超精密加工技术(2)

2019-03-11 14:20

超精密机床、部件和相关的高精度测试仪器等,如精度达0.025μm的精密轴承、JCS—027超精密车床、JCS—031超精密铣床、JCS—035超精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机床、红外大功率激光反射镜、超精密振动-位移测微仪等,达到了国内领先、国际先进水平。哈尔滨工业大学在金刚石超精密切削、金刚石刀具晶体定向和刃磨、金刚石微粉砂轮电解在线修整技术等方面进行了卓有成效的研究。清华大学在集成电路超精密加工设备、磁盘加工及检测设备、微位移工作台、超精密砂带磨削和研抛、金刚石微粉砂轮超精密磨削、非圆截面超精密切削等方面进行了深入研究,并有相应产品问世。我国超精密加工技术与美日相比,还有不小差距,特别是在大型光学和非金属材料的超精加工方面,在超精加工的效率和自动化技术方面差距尤为明显。 精密及超精密加工-超精密加工发展趋势

超精密加工

将向高精度、高效率、大型化、微型化、智能化、工艺整合化、在线加工检测一体化、绿色化等方向发展。

a.高精度、高效率。

随着科学技术的不断进步,对精度、效率、质量的要求愈来愈高,高精度与高效率成为超精密加工永恒的主题。超精密切削、磨削技术能有效提高加工效率,CMP、EEM技术能够保证加工精度,而半固着磨粒加工方法及电解磁力研磨、磁流变磨料流加工等复合加工方法由于能兼顾效率与精度的加工方法,成为超精密加工的趋势。 b.大型化、微型化。

由于航天航空等技术的发展,大型光电子器件要求大型超精密加工设备,如美国研制的加工直径为2.4~4m的大型光学器件超精密加工机床。同时随着微型机械电子、光电信息等领域的发展,超精密加工技术向微型化发展,如微型传感器,微型驱动元件和动力装置、微型航空航天器件等都需要微型超精密加工设备。 c.智能化。

以智能化设备降低加工结果对人工经验的依赖性一直是制造领域追求的目标。加工设备的智能化程度直接关系到加工的稳定性与加工效率,这一点在超精密加工中体现更为明显。 d.工艺整合化。

当今企业间的竞争趋于白热化,高生产效率越来越成为企业赖以生存的条件。在这样的背景下,出现了“以磨代研”甚至“以磨代抛”的呼声。另一方面,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。 e.在线加工检测一体化。

由于超精密加工的精度很高,必须发展在线加工检测一体化技术才能保证产品质量和提高生产率。同时由于加工设备本身的精度有时很难满足要求,采用在线检测、工况监控和误差补偿的方法可以提高精度,保证加工质量的要求。 f.绿色化。

磨料加工是超精密加工的主要手段,磨料本身的制造、磨料在加工中的消耗、加工中造成的能源及材料的消耗、以及加工中大量使用的加工液等对环境造成了极大的负担。我国是磨料、磨具产量及消耗的第一大国,大幅提高磨削加工的绿色化程度已成为当务之急发达国家以及中国的台湾地区均对半导体生产厂家的废液、废气排量及标准实施严格管制,为此,各国研究人员对CMP加工产生的废液、废气回收处理展开了研究。绿色化的超精密加工技术在降低环境负担的同时,提高了自身的生命力。 精密及超精密加工-发展策略

超精密加工产品

精密和超精密加工经过数十年的努力,日趋成熟,不论是超精密机床、金刚石工具,还是超精密加工工艺已形成了一整套完整的超精密制造技术系统,为推动机械制造向更高层次发展奠定了基础,现在正在向纳米级精度或毫微米精度迈进,其前景十分令人鼓舞。随着科学技术的飞速发展和市场竞争日益激烈,越来越多的制造业开始将大量的人力、财力和物力投入先进的制造技术和先进的制造模式的研究和实施策略之中。 1.整合、创新思想的运用

精密、超精密加工技术是发展科技的重要手段,所以受到世界各国的广泛重视,因此也就不断地获得新的成果,但是因为它的要求都处在精度的极限,传统的、单一的技术往往很难突破,必须综合地运用信息化技术,通过综合、分析,加以整合、重组,进一步满足更高的要求。 精密加工技术是一项系统工程,它集机床、工具、计量、数控、材料、环境控制等成果于一体,针对不同的加工对象,不同的设计要求,综合地加以利用。超精密加工技术也都是在其有关的各项技术支撑的条件下,逐步发展起来的,同时又往往取各项技术的崭新成果来加以充实、提高。超精密加工技术每前进一步,都离不开创新,这是由超精密加工技术所处的位置决定的,因为这门技术始终处在发展的前沿。面对飞速发展的需求就决定了它必须创新。

2.先进的制造模式应用

制造模式是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态和运作模式。 a.敏捷制造

美国通用汽车公司与里海大学于1988年提出了敏捷制造(AM),AM是在不可预测的持续变化的竞争环境中取得繁荣成长,并具有能对客户需求的产品和服务驱动市场作出迅速响应的生产模式。AM的特征是:

①企业间联作集成。充分发挥各企业的长处,针对限定市场的目标要求共同合作完成任务。 ②具有高度的制造柔性。制造柔性是指制造企业对市场要求迅速转产和能实现产品多品种变批量的快速制造。

③充分发挥人的作用,不断提高企业职工素质和教育水平,优化人机功能分配。 b.虚拟制造

虚拟制造(VM)是国际上提出的新概念。VM与AM联系密切。VM的特征是:当市场新的机遇出现时,组织几个有关公司联作,把不同的公司,不同地点的工厂或车间重新组织协调工作。在运行之前必须分析组合是否最优,能否协调运行,以及投产后的效益和风险进行评估,这种联作公司称虚拟公司。虚拟公司通过虚拟制造系统运行。因此研究开发虚拟制造技术(VMT)和虚拟制造系统(VMS)意义重大,美国称AM为2l世纪制造业发展战略。 c.集成制造

美国哈林顿博士在《计算机和集成制造》一书中提出计算机和集成制造(CIM)的概念。集成制造的核心内容是:制造企业从市场预测、产品设计、加工制造、经营管理克至售后服务是一个不可分割的整体,需要统筹考虑。整个制造过程的实质是信息采集、传递和加工过程,最终生产的产品可看作是信息的物质表现。集成是CIM的核心,这种集成不仅是物的集成,更主要的是以信息集成为特征的技术集成和功能集成,计算机是集成的工具,计算机和辅助各单元技术是集成的基础,信息交换是桥梁,信息共享是关键。集成的目的在于制造企业组织结构和运行方式的合理化和最优化,以提高今业对市场变化的动态响应速度,并追求最高整体效益和长期效益。

d.智能制造

智能制造(IM)是美国出版研究IM和IMS书籍中首先提出的。它的特征是:在制造工业的各个环节的高度柔性与高度集成的方式,通过计算机和模拟人类专家的智能活动,进行分析、判断、推理、构思和决策,旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动,并对人类专家的制造智能

进行收集、存储、完善、共享、继承与发展。制造智能的目的是:通过集成知识工程、制造软件系统、机器人视觉和机器人控制对制造工人的技能与人类专家知识进行建模,以使智能机器能够在没有人干预的情况下进行小批量生产。 e.绿色制造

绿色制造又称环境意识制造和面向环境的制造等。即综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式。其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的全生命周期中,废弃物和有害排放物最小,对环境的负面影响最小,对健康无害,资源利用率最高,使企业经济效益和社会效益更高。


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