众所周知，任何组件在应用中的成功实施都取决于其质量。质量是衡量加工方法所能达到的精度的标准。本文将介绍一些重要且常见的制造加工方法，这些方法能够实现组件尺寸的超高精度。那么，让我们来了解一下“超高精度”的含义：
什么是超精密加工
超精密指的是加工方法所能达到的最高精度。您知道制造过程中最难达到的公差是多少吗？让我们深入探讨一下：
定义和主要特点
您可以将超精密加工定义为实现微米级和纳米级公差的最精确工具。因为在此过程中，需要使用非常先进的机器和训练有素的操作员。以下是您可以考虑的一些重要关键特征：
你可以实现极其严格的公差
出色的表面光洁度
复杂零件可以轻松制造
先进的设备与环境
它与传统精密加工有何不同
如果要说传统加工和超精密加工之间的主要区别是什么，那就是物理接触和操作类型。其他区别请参见下表：
方面
先进的精密加工
传统加工
平台精度
亚微米/纳米（≤1µm）
微米级（±5-50µm）
技术
激光、电火花、超声波、混合
数控铣削、车削、磨削
材料
外来材料（陶瓷、复合材料）
金属、塑料、标准合金
扩展
微/纳米（MEMS、光学）
宏观（汽车零部件、模具）
成本
高（专业、缓慢）
较低（快速、高容量）
典型公差和表面光洁度范围
以下是典型公差与表面光洁度的表格：
流程
公差（微米）
表面光洁度（Ra，nm）
光学
半导体
医疗行业
向上转弯
±1 - ±5
10 - 50
透镜、镜子
晶圆支架
植入物、手术器械
研磨
±0.5 - ±2
5 - 20
棱镜、模具
硅片
牙修复体
金刚石切割
±0.1 - ±0.5
1 - 10
红外光学元件、激光元件
微机电系统器件
微针、支架
超精密加工的核心制造工艺
如果你还在纠结该用哪种方法处理你的素材，那么本节正适合你。那么，我们开始吧：
微铣削和微车削
您会惊讶于如何在非常小的部件（例如手表螺丝或微流体等）中实现微观级的公差。
专栏
微铣削
微车削
流程
旋转工具切割材料。
旋转工件，固定刀具切削。
平台精度
±1-5 微米
±0.5-3 微米
工具尺寸
10-500 µm 立铣刀。
10-200 µm 金刚石工具。
材料
金属、聚合物、陶瓷。
金属、塑料。
应用
微流体通道，手表齿轮。
观察螺丝、微流体喷嘴。
表面处理
镭 0.05-0.5 微米。
镭 0.02-0.3 微米。
超精密研磨和抛光
在冶金学中，通常需要镜面状的表面来在SEM等仪器中观察晶界，尽管我们不能称之为超精密加工。如前所述，超精密加工（磨削和抛光）仅仅意味着使用最精密的工具来实现纳米级的公差。在以下领域，您将需要如此高的公差：
光学
望远镜镜头
半导体
精度与表面光洁度 精密加工
让我们解释一下精度和表面光洁度是如何直接联系在一起的。精度越高，表面光洁度也就越高。这种高度光滑的表面光洁度可以降低磨损和疲劳失效的可能性，从而提高组件的可靠性。
单点金刚石车削
如果您想知道超精密加工中最先进的工具，那就是“单点金刚石车削”。
最先进的制造工具，助您实现纳米级表面光洁度。该工具由单点金刚石刀具组成，可实现纳米级精度，适用于红外非球面、球面光学等应用。
微精密激光加工
当应用需要微型部件的微米级精度时，建议使用此加工方法。此方法使用激光去除材料。
超精密加工的材料选择
这里讨论了一些与材料选择相关的关键因素：
重大影响因素
材料选择是您最值得信赖的因素。超精密加工的材料选择方法如下：
硬度和强度
首先，也是最重要的一点，你应该检查材料的硬度和强度，因为这些因素会影响材料的可加工性。例如，淬火状态下的高碳钢非常硬且脆，因此不适合超精密加工。
热行为
检查热性能非常重要，因为加工工件会产生大量热量。如果热量在加工过程中没有被排出或积聚在工件内部，则会严重影响材料的完整性。
可加工性和加工硬化
检查该材料是否可加工，正如前文所述，高碳钢的可加工性非常差。FCC 金属（例如镍）会出现加工硬化现象，这会对加工方法产生负面影响，因为加工该部件需要很大的切削力。这会缩短刀具的使用寿命。
脆性和延性状态
如果您的工件是脆性材料，例如铸铁，那么使用超精密加工将非常困难。即使是普通的精密加工也很难加工。（如果您打算进行此类项目，但不确定使用哪种材料，请联系 拓发精密机械加工 一站式解决方案！因为这类材料在加工过程中可能会发生灾难性的失效。铝等延展性材料很容易加工，因为它会发生塑性变形。
超精密加工中的常见合金
让我们让您熟悉一些用于超精密制造的常见合金：
6061-T6 和 6063-T6
您可以根据具体应用选择这两种铝合金。如果您注重更高的屈服强度和硬度，则在超精密加工中可选择 6061-T6 合金。如果您追求更高的加工性能、卓越的表面光洁度和优异的耐腐蚀性，则可选择 6063-T6 合金。
无氧高碳铜 (C10100/C10200)
为什么我们使用 OFHC 铜牌号进行超精密加工？因为：
OFHC 表示无氧高导电性
卓越的导电性
更高的延展性和成形性
不锈钢和工具钢
由于其在强度、可加工性和耐腐蚀性之间具有非常好的平衡，因此在各种应用中都被大量使用，是一种非常常见的材料。
工程聚合物
工程聚合物因其生物相容性和成本效益，在医疗行业应用广泛。例如，PEEK 可通过超精密加工技术制造膝关节植入物原型。
定制解决方案的材料选择
在选择超精密加工材料之前，需要考虑以下参数：
可加工性
热导率
硬度
强度
最终，应用程序
不适合超精密加工的材料
让我们简单讨论一下不能用于超精密加工的材料：
灰铸铁
众所周知，灰铸铁含有2.5％-4％的C，这使其非常硬且脆，这就是它不能用于超精密加工的原因。
烧结粉末金属
不应选择这种材料进行超精密加工的主要原因是烧结会导致产品收缩，从而导致尺寸略有变化。
超精密加工工具和设备
您需要非常先进的工具和设备来实现微米或纳米级的严格公差。以下是一些常用的工具和设备，通常用于实现组件的超精密加工。
数控车床和铣床
您可以在下表中看到超精密加工方面的一些重要差异：
专栏
数控车床
数控铣床
主要运动
旋转工件（X、Z轴）
旋转工具（X、Y、Z 轴）
精准对焦
高度径向对称性
高表面平整度/轮廓
最适合
圆柱形零件
复杂的 3D 几何形状
工具啮合
单点切割
多点切割
高精度切削刀具和涂层
对于超精密加工，应使用这些工具和涂层以获得更好的响应：
工具必须具有良好的热稳定性
使用具有纳米级边缘锋利度的工具
为了延长使用寿命，请使用 TiAlN 等先进涂层
夹具和工件夹持
众所周知，加工过程中工作速度很快，会产生高温和振动。为了解决这些问题，请考虑以下因素：
固定装置必须是刚性的，即不会偏转
尽可能最低的热膨胀
减震能力
工件无应力夹紧
提高超精密加工质量的技巧
在数控超精密加工过程中，刀具高速运转时，您可能会遇到各种问题。在加工过程中，由于各种问题，不同的因素会影响零件的质量，但您可以遵循以下规则来改进：
如何减少刀具磨损
这在数控加工中很常见。当刀具高速运转，或工件坚硬部分接触到刀具时，这些因素会导致刀具磨损，最终影响精度。您可以通过优化加工参数（例如速度、进给率等）来控制此问题。
如何避免变形
加工过程中，如果没有设置合适的热胀冷缩环境，工件会因该区域积聚的热量而变形。为避免变形，请采用以下解决方案：
适当的夹紧
温度偏差
切削力管理
减震技术
如何保持严格的公差
在批量生产中，保持0.01毫米的严格公差并非易事。您必须配备先进的机器、训练有素的操作员，以及CAM等软件，最后还要配备检测技术。
超精密加工的优势
你已经学习了很多关于超精密加工的知识。以下是它的优势：
卓越的精度和可重复性
超精密加工确保批量生产中零件精度的重复性。近乎完美的零件加工是提高零件寿命和成功应用的保证。
适合复杂形状的零件
使用超精密加工可以轻松制造形状复杂的部件。例如，飞机的燃烧室就可以轻松通过超精密加工制造。
表面完整性和性能
卓越的表面光洁度可确保表面完整性，并最终提升相应部件的性能。您将能够防止磨损和疲劳失效。
超精密加工的应用
在本节中，我们将为您提供超精密加工的一些实际应用：
航空航天零部件
您知道哪个行业制定的安全标准最难满足吗？答案是航空航天业。除非使用超精密加工技术，否则无法制造公差达到 0.005 毫米或 0.001 毫米的零部件。以下是一些常见的零部件：
涡轮叶片
喷油器
燃烧室
光学和光子系统
让我们为您提供超精密加工在光学和光子系统中的一些应用：
光波导
自由曲面光学
微阵列透镜
聚合物基光学棱镜和反射镜
它是超精密加工方面最常见的行业。
医疗器械和手术器械
超精密加工在医疗行业有着广泛的应用，例如：
骨科植入物，包括髋关节和膝关节置换术
牙科工具
假肢
诊断设备
精密加工和定制解决方案
让我们看看精密加工和定制解决方案：
DFM 协同设计
有时，在制造过程中，为了提高组件的功能性或提高加工成本效益，需要紧急对设计进行一些更改。这种在制造过程中对组件设计的变更称为“可制造性设计 (DFM) 协同设计”。
定制数控加工工艺
这意味着您可以根据生产效率和功能要求自由选择特定操作或同时选择多个操作。
这些加工工艺包括：
粗铣或车削
半精加工
精加工
抛光等
其他原因可能是材料、所需的表面光洁度或精度。
定制夹具和基准
您应该知道，在超精密加工中，即使是夹具产生的应力也会影响微观公差控制。因此，夹具和基准面都是经过定制设计的，以确保在加工过程中不会在工件内部产生应力。
在线计量
在制造过程完成后检查组件的时代已经一去不复返了。如今，先进的制造系统配备了在线检测功能，该功能也称为在线计量。智能探头或激光器可以在加工过程中持续检测工件中的任何错误。
原型到生产路径
您以为从原型到多部件量产是一个简单的过程吗？其实不然。独特的原型设计可以促进夹具、基准、夹紧装置、刀具路径优化等的定制设计。
如何选择合适的超精密加工合作伙伴
告诉您，您无法独自完成超精密加工。您需要一个合作伙伴来协助您应对超精密加工过程中的挑战。
成熟的材料和零件经验
在选择超精密加工合作伙伴时，您应该分析以下几点：
此类材料的记录
有关材料特定问题的知识
具有类似组件的经验
质量体系和认证
根据您的申请检查认证（ISO 9001、AS9100、ISO 1345）
工具和设备的校准记录
致力于环境控制
从原型到生产的能力
如何找到最佳的UPM供应商？如果他能够从研发到生产无缝衔接，那么他就是最好的UPM供应商。这种能力包括：
原型设计专家
灵活的夹具和加工
流程优化技能
经过验证的长期生产稳定性
结语
如果您的工件将用于航空航天或光学应用，超精密加工至关重要。您需要非常先进的刀具和设备来实现微米级和纳米级的公差。您是否还在为超精密加工的选址而苦恼？TUOFA 可以为您提供服务。我们拥有最先进的刀具、设备和专业的机床操作员。我们以极具成本效益的价格和快速的交货期为您提供微米级和纳米级的精度尺寸。
超精密加工常见问题解答
什么是超精密磨削？
用于实现表面光洁度微米级和纳米级公差的工艺称为超精密磨削。
最精密的加工方法是什么？
数控加工
光刻
超精密加工适合大批量生产吗？
主要不是因为超精密加工速度相对较慢，周期较长，不适合大规模生产。
超精密加工是如何达到如此高的精度的？
这就是超精密加工实现如此高精度的原因：
工具设计
工具涂层
环境和过程控制等