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精密产品是用精密机器制造的那机器是用什么制

日期:2020-04-10 19:04 作者:摩纳哥城赌场

  比方说,Intel的芯片是精密产品,是用尼康光刻机这样的精密机器制造的。那么,用什么东西来制造尼康光刻机,才能达到那个精度呢? 嗯,我就是一外行,才会想到这个问题,而且是很久以前就想到的。

  不管是什么样的加工,决定成品精密程度的,都是测。要说到精密产品怎么测,就得先说说检具和量具的原理。

  比方说,我们需要一款长度10.0+/-0.01mm的工件,那么在加工中怎么保证这个产品的精度呢?一般来说,我们会要求检具误差是工件原误差的10%~20%,于是,我们就需要一把误差0.001~0.002mm的“尺”。有了这把尺,我们就能够知道这个工件是否符合我们要的标准,然后留下误差范围内的,报废小了的,修整大了的,最后得到的就是我们要的工件。

  可是这把误差0.001~0.002mm的量具,莫不是要用精度0.0001的检具来制造?如此岂不精益求精永无止境?这样当然是不行的,这种时候我们就要请出等比放大的各种原理来帮帮忙了。

  根据螺旋运动原理,当微分筒(又称可动刻度筒)旋转一周时,测微螺杆前进或后退一个螺距──0.5毫米。这样,当微分筒旋转一个分度后,它转过了1/50周,这时螺杆沿轴线毫米,因此,使用千分尺可以准确读出0.01毫米的数值。

  同时的,我们等分0.5mm时,误差也被等分了,设0.5mm有0.05mm的误差(当然,实际生产中用到的千分表,要比我列出的这个误差精确的多),每一小格则等分为只有0.001mm,通过一个接近尺寸的标准件的校准,每转一小格叠加的误差也被尽量缩小。

  这样的等比放大还有很多种,通过巧妙得放大观察,机械匠人们于是就可以用较低精度水平的工具制作较高精度的工具和量具了。有了这些工具和量具,我们才得以量产其他的工业品。

  当然,螺旋运动原理还可以被直接运用于制造当中,老式的摇把机床就是使用的这个原理。

  但是只是用机械联动的方法来做测量,对于达到现在的工业精度水平是远远不够的,好在物理学家在这一技术的基础上,发明了光栅测长技术,传送门如下:

  这个原理简单说就是给我们提供了一个天然等分的格子,假设我们有1米长的一个标准量具,用光栅分成了n=16238126(也可能是任何数字)个格子,那么每个格子的长度就是1/N米,1米的距离即被微分了。接下来我们要1米内的任何一个长度,都只是一个数格子的过程了。广大的数显量具就多数用到了这一原理。同样的,光栅原理也被广泛应用于广大数控设备的位置控制中。

  有了用这些原理的尺子,剩下的那就只是举一反三的甄选符合我们要求的工件了。如此而已。

  加工光刻镜头的设备是光学机床,比如金刚石单点车这类的,哈勃的镜头也是这么造的,类似的光学机床还有超声波辅助切削加工、在线电解修整砂轮(ELID)精密镜面磨削、磁流变磨床等设备。这些设备的共同特点就是精度极高,属于超精密加工设备,加工精度从次微米到纳米级(10^-7~10-9m),部分设备的加工精度、表面粗糙度已经在数纳米,正在向埃迈进。

  这些超精密加工设备是如何实现这种精度的呢,实际上包括了测量技术、控制技术、高刚度材料、精密制造等多个方面的综合。这些设备实际上和常见的通用机床,比如常用的金属切削数控机床(加工中心)区分开来,追求的就是精度(在加工尺寸、加工速度、加工材料的灵活性上要作妥协)。

  测量技术的升级是一种原理上的放大,已经有人讲过了,这是基础——没有测量精度,自然不会有加工精度,但是机床精度的升级并不完全依靠于机床自身零件精度的升级,到一定层次以后是设计原理上的,因为高精密的设备需要更高层次的设计使其精度的能进一步提升。比如说机床的轴承,到了最高精度的机床上除了轴承零件的精度要求外,必须采用气浮轴承、静压轴承,否则是无法实现要求的运动中的精度的。其他在超精密设备上常见的措施包括:采用超高刚性主轴、极高硬度的切削材料(金刚石、碳纳米管)、自适应刀具、完全恒温的环境和极低振动厂房、机床结构更好的频率响应(甚至为控制热胀冷缩采用花岗岩石材结构)、(独立机床结构的)超精密测量、更精密的控制给进策略(切削力非常小,数牛顿),普遍的误差补偿控制策略等等。

  工业的基础在于用机器制造机器,机床作为工业母机,在精度、加工速度等方面实际上也是指数级增长的。虽然没有摩尔定律那么夸张,但是也是很明显的,以通用机床为例大概精度8到10年精度提高一倍,10~15年切削速度提高一倍,现在的部分精密加工中心已经赶得上以前的坐标镗床了。

  也就是说高精度的机械是怎样在没有更高精度的机械的情况下制造出来的对吧。

  首先,机械是由一个个零件组合而成。就像是在古代,没有铁器时,先是将矿石冶炼成金属,然后把金属熔融成液体,倒入模具盒中形成简单的比较粗糙的零件,并将零件进行打磨,形成较光滑的零件,组合成简单的机械。

  其次,有了简单的机械后,配合规定的刻度对以后的的零件生产进行精密化,来制造出更精密的机械,同时,用新一代的精密机械划分更精细的刻度,并更进一步,一代一代升级。

  现在的金属加工,零件加工技术主要是金属切削与磨削技术,用镀了金刚石的刀片高速旋转来切削金属,由电脑程序控制,当然,也有人工的,其精度与精密机械有关。

  总之,现在的精密机械制造归为三个方面,机械设计(机械设计图,CAD图,);机械制造(零件加工);机械自动化(程序设计及控制)。其中前二者比较重要的是,精密机械检验, 精密机械检验是精密机械里面的一个重要的一项,目前国内的技术主要来之欧美的技术比如说德国的VDI和美国的AMT等等。但是不管是哪过技术都是同一个原理,它们的测量的方法和技术比较相近。检验测定机床的定位精密度,常用标准有两种: ·德国VDI/DGQ3441标准(机床运行精密度和定位精密度的计数办法)。 ·美国AMT标准(美国机械制作技术协会制定)。 用两个标准,勘测数值的收拾均认为合适而使用数学统计办法。即沿平行于坐标轴的某一勘测轴线选取恣意几个定位点(普通为5~15个),而后对每个定位点重复施行多次定位(普通为5~13次)。可单向趋近定位点,也可以从两个方向作别趋近,而后对勘测数值施行计数处置,求出算学均匀值。继续往前求出均匀值偏差、标准差、散布度。散布度代表重复定位精密度,它和均匀值偏差一块儿构成定位精密度,两者之和是在恣意两点间定位时有可能达到的最大定位偏差。

  综上所述:精密机械检验在精密机械加工里面是重要的一个步骤,只有做好精密机械的检验工作,才能做出更好更精密精密零件。

  卡文迪许用光在镜子之间的反射放大测量镜子的微小运动,第一次测出了万有引力常量(几何光学)

  我来补充一个:更精密的元器件可以用晶体生长的办法来生成,就是说创造一个极好的生长环境,让晶体原子结晶的过程非常有序,从而生成极为纯净的结晶,这样生成的晶体其内部原子排序比天然晶体还要整齐,使得其精度达到原子级。

  其次既然要造的是第一台精密机器,它的组件和零部件肯定是普通机器做的,然后经过可能是机器可能是手工的修正偏差。

  这里其实有一个误区。即再精密的机器加工都有一个偏差的区域。精密的定义就是这个区域小到一定值。

  普通机器的加工精度低,也就是偏差的范围大。如果目标的精密零件要求的偏差范围在普通机器的加工偏差范围内,接下来就是一个看脸的过程了,当然技工师傅的技术会给看脸程度一个修正。

  THU非典型辅导员,INTP,科幻,游戏,微信公众号Mrknowalittle

  nonono,拿着三块板子,用板子A磨板子B,板子B磨板子C,再用板子C磨板子A。最后,这三块板子的平整度可以超过一切机械加工的结果。

  想知道为什么?反正我也不知道,据说有个老教授潜心研究了三年总结出来一些理论开了一门课,博士生门纷纷表示听不懂。

  仔细考虑了楼主的提问,其实楼主要问的问题应该是“更高精度的母机是如何制造的?”。我认为这要分批量和少量制造2种情况。不过这个问题最终还是归结到第一台的问题上。

  这又涉及到量具,因为精度是测出来的。量具的精度提高一是靠测量方法,即测量原理。比如作一块很平的平板,你用A,B,C 3块交叉对磨即可。原理说不出,但大家都能模糊理解。其中一块就可以认为是一个“平面度量具”,以后再磨制其它平板就以此作为标准(要用到刮研技术),而不必再3块交叉对磨,提高效率。

  再比如,如果你跨越到原始社会,你要丈量一个东西,首先要选择一根皮带作参照物,你就可以大概测量出不同物体的更长或更短,但是如果你要测量到底长多少短多少,你就要动脑筋。我想会把皮带折叠,找到中点,标记为0.5,这点再和其它端点折叠,就可以标记为0.25,0.75,以此类推。这就是方法论了。当然你为了你部落的其他成员也一起使用,你会复制另一把皮尺,甚至是不易伸缩的木尺。这是通过材料提高精度。你也可以制造出更长的尺,方法就是把标准尺量出2倍,3倍,4倍。也属于方法论。到了现代,发现电子跃迁发出稳定的波“长”,就把这个波长的n倍作为1米。这个就是原理上的改变,跨跃了行业。精度又一次极大的提高。而近代出现的利用光的干涉衍射原理做出的精密测量设备又大大的提高了测量精度。包括光栅尺,平行度测量仪等等。以上只是说到量具。

  设备精度的提高也类似量具的提高。我总结了大家的方法,包括#手工微量加工法,#多个样品中选择最佳品的概率法,#配合中提高整体精度的装配法,#有人还提过利用大自然固有的水平面概念“浮法玻璃制作”法制备最平的面,#用分子自然扩散的物理原理精确加厚,#用丝杆原理把旋转运动转化为更高精度的直线运动部件(本质是杠杆原理),#用电磁场多极性排列并配合控制电路供电方式(细分)减小电机步进角度从而提高精度,#最常用的定尺动尺原理制作的位移传感器、旋转角传感器、动力(光栅尺,容栅尺,伺服电机),#预加压、#过应配合,#磁悬浮轴,空气轴,方法实在是太多了。以上说明更高精度的母机靠不同的原理、或者同一原理工艺不同、方法不同并加上时间换取。

  如果针对具体设备的具体部件进行讨论精度,我想会有更专业的专家们好回答了。

  精密设备之母不是15世纪那台水力镗床么,所以有了圆,然后镗出了蒸汽机压力桶,然后有了设备的直线运动。然后有了刨床之类的吧。。然后有了车床。。然后巴拉巴拉几百年。。。。 话说我觉得线切割设备的出现是工业的一个大转折点。。。。。。。。。

  好了都醒醒,别bb了。。。。我国目前还无法制造耐用的精密轴承,丝杆,以及强度足够的机床床身(目的是设备小,强度高,别听xx国企搞了个什么JB设备,自重1000吨。他是搞不出自重500吨却能力相当的设备),。。粗货都可以做,所有高精度产品都靠进口。。。拿卡尺说把,你不拿一套进口量具(三丰之类)出出来都不好意思跟客户说精度。。。。。。

  说白了就是工业基础没有达成,三样:圆,直线,合金! 主要还是材质合金能力!

  材料和工艺是机械加工行业的两个基础,然后,各种其他行业的设备精度水平是由机械加工行业的精度水平决定的。因此,材料和工艺可以说是工业设备精度的基础。

  高精度的加工技术,一般都涉及光学仪器了,而且在加工过程中,尽量减少人的主观参与,使得测量和操作都全部由机器完成,所以成套设备都配有相应的自动化控制软件,设定参数就行了。

  =======================================2014年10月31日晚更新

  以深沟球轴承制造为例,由于制造工艺装备的限制,很难直接生产处满足精度要求的滚动体,外圈和内圈。生产过程中在完成上述三者的制造后,将它们送入检测车间,检测后按照不同的公差分组,分组后进行选配。这种方法也成为

  00级量块精度是由工人师傅(比如八级钳工)的双手,和反复的高精度测量保证的。

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  更精密的机械叫母机,母机的精确水平不是单纯用来加工机械的,它代表的是一个社会团体综合的发展状况,国家与国家之间的科技水平差距和技术封锁也是这么来的。

  搞半导体的。具备量产能力的精密仪器,是靠很长时间的加工和调试制作出来的。就比如说一个紫外曝光机,佳能尼康能力虽强,但mask(模板)的制造要比一个产品费时费力,产品也许只需要几次曝光就能完成的事,而掩模板则需要电子束扫描一点点刻画出图形,是用时间堆出来。

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