精密和超精密加工技术课程教学设计

第一篇：精密和超精密加工技术课程教学设计

《精密和超精密加工技术》课程教学设计

（一）基本描述

课程名称：精密和超精密加工技术

英文译名：Precision and Ultraprecision Machining Technology 课程学时：30 讲课：28

实验：2

上机：0 适用专业：机械设计制造及其自动化 开课教研室：机械制造及其自动化系 开课时间：第七学期

先修课程：机械制造技术基础、测试技术与仪器、机械制造装备设计 主要教材及参考书：

1.袁哲俊、王先逵主编《精密和超精密加工技术》，机械工业出版社，1999年

2.王先逵编《精密加工技术实用手册》，机械工业出版社，2001年 3.刘贺云、柳世传编《精密加工技术》，华中理工大学出版社，1991年

（二）课程的性质、研究对象及任务

精密和超精密加工技术是机械制造学科的专业课。本课程研究对象是精密和超精密加工技术的基本理论、加工工艺、加工设备、测量技术及环境技术等。本课程的主要任务是培养学生：

1、建立起精密和超精密加工技术的基本概念，了解精密和超精密加工技术的应用范围。

2、掌握精密和超精密加工技术的基本理论和基本技术，具有选择和应用精密和超精密加工工艺和设备的基本能力。

3、了解精密和超精密加工技术的最新发展趋势，新理论和新技术。培养学生在相关技术领域从事精密和超精密加工工作和研究的能力。

（三）教材的选择与分析

精密和超精密加工技术是一门正在不断发展的新技术，国内外有关的教材和书籍不是很多，一些专著也不完全适合作教材。目前国内可供选择的教材有：袁哲俊、王先逵主编《精密和超精密加工技术》，机械工业出版社；王先逵编《精密加工技术实用手册》，机械工业出版社；刘贺云、柳世传编《精密加工技术》，华中理工大学出版社。

1.袁哲俊、王先逵主编《精密和超精密加工技术》一书，是目前国内现有精密和超精密加工技术教材中比较权威和使用广泛的教材，该书比较系统地总结了国内外精密和超精密加工技术，涉及的面较广，其内容有相当的深度和权威性，被许多其它学校使用，并多次再版。在目前情况下是一本比较合适的教材，但不足之处是编写的时间较早，未能反映精密和超精密加工技术最新的发展情况，有些内容不够系统，需要在讲课时补充部分内容。根据现在的情况和我校的特点，我们选择该书作为教材。

2．王先逵编《精密加工技术实用手册》涉及内容较多，适合作为参考工具书使用，由于我们讲课学时所限，不适合作为教材，可以作为学生的课外参考书。

3．刘贺云、柳世传编《精密加工技术》教材于1991年由华中理工大学出版社出版，出版时间较早，不能反映精密和超精密加工技术的新发展，内容基本上被袁哲俊、王先逵主编《精密和超精密加工技术》一书所包括，可以作为学生的课外参考书使用。

（四）本课程各章的主要内容与基本要求、重点与难点、学时分配

第1章 精密和超精密加工技术及其发展展望（2学时）

精密和超精密加工技术的重要性、现状及技术发展展望。基本要求：

搞清楚本课程学习的目的、主要内容和方法；了解精密和超精密加工技术的基本概念、应用范围和重要意义、精密和超精密加工技术的现状及发展趋势。

重点与难点: 精密和超精密加工技术的基本概念及研究、应用范围。第2章 超精密切削与金刚石刀具（4学时）

切削参数选择，金刚石刀具的性能、设计与制造，切削变形和加工质量的影响因素。

基本要求：

了解使用金刚石刀具进行超精密切削的基本规律、超精密切削对刀具的要求及金刚石刀具的性能、设计与制造，单晶金刚石刀具的磨损破损机理。

重点: 1）使用金刚石刀具进行超精密切削的特点和基本规律。2）超精密切削的机理和对金刚石刀具性能的要求。3）金刚石刀具的设计制造。4）金刚石刀具的磨损破损机理。难点: 1）切削参数对加工表面质量的影响规律。2）金刚石的晶体结构及刀具晶向的选择。第3章 精密和超精密磨削（4学时）

精密和超精密磨削概述，精密磨削，超硬砂轮磨削，超精密磨削，精密和超精密砂带磨削简介。

基本要求：

1）了解和掌握精密和超精密磨削的基本原理。

2）掌握超硬磨料砂轮磨削的特点、砂轮修整方法和磨削工艺。

3）掌握超精密磨削的机理及对工艺系统的要求。4）了解砂带磨削的特点和基本原理。重点: 1）精密和超精密磨削的机理及工艺特点。2）超硬磨料砂轮磨削的特点及砂轮修整方法。3）超精密磨削对工艺系统的要求。难点: 1）精密和超精密磨削的机理。2）超硬磨料砂轮修整方法。第4章 精密研磨和抛光（4学时）

研磨抛光机理、工艺因素，采用新原理的研抛工艺方法。基本要求：

1）了解和掌握研磨和抛光加工的机理及工艺特点。2）了解影响研磨和抛光加工的主要工艺因素。

3）了解各种新原理的研磨抛光加工方法的机理、工艺特点及应用范围等。

重点:

1）研磨和抛光加工的机理及工艺特点。2）各种新原理的研磨抛光加工方法 难点: 1）研磨和抛光加工的机理。

2）新原理的研磨抛光加工方法的机理。第5章 精密和超精密加工的机床设备（4学时）

精密和超精密加工机床发展概述，典型超精密机床简介，超精密机床的主要部件及关键技术。

基本要求：

1）超精密加工对机床的技术要求、超精密机床的基本概念。2）了解超精密机床的技术特点。

3）掌握超精密机床主轴、床身和导轨、进給驱动系统等的工作原理和性能特点。

重点:

1）超精密机床的技术要求和结构特点。

2）超精密机床主轴、床身和导轨、进給驱动系统等的工作原理和性能特点。

难点:

不同工作原理的机床主要部件的性能特点及选用。第6章 精密加工中的测量技术（2学时）

精密加工中长度、直线度、圆度的测量方法，激光测量技术。基本要求：

1）了解长度、直线度、圆度的测量方法。2）了解和掌握激光测量原理和特点。重点:

1）长度、直线度、圆度的测量原理。2）激光干涉测量原理。难点:

激光干涉测量原理。

第7章 在线检测与误差补偿技术（2学时）在线检测与误差补偿方法，微位移技术。基本要求：

1）了解和掌握在线检测与误差补偿方法的原理和特点。2）了解和掌握微位移技术的原理和应用特点。重点:

1）在线检测与误差补偿方法的原理。2）各种微位移装置的工作原理 难点:

在线检测与误差补偿方法的原理。

第8章 精密和超精密加工的环境技术（2学时）

空气环境和热环境，振动环境，噪声和其它环境，精密和超精密加工的环境要求及技术设施。

基本要求：

1）了解和掌握精密和超精密加工对环境的要求。2）了解和掌握振动、温度等环境对超精密加工的影响。重点:

1）精密和超精密加工对环境的要求及措施。2）振动、温度等环境对超精密加工的影响。难点:

振动、温度等环境对超精密加工的影响。

第9章 典型零件的精密和超精密加工技术（2学时）

典型精密件的加工工艺，半导体基片、光学非球面等器件加工技术。基本要求：

了解和掌握半导体基片、光学非球面等典型器件加工技术。重点:

精密和超精密加工技术在半导体基片、光学非球面等重要器件加工中的应用。

难点:

超精密加工新工艺的综合应用。

第10章 微细加工和纳米加工技术简介（2学时）

微细加工技术的概念、加工机理及方法简介，纳米和纳米加工技术 5 概述，微机械及微机电系统简介。

基本要求：

1）了解和掌握微细加工技术的概念、加工机理及方法 2）了解纳米加工技术和微机械及微机电系统的基本概念。重点:

1）微细加工技术的概念及加工机理。

2）纳米加工技术和微机械及微机电系统的基本概念。难点:

微细加工的机理。

（五）教学环节

1．课堂讲授（28学时）任课教师必须做到下面几点：

1）认真备课，做好教案，熟练掌握课程的基本内容。

2）采用启发式、讨论式的教学方法，以学生为中心，活跃课堂气氛，调动学生学习的主动性、积极性，培养学生逻辑思维能力、分析问题能力和解决问题能力。

3）讲课思路要清晰，包括：问题的提出、解决问题的条件、建立模型、分析解决问题的思路、解题和总结等；

概念要准确，重点要突出，理论联系实际，要适时反映本学科发展的前沿理论和技术，特别是将本单位的科研成果引入课堂。

4）教学手段要完备，根据教学内容的要求，恰当运用图片、挂图、CAI课件和多媒体等。

5）教书育人，为人师表，上课精神饱满，以人格的魅力和精神气质激发学生的求知欲和思维活动。

教学组要开展以下教学活动：

1）集体备课。2）制作CAI课件。3）试讲。4）相互听课。

5）组织课堂教学检查，教学讲评。6）教学研讨，撰写教研论文。2．实验（2学时）

实验教学是培养学生的动手能力和创新精神的重要教学环节，由于条件和学时限制，安排了2学时的超精密车削和磨削实验。

实验时每组人数10人，任课教师要指导实验，并且批改实验报告，写出评语，评出成绩。

（六）考核办法

1.采用累加式考试方法

平时成绩（包括作业、实验考核）20﹪，期末考试成绩80﹪。2.期末考试，以考基本理论、基本知识、考综合运用所学知识解决问题的能力为主，防止死记硬背,培养创新精神和实践能力。

第二篇：超精密加工与超高速加工技术

超精密加工与超高速加工技术

一、技术概述

超高速加工技术是指采用超硬材料的刃具，通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。

超高速加工的切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异。目前，一般认为，超高速切削各种材料的切速范围为：铝合金已超过1600m/min，铸铁为1500m/min，超耐热镍合金达300m/min，钛合金达150-1000m/min，纤维增强塑料为2000-9000m/min。各种切削工艺的切速范围为：车削700-7000m/min，铣削300-6000m/min，钻削200-1100m/min，磨削250m/s以上等等。

超高速加工技术主要包括：超高速切削与磨削机理研究，超高速主轴单元制造技术，超高速进给单元制造技术，超高速加工用刀具与磨具制造技术，超高速加工在线自动检测与控制技术等。

超精密加工当前是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μ

m，表面粗糙度Ra小于0.025μ m，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01μ

m的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展。

超精密加工技术主要包括：超精密加工的机理研究，超精密加工的设备制造技术研究，超精密加工工具及刃磨技术研究，超精密测量技术和误差补偿技术研究，超精密加工工作环境条件研究。

二、现状及国内外发展趋势

1．超高速加工

工业发达国家对超高速加工的研究起步早，水平高。在此项技术中，处于领先地位的国家主要有德国、日本、美国、意大利等。

在超高速加工技术中，超硬材料工具是实现超高速加工的前提和先决条件，超高速切削磨削技术是现代超高速加工的工艺方法，而高速数控机床和加工中心则是实现超高速加工的关键设备。目前，刀具材料已从碳素钢和合金工具钢，经高速钢、硬质合金钢、陶瓷材料，发展到人造金刚石及聚晶金刚石（PCD）、立方氮化硼及聚晶立方氮化硼（CBN）。切削速度亦随着刀具材料创新而从以前的12m/min提高到1200m/min以上。砂轮材料过去主要是采用刚玉系、碳化硅系等，美国G．E公司50年代首先在金刚石人工合成方面取得成功，60年代又首先研制成功CBN。90年代陶瓷或树脂结合剂CBN砂轮、金刚石砂轮线速度可达125m/s，有的可达150m/s，而单层电镀CBN砂轮可达250m/s。因此有人认为，随着新刀具（磨具）材料的不断发展，每隔十年切削速度要提高一倍，亚音速乃至超声速加工的出现不会太遥远了。

在超高速切削技术方面，1976年美国的Vought公司研制了一台超高速铣床，最高转速达到了20000rpm。特别引人注目的是，联邦德国Darmstadt工业大学生产工程与机床研究所（PTW）从1978年开始系统地进行超高速切削机理研究，对各种金属和非金属材料进行高速切削试验，联邦德国组织了几十家企业并提供了2000多万马克支持该项研究工作，自八十年代中后期以来，商品化的超高速切削机床不断出现，超高速机床从单一的超高速铣床发展成为超高速车铣床、钻铣床乃至各种高速加工中心等。瑞士、英国、日本也相继推出自己的超高速机床。日本日立精机的HG400III型加工中心主轴最高转速达36000-40000r/min，工作台快速移动速度为36~40m/min。采用直线电机的美国Ingersoll公司的HVM800型高速加工中心进给移动速度为60m/min。

在高速和超高速磨削技术方面，人们开发了高速、超高速磨削、深切缓进给磨削、深切快进给磨削（即HEDG）、多片砂轮和多砂轮架磨削等许多高速高效率磨削，这些高速高效率磨削技术在近20年来得到长足的发展及应用。德国Guehring Automation公司1983年制造出了当时世界第一台最具威力的60kw强力CBN砂轮磨床，Vs达到140-160m/s。德国阿享工业大学、Bremen大学在高效深磨的研究方面取得了世界公认的高水平成果，并积极在铝合金、钛合金、因康镍合金等难加工材料方面进行高效深磨的研究。德国Bosch公司应用CBN砂轮高速磨削加工齿轮齿形，采用电镀CBN砂轮超高速磨削代替原须经滚齿及剃齿加工的工艺，加工16MnCr5材料的齿轮齿形，Vs＝155m/s，其Q达到811mm3/mm.s，德国Kapp公司应用高速深磨加工泵类零件深槽，工件材料为100Cr6轴承钢，采用电镀CBN砂轮，Vs达到300m/s，其Q`＝140mm3/mm.s，磨削加工中，可将淬火后的叶片泵转子10个一次装夹，一次磨出转子槽，磨削时工件进给速度为1.2m/min，平均每个转子加工工时只需10秒钟，槽宽精度可保证在2μ m，一个砂轮可加工1300个工件。目前日本工业实用磨削速度已达200m/s，美国Conneticut大学磨削研究中心，1996年其无心外圆高速磨床上，最高砂轮磨削速度达250m/s。

近年来，我国在高速超高速加工的各关键领域如大功率高速主轴单元、高加减速直线进给电机、陶瓷滚动轴承等方面也进行了较多的研究，但总体水平同国外尚有较大差距，必须急起直追。

2．超精密加工

超精密加工技术在国际上处于领先地位的国家有美国、英国和日本。这些国家的超精密加工技术不仅总体成套水平高，而且商品化的程度也非常高。

美国是开展超精密加工技术研究最早的国家，也是迄今处于世界领先地位的国家。早在50年代末，由于航天等尖端技术发展的需要，美国首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，称为“SPDT技术”（Single Point Diamond Turning）或“微英寸技术”（1微英寸＝0.025μ m），并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床。用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面非球面大型零件等等。如美国LLL实验室和Y－12工厂在美国能源部支持下，于1983年7月研制成功大型超精密金刚石车床DTM－3型，该机床可加工最大零件?2100mm、重量4500kg的激光核聚变用的各种金属反射镜、红外装置用零件、大型天体望远镜（包括X光天体望远镜）等。该机床的加工精度可达到形状误差为28nm（半径），圆度和平面度为12.5nm，加工表面粗糙度为Ra4.2nm。该机床与该实验室1984年研制的LODTM大型超精密车床一起仍是现在世界上公认的技术水平最高、精度最高的大型金刚石超精密车床。

在超精密加工技术领域，英国克兰菲尔德技术学院所属的克兰菲尔德精密工程研究所（简称CUPE）享有较高声誉，它是当今世界上精密工程的研究中心之一，是英国超精密加工技术水平的独特代表。如CUPE生产的Nanocentre（纳米加工中心）既可进行超精密车削，又带有磨头，也可进行超精密磨削，加工工件的形状精度可达0.1μ m，表面粗糙度Ra<10nm。

日本对超精密加工技术的研究相对于美、英来说起步较晚，但是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家。日本的研究重点不同于美国，前者是以民品应用为主要对象，后者则是以发展国防尖端技术为主要目标。所以日本在用于声、光、图象、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件的超精密加工技术方面，是更加先进和具有优势的，甚至超过了美国。

我国的超精密加工技术在70年代末期有了长足进步，80年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件。北京机床研究所是国内进行超精密加工技术研究的主要单位之一，研制出了多种不同类型的超精密机床、部件和相关的高精度测试仪器等，如精度达0.025μ m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。航空航天工业部三零三所在超精密主轴、花岗岩坐标测量机等方面进行了深入研究及产品生产。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。此外中科院长春光学精密机械研究所、华中理工大学、沈阳第一机床厂、成都工具研究所、国防科技大学等都进行了这一领域的研究，成绩显著。但总的来说，我国在超精密加工的效率、精度可靠性，特别是规格（大尺寸）和技术配套性方面与国外比，与生产实际要求比，还有相当大的差距。

超精密加工技术发展趋势是：向更高精度、更高效率方向发展；向大型化、微型化方向发展；向加工检测一体化方向发展；机床向多功能模块化方向发展；不断探讨适合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。21世纪初十年将是超精密加工技术达到和完成纳米加工技术的关键十年。

三、“十五”目标及主要研究内容

1．目标

超高速加工到2005年基本实现工业应用，主轴最高转速达15000r/min，进给速度达40-60m/min，砂轮磨削速度达100-150m/s；超精密加工基本实现亚微米级加工，加强纳米级加工技术应用研究，达到国际九十年代初期水平。

2．主要研究内容

（1）超高速切削、磨削机理研究。对超高速切削和磨削加工过程、各种切削磨削现象、各种被加工材料和各种刀具磨具材料的超高速切削磨削性能以及超高速切削磨削的工艺参数优化等进行系统研究。

（2）超高速主轴单元制造技术研究。主轴材料、结构、轴承的研究与开发；主轴系统动态特性及热态性研究；柔性主轴及其轴承的弹性支承技术研究；主轴系统的润滑与冷却技术研究；主轴的多目标优化设计技术、虚拟设计技术研究；主轴换刀技术研究。

（3）超高速进给单元制造技术研究。高速位置芯片环的研制；精密交流伺服系统及电机的研究；系统惯量与伺服电机参数匹配关系的研究；机械传动链静、动刚度研究；加减速控制技术研究；精密滚珠丝杠副及大导程丝杠副的研制等。

（4）超高速加工用刀具磨具及材料研究。研究开发各种超高速加工（包括难加工材料）用刀具磨具材料及制备技术，使刀具的切削速度达到国外工业发达国家90年代末的水平，磨具的磨削速度达到150m/s以上。

（5）超高速加工测试技术研究。对超高速加工机床主轴单元、进给单元系统和机床支承及辅助单元系统等功能部位和驱动控制系统的监控技术，对超高速加工用刀具磨具的磨损和破损、磨具的修整等状态以及超高速加工过程中工件加工精度、加工表面质量等在线监控技术进行研究。

（6）超精密加工的加工机理研究。“进化加工”及“超越性加工”机理研究；微观表面完整性研究；在超精密范畴内的对各种材料（包括被加工材料和刀具磨具材料）的加工过程、现象、性能以及工艺参数进行提示性研究。

（7）超精密加工设备制造技术研究。纳米级超精密车床工程化研究；超精密磨床研究；关键基础件，如轴系、导轨副、数控伺服系统、微位移装置等研究；超精密机床总成制造技术研究。

（8）超精密加工刀具、磨具及刃磨技术研究。金刚石刀具及刃磨技术、金刚石微粉砂轮及其修整技术研究。

（9）精密测量技术及误差补偿技术研究。纳米级基准与传递系统建立；纳米级测量仪器研究；空间误差补偿技术研究；测量集成技术研究。

（10）超精密加工工作环境条件研究。超精密测量、控温系统、消振技术研究；超精密净化设备，新型特种排屑装置及相关技术的研究

第三篇：纳米材料与精密加工课程论文

纳米生物机器人与药物靶向递送技术概述

天津大学机械学院机械制造及其自动化专业2013级硕士生

摘要：本文结合纳米技术课程所学相关知识，对纳米生物机器人与药物靶向递送技术进行概述。首先从该项技术的产生背景着眼，介绍国内外对于纳米机器人的研究现状，并引出用于医学的药物靶向递送机器人，论述其应用前景和实用优势；其次，着重介绍该技术的实现机理以及应用进展，并总结目前该技术中存在主要难题和研究方向；最后，展望微纳米生物机器人在生物医学特别是药物靶向递送领域的未来前景及巨大的发展潜力。关键词：纳米机器人 药物靶向递送技术

0 前言

纳米机器人通常是指按照分子水平生物学原理设计制造的可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”，也称分子机器人，属于分子仿生学的范畴 ；某些情况下，能进行纳米尺度微加工或操作的自动化装置也被称之为纳米机器人。

当前生物纳米机器人研究工作已从第一代生物机械简单结合系统（例如用碳纳米管作结构件，分子马达作为动力组件，DNA关节作为连接件等）发展到第二代由原子或分子装配的具有特定功能的分子器件（例如直接用原子、DNA片断或者蛋白质分子装配成生物纳米机器人），未来还将向第三代包含纳米计算机在内的进行人机对话的操控性纳米机器人发展。第三代生物纳米机器人目前还处于设想阶段。[1]

纳米医疗机器人是可以在细胞内或血液中对纳米空间进行操作的“功能分子器件”,在生物医学工程 中可充当微型医生,解决传统医生难以解决的问题。国内外研究现状

目前，纳米机器人尚在研究开发阶段，但其潜在应用十分广泛，主要体现在医疗和军事上，其中，纳米机器人在医疗上的潜在应用价值尤其被国内外研究人员重视。在生物医学上，纳米技术具有无限的潜力，纳米机器人的研制成功成为纳米研发领域的骄傲。纳米机器人不但能够修复细胞与基因，还能够清除体内垃圾、养护血管。

2005 年，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的科学家研制出一种微型机器，该微型机器能够凭借自

身生长的肌肉行走。科学家在一个长约200微米的硅制框架上，附上肌肉细胞，这些细胞从鼠的心脏中取出，在机器接近自然状况的培养环境中生长分裂。肌肉从溶液中吸收葡萄糖，进行收缩和舒张，使得附着在肌肉上的这种卫星及其能缓慢前行。这项发明为微型机器人动力研制提供了方法，以后可能用于研制纳米机器人，在医学上可用于来清除血管内的脂肪斑。[2]

2010 年，美国哥伦比亚大学科学家研制出一种由DNA分子构成的“纳米蜘蛛”微型机器人，如图 1，它只有4纳米，可以跟随 DNA 运行轨迹行走、移动，并且具有在二维体表面行走 100 纳米的能力，比以前提高了 30 多倍，如果将其用于医疗事业，可以帮助人类诊疗癌症病患，帮助人类完成外科手术，清理动脉血管垃圾等。[3]

图1 美国研制的“纳米蜘蛛”

加拿大很多医学博士院校也都在这个领域投入大量的资金，如萨斯卡彻温大学工程学院 Chris ZHANG 的研究团队已建立了精确追踪流体介质中的纳米粒子的理论，该理论的建立为追踪人体如血管中的纳米机器人奠定了基础[4]。2007 年 3 月，蒙特利尔理工大学纳米机器人实验室的研究人员在医用机器人领域实现了一个重大技术突破。他们第一次在计算机控制下，成功地引导一个微型装置在活体动脉内以每秒10厘米的速度运动[5]。

2007 年，法国与德国科学家合作首次成功研制出可旋转的“分子轮”，并组装出第一台真正意义上的分子机器——生物纳米机器，其包括2个直径0.7纳米、由三苯甲基分子组成的“车轮”，所有的分子机器的化学结构均被固定在铜基上。该研究成果对于以后制造复杂的纳米机器人有着非比寻常的意义[6]。瑞士苏黎世实验室和巴塞尔大学的科学家也都在研究利用DNA（脱氧核糖核酸）的结构特性为微型机器人提供动力的新方法。利用这一方法，科学家可能制造出不用电池的新一代微型机器人。

国内的重庆某研究院研制的名为“OMOM 胶囊内镜系统”的纳米机器人医生[7]，如图2所示。

图2 OMOM胶囊内镜系统

它可以钻进人的肚子里把人体内的图像传输到电脑屏幕上，该项技术在全球领先地位。据介绍，该纳米机器人医生以纳米技术的微机电系统为核心，内置有摄像与信号传输等智能装置，外包无毒耐酸碱塑料，为一次性使用品。中科院沈阳自动化所成功研制了一台“纳米微操作”的机器人系统样机，即可以在纳米尺度上进行操作，其在移动纳米碳管的操作中，重复定位精度达到30 nm。纳米生物机器人与药物靶向递送技术进行概述

2.1 背景介绍

将纳米生物机器人用于癌症治疗的药物靶向递送技术是纳米机器人学和纳米医学、纳米生物学的有机结合，显示了引人瞩目的应用前景。癌症是严重危害人类健康的常见病、多发病。大多数实体肿瘤外科手术移除后，剩余的癌细胞用放疗、化疗、免疫疗法等进行处理。但是一旦癌细胞转移，化疗就成为主要的手段了。在传统的药物递送系统里，常规化疗药物可以静脉注射，也可以口服。药物从被注射的地方或者经胃肠吸收进入血液循环，运动到心脏再到全身其他区域，对于药物要靶向的小区域来说，这个方法的效率非常低，想达到希望浓度就导致要使用大剂量化疗剂(通常为有毒药物)，化

疗剂在杀伤癌细胞的同时，也产生了全身严重的毒副作用。因此迫切需要研究如何采用最有效的方法和途径使药物进入并作用到身体的希望靶点。药物靶向递送治疗可以有效解决这些问题，它通过将药物尽可能有选择地运送到靶部位，提高靶部位的药物浓度，减少药物对全身正常组织毒副作用，来改善癌症治疗的效果。因此，药物靶向递送有巨大的潜力。

药物靶向递送有多种分类，目前主要采用按靶 向作用方式分类：被动靶向，对靶细胞无识别能力，但可经血循环到达它们不能通过的毛细血管床，并在该部位释药；主动靶向，表面经修饰的药物载体可以不被吞噬系统识别，或连接有特定的配体，与靶细胞的受体结合；物理靶向，应用外加温度或磁场等将药物载体控制靶向到特定部位。

被动靶向和主动靶向都是按照药物在体内的沉积来完成的，在靶向精确性、药物浓度方面还存在很多不足。因此，用于把药物定向到靶点物理靶向是一个很有前途的方法。磁性药物靶向治疗是物理靶向药物递送的一种。常用的一种方法是磁性纳米粒子表面涂覆高分子，与药物结合后静脉注射到动物体内，在外加磁场下通过纳米微粒的磁性导航，使其移向病变部位，达到定向治疗的目的。这就是磁性纳米粒子在药物学中应用的基本原理。这里，将磁性纳米粒子看作是纳米机器人，它可以自复制，且被外加磁场所控制，在血管中运动到靶部位并在靶部位聚集以释放药物。

本文介绍了纳米技术结合生物医学的应用，特别是用于癌症治疗的磁性药物靶向递送技术的研究进展。提出用红细胞包覆磁性纳米粒子作为治疗药物载体的假设，这样一群磁性载药红细胞机器人在磁场控制下，完成在血管里的运动并将药物递送到期望靶点(肿瘤等)。2.2 应用机理

携带药物的磁性载体机器人在外磁场作用下，在体内定位移动、聚集，以提高靶部位药物的浓度，降低药物对正常组织的毒性和副作用。磁性药物靶向的原理由两步骤组成：一，递送载药机器人到器官里的靶部位。二，载体机器人在靶部位释放药物。其中递送载药机器人到器官靶部位是更为关键的步骤，实现这一步骤的方法有以下几种。（1）外部磁场作用下的磁性药物靶向系统

单一磁场作用在磁性靶向系统上，最常见的一种是在肿瘤部位加外磁场，磁场装置可以是永磁铁或电磁铁，结构可以采用单极式、双极式。单极式指在肿瘤部位的一侧加磁极；双极式指在肿瘤部位的两侧加磁极，将上下磁极做成不同的形状使其产生不均匀磁场。基于磁性靶向的药物递送对于体内药物定位是很有吸引力的方法，因为磁力可以在相对大的范围内作用，而且磁场不会对绝大多数生物组织产生影响。过去对于递送磁性载体药物到体内特定点的设备和方法依赖于单个磁场源，磁场既要磁化载体又要拉动它们到体内特定点。而且，随着靶向点在体内的深入，场强度很快衰减。因此，考虑外部磁场结合 内部植入共同作用成为新的研究课题。（2）外部磁场与内部植入磁体共同作用下的磁性药物靶向系统

虽然身体外部磁场源能非常好地磁化载体颗粒,但是它们仅能提供一个弱的磁场梯度来吸引载体颗粒。而内部磁体植入提供了一个强的磁场梯度来吸引载体颗粒，但是它的场强衰退得非常快，以至于不能磁化大量注入的载体颗粒。因此一个新的方法就是利用两个独立的磁性源来将药物靶向递送到局部区域。分别通过利用微米大小的磁体植入以及结合大范围的外部磁场来分别完成磁化载体和提供磁场梯度。

（3）利用高梯度磁性分离原理指导磁性药物靶向

在磁场区域(血管分叉点)放置一磁性金属丝，来增加局部磁场梯度，当外部磁场作用时，金属丝被赋予磁能，金属丝的曲率越高(比如直径越小)，磁场的梯度越大，因此磁性药物载体颗粒受到的力越大。其目的是考虑用磁场的磁力引导磁性药物载体颗粒通过血液流到靶点，并被磁力驻留在靶点上。该系统由一个铁磁体探针(比如针、导管或者外科植入)、磁场生成器(比如外部永磁铁或电磁场)和磁性药物载体颗粒组成。用这个方法能创建一个有效的磁性药物靶向系统，来治疗人类疾病。

这种利用HGMS原理的新型磁性药物靶向方法，虽然由于要插入探针、注射器或者导管而导致轻微的介入，但是比传统的非介入法(比如单独应用外部磁场)，对于在靶点收集磁性药物载体颗粒更有优势，特别在局部疾病点比如肿瘤及心血管疾病的治疗上。

（4）利用磁流变特性形成栓塞的磁性靶向系统

Folkman[8]的研究表明，肿瘤包含一个复杂的血管网络，当肿瘤达到几个立方毫米大小时，它朝着相邻血管释放出血管生成因子，发生了血管新生。

一旦肿瘤得到新的血液供应，它将继续成长直到扩散到其他器官，因而需提出血管新生抑制物作为新的癌症治疗方式。但癌细胞可能会变异来抵制药物，表现为药物的不可选择性。目前有不少工作已经证明，用磁流变流体和一个应用磁场来阻止血液流动到肿瘤来治疗肿瘤是可行的。

由于磁流变流体的显微结构具有因磁场变化而变化的特性，当磁场存在时，流体从液相转变为固相。与其他固体栓塞形成之后就不再变化不同，磁流变流体的固化仅仅是在磁场下，一旦磁场移走，热能导致固化的颗粒分解，并转变为其原始的液体状。注射磁流变流体到血液里，在肿瘤部位加磁场，使其在磁场作用下固化而堵塞肿瘤血管，使血液不能供给肿瘤，最终导致肿瘤死亡。

2.3 纳米机器人及靶向药物递送的关键技术和主要

难题

将纳米生物机器人用于磁性药物靶向递送可 以解决传统医学无法解决的难题，不过国内外磁性药物靶向治疗的整体发展水平仍然处于基础研究阶段。用纳米生物机器人进行靶 向药物递送的研究，关键技术和主要难题如下：

（1）磁性载药机器人本身的性质，如粒径大小、磁粒子含量、药物含量、稳定性及释药速率等。要保证在磁场作用下，合适的颗粒粒径能在肿瘤或肿瘤周围的血管系统形成较高浓度。

（2）磁场性质，如磁场强度、磁场梯度、磁场时间和外磁场的类型等。要保证足够大 的磁场梯度以吸引磁性载药机器人能到达靶部位。（3）为了理解纳米机器人的原理以及在体内微循环水平上在组织里聚集药物的机制，还需要考虑载药机器人的参数(载药机器人的表面特征、体积、浓度、边界条件、血管脉动、血液流速、药物绑定的可逆性和强度及释放特征)，载药机器人接近器官的方式(注入的时间/路线/期限/率)、磁场的尺寸和强度及磁场应用的持续时间。

（4）肿瘤部位的性质，如血管分布、通透性、肿瘤部位离磁场的距离、肿瘤部位离给药部位的距离等。（5）生物安全问题，可分以下几点：电磁场对人体是否有影响，涉及到电磁场对人体生物效应的问题，关于载体的生物可降解性。药物载体的降解和磁粒子的降解也是非常重要的问题，即药物载体必须采用良好的生物可降解性材料制备，否则会发生阻塞毛细血管的危险。3 纳米机器人与药物靶向递送技术展望

纳米机器人学是独具特色、自成体系的，其建立不仅是因为有迫切的需要，而且也因为有了实现的可能。对于人体疾病的探索，从肉眼观察的器官水平，到光学显微镜观察的细胞水平，再到电子显微镜观察的纳米结构水平的发展过程，每一步前进虽然都带来过一次飞跃，但疾病对人类的威胁依然存在，人们对疾病的征服还远远未能达到理想的水平。

把纳米生物机器人技术的理论与方法引入医学的相关研究领域，将成为纳米科技的重要分支，它是机器人学、动力学、纳米科学、生物学和医学等多学科的交叉产物，虽然在国际上刚崭露头角，而且各项关键技术都处于基础研究阶段，但其发展的巨大潜力己经明示在人们面前。美国、日本、英国等国家纷纷投入大量资金开始这方面的研究。相信在不久的将来，随着各个学科的飞速发展，微纳米生物机器人在药物靶向治疗上的研究将发展到一个新的高度，在临床上得到广泛的应用，在造福人类的领域建功立业。

[1]平朝霞.纳米机器人的研究进展[J].新材料产业,2012,12:25-28.[2] 佚名.美国研制出纳米机器人[E].中国高校科技与产业化,2004,(5):12.[3] 美科学家指出纳米机器人清理动脉血管垃圾[EB/OL].新华网,2010-5.[4] Wenting Chen.Investigation of Functionalized Carbon Nanotubes as a Delivery System for Enhanced Gene Expression with Implications in Developing DNA Vaccines for Hepatitis C Virus [D].Saskatoon，Canada，2008.[5] 未艾.世界医用机器人中第一个成功地无线控制动脉内装置运动[E].中国医疗器械杂志,2007,31(3):162.[6] 科技日报评出的2007年国际十大科技新闻[N].科技日报,2005.[7] 杨爱敏.纳米机器人——人体健康的清道夫[J].农村实用科技,2007,(3):40.[8] Folkman.J.Fighting cancer by attacking its blood supply[J].Scientific American, 1996, 275(3): 150.

第四篇：Chapt.7_精密与特种加工技术(课件)

第一章

概

论

第一节

精密与特种加工的产生背景

机械制造面临着一系列严峻的任务：

⑴ 解决各种难切削材料的加工问题。

⑵ 解决各种特殊复杂型面的加工问题。

⑶ 解决各种超精密、光整零件的加工问题。

⑷ 特殊零件的加工问题。

第二节

精密与特种加工的特点 及其对机械制造领域的影响

精密与特种加工是一门多学科的综合高级技术；

精密加工包括微细加工、光整加工和精整加工等，与特种加工关系密切。

特种加工是指利用机、光、电、声、热、化学、磁、原子能等能源来进行加工的非传统加工方法（NTM，Non-Traditional Machining），它们与传统切削加工的不同特点主要有： ① 主要不是依靠机械能；

② 刀具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度； ③ 在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的 机械切削力作用。

精密与特种加工技术引起了机械制造领域内的许多变革：

⑴ 提高了材料的可加工性。

⑵ 改变了零件的典型工艺路线。

⑶ 大大缩短新产品试制周期。

⑷ 对产品零件的结构设计产生很大的影响。

⑸ 对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生重要影响。

第三节

精密与特种加工的方法及分类

1．加工成形的原理

分为去除加工、结合加工、变形加工三大类。

去除加工又称为分离加工，是从工件上去除多余的材料。

结合加工是利用理化方法将不同材料结合在一起。

又可分为附着、注入、连接三种。

变形加工又称为流动加工，是利用力、热、分子运动等手段使工件产生变形，改变其尺寸、形状和性能。

2．加工方法机理

按机理精密与特种加工分为传统加工、非传统加工、复合加工。

第四节 精密与特种加工技术的地位和作用

先进制造技术已经是一个国家经济发展的重要手段之一。

发展先进制造技术是当前世界各国发展国民经济的主攻方向和战略决策，同时又是一个国家独立自主、繁荣富强、经济持续稳定发展、科技保持先进领先的长远大计。

从先进制造技术的技术实质而论，主要有精密、超精密加工技术和制造自动化两大领域。

精密与特种加工技术水平是一个国家制造工业水平的重要标志之一。

精密与特种加工技术已经成为国际竞争中取得成功的关键技术。产品的实际制造，必然要依靠精密加工技术。第二章

金刚石刀具精密切削加工

第一节

概

述

精密与超精密加工和制造自动化是先进制造技术的两大领域。

加工精度在0.1~1μm，表面粗糙度Ra在0.02~0.1μm之间的加工称为精密加工；加工精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.01μm的加工称为超精密加工。

一、超精密加工的难点

精度难以控制； 刚度和热变形影响； 去除层薄，切应力大； 犹如对不连续体进行切削。

二、超精密加工的方法

按加工方式分：

切削加工、磨料加工、特种加工和复合加工 按加工机理和特点分：

去除加工、结合加工和变形加工 还可分为 传统加工、非传统加工和复合加工

三、超精密加工的实现条件

超精密加工是多学科交叉的综合性高新技术

① 超精密加工的机理与工艺方法； ② 超精密加工工艺装备； ③ 超精密加工工具；

④ 超精密加工中的工件材料； ⑤ 精密测量及误差补偿技术；

⑥ 超精密加工工作环境、条件等。

在超精密加工的中，必须综合考虑以上因素。

第二节

超精密机床及其关键部件

一、典型超精密机床

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

大型光学金刚石车床 ——LODTM

FG-001超精密机床

OAGM 2500大型超精密机床

AHNIO型高效专用车削、磨削超精密机床

二、超精密机床的主轴部件

主轴部件是保证超精密机床加工精度的核心。超精密加工对主轴的要求是极高的回转精度，转动平稳，无振动。

液体静压轴承主轴

空气静压轴承主轴

⑴ 双半球空气轴承主轴

⑵ 径向—推力空气静压轴承主轴

⑶ 球形—径向空气轴承主轴

⑷ 立式空气轴承主轴

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。

三、精密导轨部件

超精密机床的总体布局

T形布局

十字形布局

R-θ 布局

立式结构布局

常用的导轨部件 ⑴ 液体静压导轨

花岗岩静压导轨

⑵ 空气静压导轨和气浮导轨

空气静压导轨

气浮导轨

床身及导轨的材料

常用的床身及导轨材料有优质耐磨铸铁、花岗岩、人造花岗岩等。

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 具有好的动特性。

⑦ 能实现微进给的自动控制。

⑴ 压电和电致伸缩微进给装置

⑵ 摩擦驱动装置

⑶ 机械结构弹性变形微量进给装置

第五节

金刚石刀具的结构

衡量金刚石刀具质量的标准：

① 能否加工出高质量的超光滑表面；

② 能否有较长的切削时间保持刀刃锋锐。设计金刚石刀具时最主要问题有三个： ① 确定切削部分的几何形状；

② 选择合适的晶面作为刀具的前后面；

③ 确定金刚石在刀具上的固定方法和刀具结构。

一、金刚石刀具切削部分的几何形状

⑴ 刀头形式

金刚石刀具刀头一般采用在主切削刃和副切削刃之间加过渡刃。国内多采用直线修光刃，国外标准的金刚石刀具，推荐的修光刃圆弧半径R=0.5~3mm。

金刚石刀具的主偏角一般为30˚~90˚，以45˚主偏角应用最为广泛。

⑵ 前角和后角

根据加工材料不同，金刚石刀具的前角可取0˚~5˚，后角一般可取5˚~6˚。

美国EI Contour精密刀具公司的标准金刚石车刀结构如上图所示。该车刀采用圆弧修光刃，修光刃圆弧半径R=0.5~1.5mm。后角采用10˚，刀具前角可根据加工材料由用户选定。

一种可用于车削铝合金、铜、黄铜的通用金刚石车刀结构如右图所示。可获得粗糙度Ra < 0.02~ 0.005μm的表面。

二、选择合适的晶面作为金刚石刀具前、后面

三、金刚石刀具上的金刚石固定方法 ⑴ 机械夹固

⑵ 用粉末冶金法固定 ⑶ 使用粘结或钎焊固定

国内外的金刚石刀具使用者一般都不自己磨刀；

Sumitomo公司推出一次性使用不重磨的精密金刚石刀具。

第三章

精密与超精密磨料加工

黑色金属、硬脆材料的精密与超精密加工，主要是应用精密和超精密磨料加工。

所谓精密和超精密磨料加工，就是利用细粒度的磨粒和微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值。

精密和超精密磨料加工可分为固结磨料和游离磨料加工两大类。

第一节

精密磨削

精密磨削是指加工精度为1~0.1μm、表面粗糙度为Ra0.2~0.025μm的磨削方法。

一、精密磨削机理

靠砂轮的具有微刃性和等高性的磨粒实现的。⑴ 微刃的微切削作用

⑵ 微刃的等高切削作用

⑶ 微刃的滑挤、摩擦、抛光作用

二、磨削用量

三、精密磨削砂轮

1．砂轮磨料

精密磨削时所用砂轮的磨料以易于产生和保持微刃及其等高性为原则。

钢件及铸铁件，以采用刚玉磨料为宜。碳化硅磨料主要应用于有色金属加工。

2．砂轮粒度

粗粒度的微切削作用；细粒度的摩擦抛光作用。

3．砂轮结合剂

超精密加工用金属类、陶瓷类结合剂

四、精密磨削中的砂轮修整

有单粒金刚石修整、金刚石粉末烧结型修整器修整和金刚石超声波修整等。

修整用量有：修整导程、修整深度、修整次数和光修次数。

五、超精密磨削

超精密磨削是指加工精度达到或高于0.1μm、表面粗糙度低于Ra0.025μm的砂轮磨削方法，适宜于对钢、铁材料及陶瓷、玻璃等硬脆材料的加工。

镜面磨削是属于精密磨削和超精密磨削范畴的加工，是指加工表面粗糙度达到Ra0.02~0.01μm、表面光泽如镜的磨削方法。

影响超精密磨削的因素有：超精密磨削机理、被加工材料、砂轮及其修整、超精密磨床、工件的定位夹紧、检测及误差补偿、工作环境、操作水平等。超精密磨削需要—个高稳定性的工艺系统，对力、热、振动、材料组织、工作环境的温度和净化等都有稳定性的要求，并有较强的抗击来自系统内外的各种干扰的能力。

1．超精密磨削机理

单颗粒磨削的切入模型如图所示。说明：

① 可视为一弹性系统

②平面磨削的切屑形状如图所示

③ 磨削过程分为弹性区、塑性区、切削区、塑性区，最后为弹性区

④ 存在微切削作用、塑性流动、弹性破坏作用和滑擦作用

磨削状态与磨削系统的刚度密切相关。2．超精密磨削工艺

超精密磨削的砂轮选择、砂轮修整、磨削液选择等问题与精密磨削和超硬磨料砂轮磨削有关问题类同。

超精密磨削的磨削用量。

六、超硬磨料砂轮磨削

超硬磨料砂轮磨削主要是指用金刚石砂轮和立方氮化硼砂轮加工硬质合金、陶瓷、玻璃、半导体材料及石材等高硬度、高脆性材料。其突出特点为： ① 磨削能力强，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及实现加工自动化。② 磨削力小，磨削温度低，加工表面质量好，无烧伤、裂纹和组织变化。③ 磨削效率高。④ 加工成本低。

1．超硬磨料砂轮磨削工艺

⑴ 磨削用量 ⑵ 磨削液：要求磨削液有良好的润滑性、冷却性、清洗性和渗透性。

2．超硬磨料砂轮修整

修整是整形和修锐的总称。

整形是使砂轮具有—定精度要求的几何形状； 修锐是去除磨粒间的结合剂，使磨粒突出结合剂一定高度，形成良好的切削刃和足够的容屑空间。

超硬磨料砂轮修整的方法：① 车削法；② 磨削法；③ 滚压挤轧法；④ 喷射法；⑤ 电加工法；⑥ 超声波振动修整法。

第二节

精密研磨与抛光

一、研磨加工机理

精密研磨属于游离磨粒切削加工，是在刚性研具上注入磨料，在—定压力下，通过研具与工件的相对运动，借助磨粒的微切削作用，除去微量的工件材料，以达到高级几何精度和优良表面粗糙度的加工方法。

1．硬脆材料的研磨

硬脆材料研磨的加工模型如图所示。

研磨磨粒为1μm的氧化铝和碳化硅等。

2．金属材料的研磨

金属材料研磨相当于普通切削和磨削的切削深度极小时的状态。

二、抛光加工机理

抛光是指用低速旋转的软质弹性或粘弹性材料抛光盘，或高速旋转的低弹性材料抛光盘，加抛光剂，具有一定研磨性质地获得光滑表面的加工方法。

抛光使用的磨粒是1μm以下的微细磨粒。

抛光加工模型如图3-9所示。

抛光加工是磨粒的微小塑性切削作用和加工液的化学性溶析作用的结合。

三、精密研磨、抛光的主要工艺因素

精密研磨抛光的主要工艺因素如表3-5所示。

在一定的范围内，增加研磨压力可提高研磨效率。

超精密研磨对研磨运动轨迹有以下基本要求： ① 工件相对研磨盘作平面平行运动，使工件上各点具有相同或相近的研磨行程。

② 工件上任一点不出现运动轨迹的周期性重复。

③ 避免曲率过大的运动转角，保证研磨运动平稳。

④ 保证工件走遍整个研磨盘表面，以使研磨盘磨损均匀，进而保证工件表面的平面度。

⑤ 及时变换工件的运动方向，以减小表面粗糙度值并保证表面均匀一致。

四、研磨盘与抛光盘

1．研磨盘

研磨盘是涂敷或嵌入磨料的载体。

研磨对研磨盘加工面的几何精度要求很高。

研磨盘材料硬度要低于工件材料硬度，且组织均匀致密、无杂质、无异物、无裂纹和无缺陷，并有一定的磨料嵌入性和浸含性。

常用的研磨盘材料有铸铁、黄铜、玻璃等。

研磨盘的结构要具有良好的刚性、精度保持性、耐磨性、排屑性和散热性。为了获得良好的研磨表面，常在研磨盘面上开槽。开槽的目的为：

① 存储多余的磨粒；

② 作为向工件供给磨粒的通道；

③ 作为及时排屑的通道。

固着磨料研磨盘是一种适用于陶瓷、硅片、水晶等脆性材料精密研磨的研具，具有表面精度保持性好、研磨效率高的优点。

2．抛光盘

抛光盘平面精度及其精度保持性是实现高精度平面抛光的关键。

五、研磨剂与抛光剂

对研磨用磨粒的基本要求： ① 形状、尺寸均匀一致；

② 能适当地破碎，以使切削刃锋利； ③ 熔点高于工件熔点； ④ 在研磨液中容易分散。

对于抛光粉用磨粒，除上述要求外，还要考虑与工件材料作用的化学活性。

研磨抛光加工液主要作用是冷却、润滑、均布研磨盘表面磨粒及排屑。对研磨抛光液的要求： ① 有效地散热，以防止研磨盘和工件热变形； ② 粘附低，以保证磨料的流动性； ③ 不污染工件；

④ 物理、化学性能稳定，不分解变质； ⑤ 能较好地分散磨粒。

六、非接触抛光

非接触抛光是指在抛光中工件与抛光盘互不接触，依靠抛光剂冲击工件表面，以获得加工表面完美结晶性和精确形状的抛光方法，其去除量仅为几个到十几个原子级。

1．弹性发射加工

弹性发射加工是指加工时研具与工件互不接触，通过微粒子冲击工件表面，对物质的原子结合产生弹性破坏，以原子级的加工单位去除工件材料，从而获得无损伤的加工表面。

弹性发射加工原理

弹性发射加工方法如图所示

对加工头和工作台实施数控，可实现曲面加工。EEM的数控加工装置如图3-11所示。

2．浮动抛光

浮动抛光装置如图所示 抛光机理

超精密抛光盘的制作是实现浮动抛光加工的关键。

3．动压浮离抛光 动压浮离抛光平面非接触抛光装置如图所示

工作原理

加工过程中无摩擦热和工具磨损，标准平面不会变化

该方法主要用于半导体基片和各种功能陶瓷材料及光学玻璃平晶的抛光，可同时进行多片加工。4．非接触化学抛光

通过向抛光盘面供给化学抛光液，使其与被加工面作相对滑动，用抛光盘面来去除被加工件面上产生的化学反应生成物。这种以化学腐蚀作用为主，机械作用为辅的加工，又称为化学机械抛光。水面滑行抛光借助于流体压力使工件基片从抛光盘面上浮起，利用具有腐蚀作用的液体作加工液完成抛光。

5．切断、开槽及端面抛光 采用非接触端面抛光可实现对沟槽的壁面、垂直柱状轴断面进行镜面加工。

端面非接触镜面抛光装置示意图如图所示。

该方法可用于直径0.1mm左右的光导纤维线路零件的端面镜面抛光以及精密元件的切断。

第五篇：精密电火花加工机的共性技术

精密电火花加工机的共性技术

标签：精密电火花机|电火花加工

鼎亿精密电火花机厂家为您解说精密精密电火花加工机的共性技术

1、自动化技术

如今国内人力资源丰富，自动化似乎是一种奢侈和浪费。但对于模具工业，由于熟练操作工的缺乏，能省人工还是很重要的。只要稍稍注意一下，类似信息很多。例如日本牧野公司推荐用一台CNC工件和电极机外预调单元，一台EDM CIM小型数据处理中心和一台配置10个可交换工作台的EDGE2电火花成形机来代替三台独立运行的EDGE2，人力成本可减少1/3，此外资金投入亦可降低18%，何乐而不为呢？

2、智能技术

电火花加工从一开始就采用伺服进给，有一定的自动化。从上世纪70年代末开始引入数控技术，机床能按编程自动定位，手动加工。但电火花加工工艺复杂，随机事件多，按既定方针是无法处理的。例如加工间隙内电蚀产物的堆积、集中放电、甚至起弧等，都要靠有经验的技师不断观察、判断，试探着调整，排除故障，优化加工参数，才能安全高效，实在是不容易。这就出现了早期的智能技术---适应控制。今天智能化已成为电火花加工机床的核心技术，先进程度的标志，已渗透到每一个部件中。这种人工智能体现在能根据加工要求，按应用分类，配以相应稳定可靠的支撑硬件，以及在实验室和生产验证中生成的工艺数据库和计算方法软件，这样一个完整的体系才称之为专家系统。

3、网络技术

中国即将进入WTO，模具工业和世界接轨势在必行，所以机床的网络技术(对品牌机这是常规功能)我们不要忽视了。例如东莞鼎亿的机床可以网络遥控完成机床上除了开机外所有的事，网上数据交换、培训、咨询、维修保养服务。用户只要增加一点点投资，开通联网功能，他带来的好处是长远的，非常可观的。

4、工艺诀窍

商品价格中创新(各种专利)和软件所占比重明显加大。例如一台HP4喷油嘴专用小孔机，重不过500kg，装置一眼就能看清楚，开价高达50万美元，理由是它提供整套加工诀窍，能满足最严格的小孔加工精度要求，CP值在2以上。过去买东西看得见摸得着，沉甸甸的一大堆，心里比较踏实，如今最值钱的可能就是几张轻飘飘的盘。但这是按照“交钥匙”协议，一旦安装，立刻能投入正常生产，无需用户调试和任何技术投入，这就是知识经济带来的好处。