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第1章 精密超精密加工技术的发展与展望 1

1.1 超精密加工技术的概念与内涵 1

1.1.1 概述 1

1.1.2 超精密加工技术的研究范围 3

1.2 超精密加工技术的发展历史 5

1.2.1 超精密加工技术的三种方式 5

1.2.2 现代超精密加工技术的发展现状 7

1.3 超精密加工技术发挥的作用 15

1.3.1 促进现代基础科学和应用基础科学的发展 15

1.3.2 是现代高新技术产业发展的基础 17

1.3.3 是现代武器装备的重要技术支撑 18

1.3.4 是衡量一个国家制造水平高低的重要标志 21

1.3.5 与智能制造技术相互促进 22

1.4 精密超精密加工技术的发展趋势 22

1.4.1 超精密加工技术基础理论和试验研究将进一步发展 22

1.4.2 被加工材料和工艺方法在不断扩展 23

1.4.3 微结构功能表面的超精密加工技术正在兴起 24

1.4.4 超精密加工技术开始追求高效 25

1.4.5 超精密加工技术将向极致方向发展 26

1.4.6 超精密加工技术将向超精密制造技术发展 27

第2章 超精密基础元部件 29

2.1 空气静压重力平衡气缸 29

2.1.1 概述 29

2.1.2 气体静压平衡气缸技术应用分析 30

2.1.3 空气静压润滑气缸的技术实施方案 30

2.1.4 空气静压润滑气缸特性试验验证 31

2.2 套装空气静压轴承行星运动机构 32

2.2.1 套装空气静压轴承行星运动机构在超精密机床中的应用背景 32

2.2.2 套装空气静压轴承行星运动机构应用分析 32

2.2.3 套装空气静压轴承行星运动机构实施方案 33

2.2.4 套装空气静压轴承行星运动机构运动精度试验验证 34

2.3 超精密位置伺服控制主轴C轴及B轴 35

2.3.1 背景 35

2.3.2 超精密车床C轴的特点及设计 35

2.3.3 超精密位置伺服控制主轴B轴 37

2.4 基于直线电机驱动的液体静压导轨及附件 41

2.4.1 概述 41

2.4.2 小流量流体液体静压导轨的设计 43

2.4.3 基于伺服控制的液压供油系统 46

2.5 高同轴度孔加工气浮镗杆 48

2.5.1 研究背景 48

2.5.2 高同轴度孔加工技术实施方案 48

2.6 高位置度端面加工用气浮镗杆 50

2.6.1 结构设计 51

2.6.2 内孔及端面加工工艺 52

2.7 基于空气静压轴承的微量进给系统 54

2.7.1 基本原理 54

2.7.2 空气静压轴承微量进给系统应用实例 57

2.8 带有微调机构的超精密分度转台 59

2.8.1 精密分度台的典型结构 59

2.8.2 微调机构的设计与计算 62

2.9 端齿分度台 64

2.9.1 概述 64

2.9.2 端齿盘的种类及基本结构 66

2.9.3 端齿盘的加工 69

第3章 典型超精密加工设备的发展及关键技术 73

3.1 概述 73

3.1.1 先进超精密加工机床的特点 73

3.1.2 先进超精密机床领域发展趋势 74

3.1.3 超精密机床国内外的差距及发展策略 75

3.2 超精密加工设备研制关键技术 78

3.2.1 超精密加工设备设计基本原则 78

3.2.2 超精密加工机床研发中的关键技术 79

3.3 多轴超精密切削加工设备 81

3.3.1 多轴超精密切削加工设备的总体设计及布局 81

3.3.2 各部件结构特点 83

3.4 模辊超精密加工机床 90

3.4.1 国外模辊超精密加工机床结构特点 90

3.4.2 大尺寸微结构模辊超精密加工机床研制关键部件 94

3.5 微结构特征超精密研抛加工机床 100

3.5.1 微结构特征及微小零件超精密加工设备的发展 100

3.5.2 典型薄壁微结构特征件的工艺分析 103

3.5.3 超精密研抛复合加工设备研发的关键技术 105

3.6 圆弧刃金刚石刀具刃磨机 112

3.6.1 概述 112

3.6.2 圆弧刃单晶金刚石刀具刃磨机关键技术 113

第4章 超精密加工新工艺 120

4.1 概述 120

4.2 可控柔性光学加工技术 121

4.2.1 可控柔性光学加工技术的特点 121

4.2.2 小磨具数控抛光加工技术 122

4.2.3 磁流变抛光技术 125

4.2.4 应力盘抛光技术 129

4.2.5 进动式气囊抛光技术 134

4.3 大气等离子体超精密加工技术 142

4.3.1 大气等离子体加工原理 143

4.3.2 电感耦合等离子体加工技术 145

4.3.3 电容耦合等离子体加工技术 163

4.3.4 微波等离子体加工技术 170

4.4 快速刀具伺服切削加工技术 180

4.4.1 快速刀具伺服加工技术原理 180

4.4.2 伺服刀架设计 182

4.4.3 快刀伺服系统特性测试 183

4.4.4 微结构阵列超精密车削加工技术快刀伺服系统加工实例 184

4.5 慢拖板伺服车削加工技术 188

4.5.1 概述 188

4.5.2 慢拖板伺服车削机床加工能力分析 189

4.5.3 刀具几何参数选择 190

4.5.4 刀具路径生成 192

4.5.5 空行程的处理 194

4.5.6 插补和数控程序生成 195

第5章 特殊材料及复杂形状零件的超精密加工技术 196

5.1 黑色金属超精密切削技术 196

5.1.1 黑色金属超精密切削加工时单晶金刚石刀具的磨损机理 196

5.1.2 减少金刚石刀具磨损的方法 197

5.1.3 典型表面改性模具钢材料超精密切削加工工艺 201

5.1.4 超声振动辅助金刚石切削 205

5.2 KDP晶体单点金刚石超精密切削加工 209

5.2.1 KDP晶体加工现状 209

5.2.2 影响KDP晶体加工表面质量的主要因素 211

5.3 镍磷合金超精密切削工艺 213

5.3.1 非电解镍磷合金材料特性 213

5.3.2 镍磷合金超精密切削刀具磨损 214

5.3.3 镍磷合金中磷含量对超精密切削性能的影响 217

5.4 光学自由曲面的超精密加工技术 220

5.4.1 光学自由曲面的应用 220

5.4.2 光学自由曲面超精密加工技术 225

5.4.3 光学自由曲面的超精密检测技术简介 229

第6章 微结构特征的超精密加工技术 235

6.1 微结构功能表面的概念及应用 235

6.1.1 概述 235

6.1.2 微结构功能表面的应用 237

6.2 微结构特征的典型加工工艺 241

6.2.1 传统MEMS工艺技术 242

6.2.2 特种加工工艺技术 242

6.2.3 精密超精密机械加工技术 244

6.2.4 低成本大尺寸微结构功能表面的制备 248

6.3 单晶金刚石微型刀具设计及制造技术 249

6.3.1 概述 249

6.3.2 微型单晶金刚石刀具的设计基础研究 252

6.3.3 微型单晶金刚石刀具的工艺流程设计 254

6.3.4 微型单晶金刚石刀具刃磨的力学分析 257

6.3.5 微型单晶金刚石刀具刃磨工艺 260

6.3.6 聚焦离子束加工单晶金刚石刀具 263

6.4 微结构特征的超精密机械加工方法及工艺 266

6.4.1 非回转对称微结构表面超精密车削加工关键技术 266

6.4.2 典型微结构特征超精密车削加工工艺试验 272

6.4.3 微结构特征的超精密磨削加工 276

6.4.4 微结构特征飞秒激光精细加工 283

6.4.5 挠性结构件微沟槽高质量表面研抛工艺 288

6.4.6 超疏水微结构表面的设计与超精密加工 293

第7章 航空典型零件的精密加工技术 297

7.1 叶片进排气边智能精密磨削及检测技术 297

7.1.1 概述 297

7.1.2 叶片进排气边磨削及加工技术发展现状 299

7.1.3 叶片进排气边智能加工检测一体化关键技术 302

7.2 发动机燃油喷嘴组件的精密制造与测试技术 305

7.2.1 概述 305

7.2.2 喷嘴精密加工及检测技术国内外发展现状 306

7.2.3 喷嘴精密加工及检测关键技术 308

7.3 薄壁类零件精密加工技术 315

7.3.1 概述 315

7.3.2 机载设备典型薄壁件的精密加工工艺方案 317

7.3.3 薄壁零件装夹变形仿真与装夹优化技术 319

7.3.4 薄壁零件加工变形预测与仿真技术 322

7.3.5 薄壁零件主动补偿技术 325

7.4 航空复杂壳体类零件精密加工技术 329

7.4.1 复杂壳体类零件的特点及加工难点 330

7.4.2 复杂壳体类零件精密加工工艺解决方案 331

7.5 微波铁氧体器件的精密加工技术 345

7.5.1 概述 345

7.5.2 铁氧体材料的研究现状 346

7.5.3 铁氧体材料精密高效磨削 348

7.5.4 铁氧体材料固结磨料精密研抛技术 353

第8章 精密光学扫描坐标测量技术 356

8.1 坐标测量技术的发展 356

8.1.1 我国坐标测量技术的发展历史及现状 356

8.1.2 传统三坐标测量机的局限性 358

8.1.3 光学扫描坐标测量机的特点 359

8.1.4 国内外光学坐标测量技术概况 360

8.2 光学扫描坐标测量技术研究及应用 364

8.2.1 光学坐标测量的关键技术 364

8.2.2 坐标测量中测头传感器的发展 367

8.2.3 光学精密坐标测量技术在航空零部件制造中的应用 370

8.3 叶片类复杂曲面零件光学扫描坐标测量技术 372

8.3.1 发动机叶片多轴光学扫描坐标测量机总体方案 372

8.3.2 光学测头空间位置标定技术 373

8.3.3 激光扫描测头与白光扫描测头的比较 373

8.3.4 多轴测量系统静态、动态误差分析与补偿 374

8.3.5 高精度转台技术 375

8.3.6 多轴坐标测量机电控与软件系统 375

8.4 光学扫描坐标测量系统误差分析 376

8.4.1 三坐标测量机的21项误差分析 377

8.4.2 多轴坐标测量中转台误差分析 378

8.4.3 四轴测量过程中的测量误差 380

8.4.4 光学测头光束方向标定误差分析 381

8.5 光学测头光束方向的标定方法与试验 382

8.5.1 现有标定方法简介 382

8.5.2 七点标定法理论研究 384

8.5.3 七点标定法试验研究 389

8.5.4 七点标定法的误差分析 392

8.5.5 单一角度测量试验 393

8.6 光学测头的角度特性和粗糙度特性试验研究 394

8.6.1 光学测头角度特性试验 395

8.6.2 光学测头粗糙度特性测试试验 397

8.6.3 光斑区域平均中点匹配算法 400

8.6.4 光斑区域平均中点匹配试验 402

8.7 多坐标系测量数据拼接方法与试验研究 404

8.7.1 多测头角度测量的数据拼接与坐标变换 404

8.7.2 多测头角度数据拼接测量试验 406

8.7.3 转台旋转数据拼接 407

8.7.4 转台旋转数据拼接测量试验分析 408

第9章 精密超精密加工技术在抗疲劳制造技术中的应用 409

9.1 引言 409

9.2 抗疲劳制造技术基本概念 411

9.2.1 制造技术发展的三个阶段 411

9.2.2 抗疲劳制造技术发展概况 418

9.2.3 抗疲劳制造的关键技术 419

9.3 航空构件超高强度钢表面完整性磨削工艺试验 420

9.3.1 超高强度钢磨削加工热力耦合作用对表面完整性的影响 420

9.3.2 M50 NiL超高强度钢表面完整性磨削工艺试验 422

9.4 表面强化新工艺 427

9.4.1 表层改性的方法 428

9.4.2 超声振动复合强化工艺 429

9.4.3 超声振动强化工艺在抗疲劳制造中的应用 431

9.5 轴承滚动体接触疲劳测试试验设备 433

9.5.1 概述 433

9.5.2 试验机原理及总体技术方案 434

9.5.3 滚动接触疲劳试验机关键技术 437

参考文献 443