第四章先进制造工艺技术机械制造工艺是将各种原材料、半成品加工成为产品的方法和过程。从材料成形的角度上看，材料加工成形方法可分为以下四种：1）去除成形；2）压迫成形；3）堆积成形；4）生成成形。目前主要的新型加工方法有：精密加工和超精密加工、超高速加工、微细加工、特种加工及高密度能加工、快速原型制造技术、新型材料加工、大件和超大件加工、表面功能性覆层技术和复合加工技术等。第一节超精密加工技术超精密加工的主要应用一、超精密加工主要方法6金刚石具有很高的高温强度和硬度，而且材质细密，经过精细研磨，切削刃可磨得极为锋利，表面粗糙度值很小，因此，是最佳的切削刀具材料，可进行镜面切削。用金刚石刀具进行精密切削，主要用来加工无氧铜、铝合金、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料。金刚石精密切削用于加工陀螺仪、天文望远镜的反射镜、激光切割机床中的反射镜等；也可以加工计算机磁盘、激光打印机的多面镜、录像机的磁头、复印机的硒鼓。2、金刚石砂轮和立方氮化硼（CBN）砂轮超精密磨削超精密磨削技术是在一般精密磨削的基础上发展起来的。超精密磨削不仅要提供镜面级的表面粗糙度，还要保证获得精确的几何形状和尺寸。为此，除了要考虑各种工艺因素外，还必须有高精度、高刚度以及高阻尼特征的基准部件，消除各种动态误差的影响，并采取高精度检测手段和补偿手段。目前超精密磨削的加工对象主要是玻璃、陶瓷等硬脆材料，作为纳米级磨削加工，要求机床具有高精度及高刚度，脆性材料可进行可延性磨削。此外，砂轮的修整技术也相当关键，尽管磨削比研磨更能有效地去除物质，但在磨削玻璃或陶瓷时很难获得镜面，主要是由于砂轮粒度太细时，砂轮表面容易被切屑堵塞。日本理化学研究所学者大森整博士发明的电解在线修整（ELID）铸铁纤维结合剂（CIFB）砂轮技术可以很好地解决这个问题。磨削时尺寸精度和几何精度主要靠精密磨床保证，可达亚微米级精度（指精度为1~10-2μm）。在某些超精密磨床上可磨出十纳米精度的工件。在精密磨床上使用细粒度磨粒砂轮可磨削出Ra=0.1～0.05μm的表面。使用金属结合剂砂轮的在线电解修整砂轮的镜面磨削技术可得到Ra0.01～0.002μm的镜面。英国国立物理实验室（NPL，NationalPhysicLaboratory）开发的由四面体结构构成的一个四面体框架，每个圆柱承受压力，静刚度可达10N/nm，加工精度可达1nm以上。3、超精密研磨和抛光精密研磨和抛光技术意指：使用超细粒度的自由磨料，在研具的作用和带动下加工表面，产生压痕和微裂纹，依次去除表面的微细突出处，加工出Ra0.01～0.02μm的镜面。超精密加工是以精密元件为加工对象。超精密加工必须具有稳定的加工环境，即必须在恒温、超净、防振等条件下进行。另外，精密测量是超精密加工的必要手段，否则无法判断加工精度。当磨削后的工件表面反射光的能力达到一定程度时，该磨削过程被称为镜面磨削。镜面磨削的工件材料有脆性材料、金属材料。12超精密研磨包括机械研磨、化学机械研磨、浮动研磨、弹性发射加工以及磁力研磨等加工方法。超精密研磨加工出的球面度可达0.025m，表面粗糙度可达Ra值0.003m。利用弹性发射加工可加工出无变质层的镜面，表面粗糙度可达0.5nm。最高精度的超精密研磨可加工出平面度为/200的零件。超精密研磨的关键条件是几乎无振动的研磨运动、精密的温度控制、洁净的环境以及细小而均匀的研磨剂，此外高精度检测方法也必不可少。超精密研磨主要用于加工表面质量与高平面度的集成电路芯片和光学平面以及蓝宝石窗口等。二、超精密加工机床超精密加工对机床的基本要求：⑴高精度⑵高刚度⑶高稳定性⑷高自动化OAGM2500大型超精密机床AHNIO型高效专用车削、磨削超精密机床超精密机床的主轴部件径向—推力空气静压轴承主轴主轴的驱动方式⑴柔性联轴器驱动⑵内装式同轴电动机驱动超精密机床主轴和轴承的材料应考虑以下主要因素：①耐磨损；②不易生锈腐蚀；③热膨胀系数小；④材料的稳定性好。制造空气主轴和轴承的材料主要有：①经表面氮化和低温稳定处理的38CrMoAl氮化钢；②不锈钢；③多孔石墨和轴承钢。另外还有铟钢、花岗岩、微晶玻璃和陶瓷等。微量进给装置超精密机床的进给系统—般采用精密滚珠丝杠副、液体静压和空气静压丝杠副。高精度微量进给装置则有电致伸缩式、弹性变形式、机械传动或液压传动式、热变形式、流体膜变形式、磁致伸缩式等。目前高精度微量进给装置的分辨力可达到0.001~0.01μm。精密和超精密微位移机构应满足以下设计要求：①精微进给和粗进给分开。②运动部分必须是低摩擦和高稳定度的。③末级传动元件必须有很高的刚度。④内部连接必须可靠，尽量采用整体结构或刚性连接。⑤工艺性好，容易制造。⑥具有