微机械元件仪器分析论文

摘要：近年来，我国国民经济发展迅速，制造业、工农业水平也得到了快速提升。同时，各种机械设备被应用到各个领域，人们对这些机械设备的制造要求不断提高，这也促使企业通过不断的机械优化和改造来提高精度程度。在这样的背景下，各种机械设备的功能更加完善和强大。今天小编给大家找来了《微机械元件仪器分析论文(精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！

微机械元件仪器分析论文 篇1：

超精密微机械制造技术研究进展

【摘要】 随着社会经济的不断发展，国防领域、微电子工业领域、生物工程以及太空机械领域也是步入了空前的发展阶段，对设备的的精密多维细微零件的要求也是日渐苛刻。三维微小零件在结构、材料、尺寸和零件表面的特异性、多样性、高精度、高质感也是成为了三维细微零件和微型设备的装置最为标志性性的特征，在材料使用、功能鉴定、使用年限、可靠性等方面要求也是非常之高，笔者从超精密微机械制造技术的含义、国内研究成果、发展现状、动态对超精密生产技术进行整理和归纳，对超精密微机械制造技术做出大胆的未来趋势走向，为以后国家的超精密技术研究和生产提供一定的参考依据。

【关键词】超精密；微机械制造；三维细微零件；

引言

超精密微机械的主要发展时期还是集中于21世纪，微机械的不断进步在使得人们生活质量不断提高的同时它的迅猛发展将在 21 世纪中后期促使所有工业领域产生一场革命性的变化。超精密微机械又称作“三微制造技术”由微电子器件制造、微机电系统制造和微光电子器件制造三个领域构成，目前世界内的微型无人机、超速高空飞行器、四代机等均由三微技术在独立支撑，而且，微机电系统及微机电器件是机载设备发展的主要方向之一。

1. 超精密微机械制造技术的内涵和应用

1.1 内涵

超精密微机械制造（Micromanufacturing）系统是建立在以微小机械零件（以微米、纳米计）加工制造为研究对象的基础上，利用集成化、系统化的理论与技术，根据三维微小零件在结构、材料、尺寸和零件表面的特异性、多样性、高精度、高质感的要求进行有机的制造和组合优化，在较小的空间内完成整体机械的组装。其目的就是实现“小机床加工小零件”的理念，是有别于 MEMS 的微制造方法与技术。

美国WTEC（World Technology Evalua-tion Center）对其含义定义为：可加工各种不同材料（包括半导体材料以外的）、具高精度（10-3～ 10-5m）及微尺寸零件 （10um～10mm）的 3D 非光刻材料的加工；

日本东北大学厨川研究室定义为：最小尺寸在亚毫米级（Sub-mili），精度约在亚微米级（Sub-micron）微小零件的加工。主要分为磨料加工、切削加工以及其它加工三大类；

欧盟4M研发组的定义则简单很多，定义为：指可制作各种不同材料的各种微细加工及成形制造。

1.2 应用

超精密微机械技术及其产品被广泛应用于医疗、航空、航天、电子领域、国防领域等方面；医疗领域主要包括有：血管担架和支架、生物智能芯片、血管微生物、微小型外科手术、器官机器人等方面；航天航空领域的应用主要有：卫星的小部件制造、微卫星的制造、微机械能量推进系统、激光陀螺等方面；电子领域则包括有：微机械马达、电子封存、微型装配和微型夹持等技术方面；国防军事领域主要有：隔空的弹药引信、微型导弹定为发射系统、光学元件、微星传感设备、微光防控系统等方面。从木目前的发展现状上来看，微机电系统制造技术是发展微型飞机的核心技术，想要进一步发展微型机械的制造技术和微机械的发展更新，就必须发展航空微机电系统制造技术， 建立相应的研究开发基地， 逐步形成航空微机电制造产业。

2. 发展动态

2.1 国内外的研究成果

超精密微机械加工设备技术上日本也是一直处于世界的前言地位，在2004年和2010年FANUC 公司分别推出了ROBOnano超高精密微加工机床，这一机床具备了3D多维自由曲面加工生产的能力，从系统上解决了超高精密微切削加工技术上的难题。这一技术的实现加之该机床独配的摩擦驱动蠕动系统、电机驱动凸轮主轴和完美刀架，使得仪器的蠕动型微滑台实现摩擦力驱动，并精准度定为在24nm，通过优化机械的驱动模式，也实现了400 m/s 的平滑进给，虽然主轴的电机耗能只有1.5W，但转速却依旧保持10，000rpm及以上。

国内众多学者通过研究ROBOnano超高精密微加工机床，也是取得了一定的、卓见成效的成果。哈尔滨工业大学精密工程研究所在2008年研究制造出小型超精密三轴联动数控铣床，其主轴转数远超国内的一般水准最高转数高达160，000rpm，同时，工作台位置精度达±0.5 um /75mm、回转精度达1um、刀具的最小直径更是达到了0.15mm。北京理工大学研发的超精密微小型车铣加工机械实现了超微小部件的三维加工和高频群脉冲电加工技术，铣头主轴 的最高转速可达到60000rpm，还可以四轴联动，重复定位方面的精度定为超过国际同类水平。长春理工大学通过细切削加工与微磨擦磨损机理不断的研究和努力，在2009年成功研制了微机械小部件微小切削功能的微摩擦磨损测试仪，主轴的最改好转速达到了6000rpm、进给精度达到±1 um、回转精度也是达到了世界水准±2u m。与此同时，北京航空精密机械研究所、清华大学机械制造研究所、西北工业大学与香港城市大学也是在超精密微机械领域上下足了功夫，并取得一定的成果。

2.2 微切削基础理论

随着微机械的不断发展，切削加工方法加工介观尺度零件的工艺技术越来越受到广大学者的追捧和焦点；所以，如何深入研究微切削过程弄清切屑形成机理、如何理解和剖析切屑形成的非线性动态过程等关键问题也是被广泛的提出，故而最小切削极限的概念也是应运而生。最小切削极限的概念是指：切深或进给必须超过某一临界值，才能形成切屑，研究者们通过有限元法分析或利用切削实验来估计，然后利用有限元分析正交切削中刀具钝圆半径的影响。

3. 发展趋势

我国在超精密微机械制造基础理论、集成技术、加工技术、系统理论等方面与日本、美国等强国之间存在着一定的差距，还有很多需要去凾待研究解决的问题和矛盾，特别是在除去医药、防控、航天等方面外更加贴切实际的实用化微机械系统的设计和相关技术。微机械的研究还应该投入更多的精力和资金，为最大程度的实现微机械的发展和进步做好雄厚的实力基础，笔者认为中国以后的微机械发展重点会慢慢转移到以下方面：微切削加工技术经济性和可靠性评价、微切削机理、微切削应用技术、微切削工艺研究、实用化微制造系统的设计原理方法与相关应用技术研究。

4. 结语

MEMS生产制造技术是近几年来被广泛关注的新兴科学，被广泛的营运与国家安全、国家交流和时代进步当中去，我们要清楚的认识到，因为个国家之间的起步时间相差不大，所以在为我们打开国内外市场、加强国内外微机械制造知识的交流提供了良好的机遇。超精密微机械的专用型非常强，固有的操作系统很长时间都可能不会产生变更，但是社会人士更加关注的是微机械的成品更多的应用于实际的生活当中。技术是人类不断进步的结晶，我们要充分利用国内的优势， 在质量、性能、价格、维修等方面下功夫， 迅速占领国内市场， 并可能利用价格的优势打入国际市场。相信在微机械的不断进步下，人类文明将掀开一片更加广阔的天空，中国的综合实力也会更加强劲一分。

5. 参考文献

[1] 林英杰.精微制造技术及精微共用实验室简介[J].机械工业杂志，2007，12：20 22.

[2] 荣烈润.微机械及其微细加工技术的现状和应用研究[J].机电一体化，2002（3）：11-13.

[3] 贾育芹，王培霞.微观世界中的机械[J].现代物理知识， 2004，16（5）： 32-33.

[4] FANUC ROBOnano alpha-0iB machining samples，（Accessed March 27，2008）[DB/OL].http：//www.fanuc.co.jp/en/product/robonano/index.htm.

作者：宋涛

微机械元件仪器分析论文 篇2：

我国机械设计制造工艺与精密加工技术的发展现状

摘 要：近年来，我国国民经济发展迅速，制造业、工农业水平也得到了快速提升。同时，各种机械设备被应用到各个领域，人们对这些机械设备的制造要求不断提高，这也促使企业通过不断的机械优化和改造来提高精度程度。在这样的背景下，各种机械设备的功能更加完善和强大。可以说，机械设计与制造在我国的经济发展中起着巨大的推动作用，在现代工业的发展中，我国的每一个角落都充满了机械设计与制造的影子。本文对机械设计制造技术和精密加工技术的应用进行了深入的探讨和研究。

关键词：机械设计;制造工艺;精密加工技术;发展现状

1我国现代化机械设计制造工艺的主要特点

1.1引入人工智能技术

人工智能是21世纪最伟大的发明之一，它已经成为一个新的行业同义词。例如，人工智能机器人是人工智能行业各大公司开发的产品。其中，德国、日本和美国拥有非常成熟的人工智能机器人机械设计、制造和研究技术。我国现代机械制造业在跟上欧美国家发展步伐的同时，也逐渐学会引进人工智能科学技术，使机械制造企业的生产过程逐渐实现智能化。

在现代机械设计中，结合人工智能技术可以实现提前自动化生产，智能系统会自动识别工程师提前编写的各种程序，然后自动控制系统会根据参数进行综合分析，做最后的决定。人工智能技术在机械设计制造中的应用，彻底改变了企业的生产方式，使企业的运作更加顺畅，管理更加方便。

1.2提倡环保概念

企业在生产产品时排放大量污染物是传统机械制造工艺所面临的最大问题，这是不可避免的。实际后果严重，违背了我国可持續发展道路的方针，生态环境遭到破坏。因此，环保理念的引入可以使现代机械制造技术越来越符合我国绿色产业发展特点的要求。随着世界各地环境保护意识的加强，我国相关重要政府部门和企业逐渐认识到环境保护的重要性，提倡环保，督促现代机械行业改变行业方向，并将绿色生产改革的方向作为改革目标。如何最大限度地减少机械生产过程中的废气排放，也是现代机械设计制造中必须克服的问题。如何构建绿色生产环境，构建机械制造业绿色生态链，是相关企业需要将其作为首要任务目标。在倡导环境保护的过程中，可以加强多样化的勘探方式，开发新的生产方式，最大限度地减少新能源消耗，积极应用绿色机械生产流程。

2机械制造工艺与精密加工技术分析

2.1机械制造工艺技术分析

在现代机械制造过程中包含了大量的技术，主要有钳工、焊接等技术，其中焊接技术是最重要的。良好的焊接工艺可以使机械制造生产的产品有质的飞跃。

2.1.1 焊接技术

焊接技术包括搅拌摩擦焊接技术、螺柱焊接技术、埋弧焊技术、电阻焊技术、气体保护焊接技术等。其中搅拌摩擦焊接技术应用广泛，可应用于飞机、铁路、船舶、车辆等交通运输领域。这种方法首先在英国推广。它很受欢迎，因为它有许多优点。其最大的优点是焊接材料少，只需一个焊接头即可完成焊接工作。同时还可以在低温环境下使用，焊接接头满足800mm的标准。

螺柱焊接，顾名思义，螺柱是在焊接过程中使用的，焊接对象的表面是在焊接之前放置的。螺柱焊接工艺分为两种焊接方法，一种是电弧式，另一种是储能式。在实际机械生产中，拉弧螺柱焊接方法较为流行，常被各大机械厂家采用。而储能螺柱焊接技术由于其焊接界面小，常用于焊接较小的钢板。

气体保护焊接技术是因为当电弧产生的时候，气体也会产生。为了防止这些气体影响焊接，在焊接过程中应保护这些气体。在生产过程中，二氧化碳常被用作保护气体。

2.1.2 微机械技术

微机械技术是现代机械加工技术的又一发展趋势，主要包括微机械传感技术、制造技术、驱动技术、微机械使用的材料技术等。1）微机械传感技术。在现代社会，人们追求的是更精致、更轻、更薄的产品，这就需要更小的产品。微机械传感技术可以实现小体积、高成像、高分辨率等要求，更符合现代社会的需求。2）微机械制造技术。微机械制造技术能够满足机械加工过程中对产品质量和能量的管理和控制，能够利用三维技术进行加工和装配，发展成为一种更加系统的制造技术。3）微机械驱动技术。将微机械驱动技术应用于电子元件的制造过程中，能够以较高的操作精度和反应速度完成制造任务。4）微机械材料技术。在此过程中，采用新材料镍代替传统的硅材料，有效改善了以前材料质地脆性、易断裂的现象，提高了产品的使用强度。

2.2精密加工技术分析

随着我国机械制造技术的不断进步，人们也认识到精密加工对机械制造技术的重要性。所以精密加工技术有多种技术。例如纳米技术、超精密磨削技术、微加工技术、模具成形技术、精密切削技术等。1）纳米技术是当今最先进的精密加工技术，其测量单位已达到纳米级。并且可以应用在很多领域，如芯片、表征等都是世界顶级的技术。在芯片领域，中国仍然落后于世界其他大国，所以中国的芯片需求是高的。这使得我国在这一领域受制于其他国家。2）微加工技术是指对小物体的加工。例如，集成电路。微加工技术通常需要超精密磨削来支持复杂电路在微型电路板上的集成。因为将复杂的电路集成在电路板上需要一个光滑的表面，而电路板是一个相对粗糙的表面。这就要求使用超精密磨削技术对电路板表面进行研磨和抛光。从而产生精密的集成电路。同时在精密的航空航天零件上需要精密的加工，所以先进的精密加工技术才能在我国的航空航天领域取得进步。3）模具成形技术是指产品零件通过模具加工成型。模具成型技术涉及到产品的许多领域的应用，如汽车、飞机、电器等。在模具成型技术中，模具的精度会直接影响到附件的精度，而精度是衡量加工制造技术的标准。精度越高，产品档次越高，复杂腔体结构的生产效果越好。

结束语

总之，机械仪器在实际工作中得到了广泛的应用。然而，机械设备的精细加工可以高效完成，提高产品效率。在此基础上，可以为人们的生活提供更方便的条件。机械在设计制造工艺发展过程中，应加强重视程度，同时，精密加工技术也应给予较高的重视程度，同时进行整体探索。然而，目前在机械加工技术和精密加工技术的实践中仍存在许多问题。在深入探索的同时，要充分了解其自身的特点，科学利用，立足于根本的角度，保证生产水平的有效提升，进而提高经济效益。推动机械领域设计制造技术和精密加工技术稳定积极发展，为社会经济更好的发展奠定坚实基础。

参考文献

[1]张彦超，杨立志.关于现代化机械设计制造工艺及精密加工技术[J].中国新通信，2020，22（13）：222-223.

[2]赖春兰，文新育.现代化机械设计制造工艺及精密加工技术探讨[J].内燃机与配件，2020（08）：134-135.

作者简介：

司雷，男，山东省临沂市，机械设计。

作者：司雷

微机械元件仪器分析论文 篇3：

微型机械的优势与应用研究

摘 要：微型机械重量轻、体积小、集成度高、可靠性理想，在运行过程中不会受到扭曲、噪声、热膨胀等因素的影响，有着显著的优势。在人类科技水平的不断发展下，微型机械领域也在不断地完善，微型机械领域是一门综合性的学科，其内容涵盖到了化学、物理、生物等各个技术领域，在未来阶段下，还需要针对其中的核心技术进行深入研究，以期取得更大的突破。该文主要针对微型机械的优势、类型及其应用展开分析。

关键词：微型机械 优势 应用

在大规模集成电力的发展下，各类机电设备也朝着大型化、大功率以及高强度的方向发展，但是在操作空间因素的影响下，部分设备的推广受到了阻碍，在这一背景下，发展微型机械产业非常重要。目前，各个国家都在致力于微型机械的研究，取得了空前的成果。

1 微型机械的优势分析

微型机械重量轻、体积小，以毫米、微米作为度量单位，必须要借助仪器才能够了解微型机械的工作状态，关于微型机械的研究，最早源于20世纪70年代，到了90年代时候，微型机械产业迎来了迅速发展时期，并在各类领域中得到推广。微型机械是基于现代科学基础上，由全新的思维模式、设计理念与制作方法指导得出的产物，无论在结构、尺度、制造方法还是材料上，都属于一门新兴的学科。与传统机械相比，微型机械重量轻、体积小、集成度高、可靠性理想，其体积可以达到亚微米以下，尺度精度能够达到纳米级，机体不会受到扭曲、噪声、热膨胀等因素的影响，抗干扰性非常理想，能够在不利的环境下工作。微型机械的生产方式应用了半导体制造工艺，能够集齐电路芯片于一体，显著降低了制造成本。我国在近几年，通过微齿轮、微泵、微电机、微马达、微型飞机和微型陀螺等研究，在这一领域取得了突出进展。提出和发展了由于尺度效应而产生的微机械学。微型机械技术已开始在我国的社会生产中发挥作用，如，微操作机器人已开始用于生物工程中的细胞分裂、显微手术和生物芯片的制造工艺；微传感器已经开始用于飞行器的加速度、压力等参数的实时测量；纳米薄膜润滑技术已应用于火箭和计算机硬盘的制造工艺。

2 微型机械的核心技术及其应用

微型机械集齐了微执行器、微传感器、微结构、微系统于一体，加工方式非常多样，衍生出的技术类型也非常多，其中代表性的有以下几种。

2.1 集成电路技术

集成电路技术近年来得到了迅速发展，是微型机械加工中应用最为普遍的一种技术，其刻蚀深度以纳米计，只要应用在硅材料零部件的制作中。集成电路技术与集成电路的相容性非常好，因此，应用范围也更加广泛。其中具有代表性的就是集成电路技术在光显示器以及速度传感器中的应用。

2.2 光刻电铸技术

光刻电铸技术是由德国首次研发成功，该种技术应用了牺牲层技术与X射线光刻技术，能够在任何材料上形成微结构，已经成为微型机械的重要手段，利用光刻电铸技术能够制作出微机械零件、微马达、微光学元件、微传感器等产品。准光刻电铸技术是在光刻电铸技术基础上发展而来，主要由电铸成型、深层X射线光刻、注塑成型工艺组成，该种技术需要使用0.2～1 nm的光，刻蚀深度能够达到几百微米，是一种非常具有发展前景的三维加工技术，适宜应用在各种金属与非金属材料微型机械构件的制作中。但是，该种技术使用的辐射X光设备价格偏高，因此并未得到推广。此后，一种新型金属电镀技术出现，这不需要同步辐射X光准光刻电铸技术，这两种技术的共同点是采用电镀金属层材料来制作，但是设备条件要求较低，与集成电路相比，相容性更高，有着更好的实用性与灵活性。

2.3 腐蚀成型技术

腐蚀成型技术在微型机械构件的深加工中有着广泛的应用，在应用这一技术时，需要先將材料中的牺牲层脱去，留下剩余的加工层，再制作出工件，清洗完毕后即可得到最终的成品。常用的腐蚀法包括干法与湿法两种类型，其中干法有激光法、离子法，湿法则包括阳极法与溶液法，最为常用的技术就是溶液法，该种方式成本低廉、操作简单、加工范围宽，受到了各个行业的青睐。

2.4 键合技术

硅-硅键合技术的应用已经有多年的历史，目前，上海冶金研究所已经成功研制出150°以下的低温键合技术，该种技术需要先在硅片表面注入氢埋层，将两片硅片键合，再利用热处理工艺将上层单晶硅剥离，形成表面单晶硅薄层，这就可以避免减薄、抛光等工艺，制作起来更加便捷。

当然，微型机械的发展也会出现一系列的问题，当机械尺寸微小化并达到微米层次后，实际上已超出了常用于宏观机械的传统理论的适用范围，人们将面临着一个前所未有的科学难题——尺度效应。尺度效应主要包括材料小尺寸效应和表面效应。其中，材料小尺寸效应是指当构件的几何特征尺寸缩小到一定范围时，材料的许多特性会发生较大的变化。要实现微型机械的发展，必须要重点解决该种问题。

3 微型机械的应用

21世纪的竞争更加激烈，人口、资源与环境已经成为人类面临的3个难题，微型机械技术有着重量轻、体积小、可靠性高、能耗低、智能化程度高、集成度高的优势，对于解决资源和环境问题有着积极的作用。虽然微型机械技术与理论尚未成熟，还处在进一步的发展中，但是已经发展成各类微型机械，常见的有微机器人、微执行器、微传感器等，这为微型机械的发展奠定了坚实的基础。由于微型机械系统的多样性和广泛性，也只有多种技术的结合才能满足微型机械加工技术进一步发展的需要。但是，除了部分传感器之外，多数微型机械还处于研发阶段，基本上针对某种具体应用而开发，性能与规格尚未实现标准化，缺乏通用性。在微细加工技术的发展下，微型机械也会逐步进入到标准化时代，微型机械在21世纪将会有难以估量的市场发展潜力，有着巨大的经济效益与社会效益。实践显示，微型机械融合了多学科、多专业的内容，与传统机械相比而言，微型机械是一次重要的革命，虽然其技术与理论还处于发展阶段，但是已经实现了量产，在微执行器、微传感器、微型机器人的制造上获得了突出的效果。在技术水平的限制下，除了部分传感器已经被研制成功，大多数技术还处于研究阶段，性能与规格也还没有实现标准化生产，笔者深信，在相关技术水平的进步下，微型机械技术必然可以实现进一步发展，为人类社会的发展起到更大的推动作用。

4 结语

在人类科技水平的不断发展下，微型机械领域也在不断地完善，微型机械领域是一门综合性的学科，其内容涵盖到了化学、物理、生物等各个技术领域，在未来阶段下，还需要针对其中的核心技术进行深入研究，以期取得更大的突破。

參考文献

[1] 王明强，季蒙，刘志强.基于单因素回归法微切削影响因数的研究[J].机械工程师，2015（6）：10-13.

[2] 郑颖.超精密微机械制造技术研究进展[J].科技风，2014（13）：241.

[3] 于化东.超精密微机械制造技术研究进展[J].长春理工大学学报：自然科学版，2008（3）：1-8.

[4] 楼夏，金星，金玉丰，等.基于粘附剂键合的圆片级MEMS塑料封装技术[J].功能材料与器件学报，2008（2）：293-297.

[5] O. Sigmund，J. Petersson.Numerical instabilities in topology optimization： A survey on procedures dealing with checkerboards， mesh-dependencies and local minima[J].Structural Optimization，1998（1）：68-75.

作者：邓加