先进技术制造-第2章.ppt

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先进技术制造-第2章

  长春光学精密机器研究所研制出了φ3?mm的压电电动机、电磁电动机、微测试仪器和微操作系统。上海冶金研究所研制出了直径为400?μm的多晶硅齿轮、气动涡轮、微静电电动机和压电电动机。清华大学开展并研制出了微电动机、多晶硅梁结构、微泵与阀。上海交通大学研制出了φ2?mm的电磁电动机。南开大学开展了微型机器人的控制技术的研究等。   我国高校和研究所对多种微型机械加工的方法都开展了相应的研究,已奠定了一定的加工基础,能进行硅平面加工和体硅加工、LIGA加工、准LIGA加工、微细电火花加工及立体光刻造型等。   3.微型机械加工技术的发展趋势   微型机械加工技术的发展刚刚经历了十几年,在加工技术不断发展的同时发展了一批微小器件和系统,显示了巨大的生命力。作为大批量生产的微型机械产品,将以其价格低廉和优良性能而赢得市场,在生物工程、化学、微分析、光学、国防、航天、工业控制、医疗、通信及信息处理、农业和家庭服务等领域有着潜在的巨大应用前景。当前,作为大批量生产的微型机械产品如微型压力传感器、微细加速度计和喷墨打印头已经占领了巨大市场。目前市场上以流体调节与控制的微机电系统为主,其次为压力传感器和惯性传感器。1995年,全球微型机械的销售额为15亿美元,到2002年,相关产品值约达到400亿美元。显然,微型机械及其加工技术有着巨大的市场和经济效益。   微型机械是一门交叉科学,和它相关的每一技术的发展都会促使微型机械的发展。随着微电子学、材料学、信息学等的不断发展,微型机械具备了更好的发展基础,加上巨大的应用前景和经济效益以及政府、企业的重视,微型机械发展必将有更大的飞跃,新原理、新功能、新结构体系的微传感器、微执行器和系统将不断出现,并可嵌入大的机械设备,提高自动化和智能化水平。   微型机械加工技术作为微型机械的最关键技术,对其有着更高要求,它也必将有一个大的发展。硅加工、LIGA加工和准LIGA加工向着制作更复杂、更高深宽比、适合各种要求的材料特性和表面特性的微结构以及结合制作不同材料特别是功能材料微结构、更易于与电路集成的方向发展,多种加工技术结合也是其重要方向。微型机械在设计方面正向着进行结构和工艺设计的同时实现器件和系统的特性分析和评价的设计系统的实现方向发展,并引入虚拟现实技术。 2.6.3 微型机械加工技术的应用   微型机械在精密仪器、医疗卫生、生物工程,特别在空间狭小、操作精度高、功能高度集成的航空航天机载设备领域有着巨大的应用潜力。   随着微静电微电机在美国问世,微型机械研究出现了高潮,各种微传感器、微控制器等相继问世,并且各种机构趋于集成,逐渐形成功能较为完备的微机电系统,而整个系统的尺寸可以缩小到几毫米乃至几十微米。   超精密磨削加工中,在采用粗粒度及细粒度砂轮时,砂轮速度vs为12~20?m/s,工件速度vw为4~10?m/min,工作台纵进给fa为50~100?mm/min,磨削余量为0.002~0.005?mm,砂轮每转修整导程为0.02~0.03?m/r,修正横进给次数为2~3次,无火花磨削次数为4~6次。现代超精密磨削已采用超硬磨料砂轮,如采用CBN砂轮时,vs一般为60?m/s以上,vw为5?m/min以上,修整进给量为0.03?mm/r,表面粗糙度Ra达0.1~0.5?μm。   超硬材料微粉砂轮超精密磨削技术已成为一种更先进的超精密砂轮磨削技术,国内外对其已有一些研究,主要用于加工难加工材料,其精度可达0.025?mm的水平。该技术的关键是:微粉砂轮制备技术及修整技术、多磨粒磨削模型的建立和磨削过程分析的计算机仿真技术等。   2) 超精密砂带磨削技术   随着砂带制作质量的迅速提高,砂带上砂粒的等高性和微刃性也愈来愈好,并采用带有一定弹性的接触轮材料,使砂带磨削具有磨削、研磨和抛光的多重作用,从而可以达到高精度和低表面粗糙度值。用超声波砂带精密磨削加工硬盘基体时使用聚脂薄膜砂带,切削速度为35?m/min:利用滚花表面接触辊,其加工表面粗糙度为Ra 0.043?μm,平均加工时间为125?min;利用光滑表面接触辊,得到Ra 0.073?μm,平均加工时间为20?min。   3) ELID(电解在线修整)超精密镜面磨削技术   目前,新材料特别是硬脆材料等难加工材料大量涌现,对这些材料尽管存在多种加工方法,但最实用的加工方法仍是金刚石砂轮进行粗磨、精磨以及研磨和抛光等。为了实现优质、高效、低耗的超精密加工,20世纪80年代末期,日本东京大学中川威雄教授创造性地提出采用铸铁纤维剂作为金刚石砂轮的结合剂,可使砂轮寿命成倍提高;紧接着,日本理化研究所大森整等人完成了电解在线修整砂轮(ELID)的超精密镜面磨削技术的研究,成功地解决了金属结合剂超硬磨料砂轮的在线修锐问题。   

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