加工刀具在精密加工中，常用的刀具材料是硬质合金和涂层硬质合金、立方氮化硼和人造聚晶金刚石。在超精密切削加工中，最常用的刀具材料是天然或人造单晶金刚石。3．精密与超精密切削加工机床实现金刚石超精密切削，对机床的要求主要是具有很高的主轴回转精度、导轨运动精度和精细走刀的平稳性，对环境的要求是恒温、净化和防振。Moore金刚石车床三、精密磨料加工精密磨料加工主要用于黑色金属及玻璃、陶瓷等脆性材料的精密加工和超精密加工。在精密磨料加工中，除常规的研磨、珩磨、超精研磨及抛光外，近年来相继推出了两种新的工艺：塑性磨削和镜面磨削。1．塑性磨削塑性磨削主要针对脆性材料，其命名出自该种工艺的切屑形成机理，即磨削脆性材料时，切屑形成与塑性材料相似，切屑通过剪切的形式被磨粒从基体上切除下来。磨削后的表面呈有规则的纹理，没有裂纹形成，也没有脆性剥落时的凹凸不平现象产生。2．超精密磨削和镜面磨削超精密磨削通常是指加工精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra低于0.025μm的磨削方法。镜面磨削一般是指加工表面粗糙度Ra达到0.02～0.01μm，磨削表面光泽如镜的磨削方法。镜面磨削对加工精度没有明确要求，主要强调表面粗糙度。从精度和表面粗糙度统一的观点理解，镜面磨削应属于超精密磨削的范畴。ELID磨削原理3．精密砂带抛光用细粒度磨料制成的砂带加工出的表面粗糙度Ra可达0.02μm。目前，砂带的带基用聚氨酯薄膜材料有极高的强度，用静电植砂法制作的砂带，砂粒的等高性和切削性能更好。四、超精密加工设备1.利用轨迹可控的刀具以极高的空间运动精度完成具有光学元部件加工的典型超精密加工设备。2.基于计算机控制光学表面成型技术的超精密加工设备。超精密加工机床主要功能部件有主轴及其驱动装置、导轨及进给驱动装置和微量进给装置。超精密加工必须在超稳定的环境下进行，超稳定环境即恒温、超净和防振。下图所示为超精密加工的环境要求。3.超精密加工的在线检测及计量测试装置。超精密加工的环境五、超精密加工的发展趋势1．高精度、高效率。2．工艺整合化。3．大型化、微型化。4．在线检测。5．智能化。6．绿色化。超精密加工在线检测及测试装置