机床的分辨率是一纳米，最小指令也是一纳米

只看该作者 · 2008-11-28 19:41

目前超精密加工的精度情况如何？
    中川：机床的分辨率是一纳米，最小指令也是一纳米。实际定位精度基本是十个纳米左右。对制造的模具有两个要求，一个是形状精度，PV值(误差曲线的峰谷之间的距离)在100个纳米左右，另一个是表面光洁度，Ra(平均表面光洁度)要求在5纳米左右。
现在所采用的测量方式是什么？是用激光还是光栅？
    中川：我们目前采用的测量方法是接触式测量法，即使测量头和加工表面接触，然后通过扫描的方式检查工件的表面形状和光洁度。以前这种方法存在两个问题：第一个问题是测量力的问题，因为接触产生摩擦，摩擦产生力，力导致变形，进而影响精度，如何降低测量力並維持安定的測量是目前的一个主要问题；第二个问题是如何如何减小测量对象形状对测量的影响。目前，光学仪器的小型化发展，使光学镜片有效口径边缘处的切线角不断增大，导致面形变得陡峭。与平缓表面相比，实现其形状的高精度测量极其困难。针对以上两个问题我们开发出一个特殊的测头，安装在机床上，利用机床的XYZ三轴驱动测头，来完成超精密加工的测量。当然仅有测头还不够，测量过程中会产生很多数据，如何通过这些数据把处理目标（形状精度、光洁度等）求出来，这就需要相应的软件来实现。这也是很重要的一个环节。
    激光或光栅测量属于非接触式测量，之所以不用激光或光栅，主要是测量精度达不到，从球面镜来说，因为镜面有一定的厚度，对激光有影响，对于非球面镜而言，测量的处理比较麻烦，所以我们采用了接触式测量法来进行处理。

2万 · 2008-11-28 20:09

3万 · 2008-11-28 20:14

美国美国是最早研制开发超精密加工技术的国家。早在1962年，美国就开发出以单点金刚石车刀镜面切削铝合金和无氧铜的超精密半球车床，其主轴回转精度为0.125µm，加工直径为Ø100mm的半球，尺寸精度为±0.6µm，粗糙度为Ra0.025µm。1984年又研制成功大型光学金刚石车床，可加工重1350kg，Ø1625mm的大型零件，工件的圆度和平面度达0.025µm，表面粗糙度为Ra0.042µm。在该机床上采用多项新技术，如多光路激光测量反馈控制，用静电电容测微仪测量工件变形，32位机的CNC系统，用摩擦式驱动进给和热交换器控制温度等。

美国利用自己已有的成熟单元技术，只用两周的时间便组装成了一台小型的超精密加工车床(BODTM型)，用刀尖半径为5～10nm的单晶金刚石刀具，实现切削厚度为1nm(纳米)的加工。尽管如此，最近美国政府还是继续把微米级和纳米级的加工技术作为国家的关键技术之一，这足以说明美国对这一技术的重视。

英国英国是较早从事超精加工技术研究的国家之一。从1979年起，开发用于制造X射线望远镜的金属反射镜的立式超精密金刚石刀车床。要求反射镜的精度在30mm范围内的表面凹凸达到6nm以下，整个镜面的形状精度达1µm以下。该机床为保证超精加工，采用了许多新技术。例如采用封装合成花岗岩作为机床基础(总重48t)，永久磁铁型DC力矩马达驱动的X轴和Z轴，径向和轴向的回转精度为0.1µm，空气轴承支承的旋转工作台，分辨率为0.015µm的HP5501型激光干涉仪，由HP9826型计算机等构成的X轴、Z轴工件尺寸及形状精度的测量补偿系统，压电式刀具微进给装置，16位CNC控制系统等。英国在80年代初就已开始实施纳米计划，成立了纳米技术战略委员会。Cranfield理工学院是世界上第二个能制造出用于大型超精密加工机床的高刚度(2kN/µm)气浮精密轴承和主轴系统的单位。 www.stonebuy.com 中国石材网

日本日本的超精密加工技术的研究开发滞后于美国20年，但由于得到有关方面的重视和努力，发展较快。与美国不同，日本完全是出于民用工业的考虑来发展超精密加工技术的，从多棱体反射镜加工机床到磁头微细加工机床，磁盘端面车床，发展到非球面加工机床和短波X射线反射镜面加工机床。1986年日本已把纳米技术作为先进技术探索研究计划中的六大课题之一。日本推行了一个从1991年起，为期10年，投资250亿日元的研究开发微型机械的大型国家科研计划。在这个计划中，FANUC公司和电气通信大学合作研制的车床型超精密铣床，在世界上首次用切削方法实现了自由曲面的微细加工。这台铣床具有无摩擦伺服系统和用于微细加工的CAD/CAM 系统，最小数控分辨率为1nm。在对直径为1mm高度差为30µm的复杂曲面进行的微细铣削加工中，获得了Ra0.058µm的表面粗糙度。机床的主要性能：X、Z轴的最小分辨率为1nm，C、B轴的最小分辨率分别为0.0001°和0.00001°，当主轴的最大供气压力为6×106Pa时，回转速度为55000r/min。微细切削用刀具是一种单晶金刚石伪球头立铣刀。刀尖半径为0.01mm，半刀尖角为75°，刀尖圆弧中心与轴心线有0.1mm的偏移量。日本的超精加工机床生产厂家有十多家，产品大多采用0.01µm高分辨率的CNC系统和激光干涉仪测量，纳米级光刻已超过了美国，居世界领先地位。超精加工机床的加工精度已达亚微米级(0.1µm以下)，粗糙度达Ra0.01µm，最高水平的机床已用于制造超大规模集成电路，刻线宽度可达0.3µm。

德国、荷兰以及中国台湾的超精密加工机床，也都处于世界先进水平。如菲利普公司曾研制出Colath超精车床，最大加工直径Ø200mm，长度200mm，其加工形状精度为0.5µm，表面粗糙度Ra0.02µm。而德国主要研究超精密测量技术。

目前世界上超精密加工达到的最高技术水平如下：加工精度0.025µm，表面粗糙度Ra0.0045µm，即已进入了纳米级加工精度的时代。在测量技术方面，对小位移的测量：电容式测头分辨率可做到0.5nm(量程为15µm)和0.1nm(量程为5µm)，线性误差小于0.1%；光电子纤维光学测头的分辨率可到0.5nm(量程为30µm)，线性误差为5%；扫描隧道显微镜(STM)的分辨率可达0.01nm(量程20mm时)；X射线干涉仪的分辨率还做到0.003nm(量程200µm时)。对大长度尺寸的测量，外差式激光干涉仪的分辨率可做到1.25nm(量程±2.6m)；氦氖激光(实验室)的分辨率可做到0.01µm(量程为2mm)；莫尔条纹光学尺的分辨率可做到10nm(量程1m)，精度为1µm/m。对角度测量，莫尔条纹角度光学尺的分辨率可做到0.005"(360°范围)，精度0.1"，因此测量方面基本上满足了纳米级加工技术要求。

只看该作者 · 2008-11-28 21:12

只看该作者 · 2008-11-29 18:08

2万 · 2008-11-29 18:16

纳米级加工，如果再**DNA密码的话，把大象鼻子的那个DNA片断取代人体DNA相应的部份，便可以创造人象了...

2万 · 2008-11-29 18:27

物质的变化，其实是能量与信息的重组，打个非常严肃的比喻：大米变大便，物质结构发生了轻微变化，辞放了能量；稻禾吸收了阳光的能量，再把物质重组，变成大米。
因此，如果**了物质组成的信息密码，并且有足够的能量，便可以得到一切。
也许一万年以后，不在有农民了，在工厂里，利用一种安全的能量，用石头生产大米...

2万 · 2008-11-29 18:32

直接用排泄物制大米，结构比较接近，都是有机物...

1万 · 2008-11-29 19:57

4万 · 2008-11-29 20:33

在科幻系列片Star Trek的世界中，地球人类在第三次世界大战的核毁灭后发明了超光速引擎并因此招来了瓦肯人，瓦肯人访问了地球并用50年的时间将地球文明引领到“**”，在Star Trek版的“**”中，复制机可以说是整个文明的基础，工厂里不再使用任何机器设备，农业种植也只是少数追求“原汁原味”的人的一种“极端行为”，几乎所有的东西大到星舰结构件、小到人类日常生活所需的一切都是由复制机按程序用能量直接合成，垃圾、废物也由复制机转换成能量回收，对使用复制机而言，一颗巨大的钻石和等质量的狗屎是等价的。