我国精密超精密加工技术发展展望

我国超精密加工技术发展展望

朱锟鹏，李科选，姜丽丽，叶冬森

中国科学院先进制造研究所精密制造实验室

超精密加工技术就是在超精密机床设备上，利用零件与刀具之间产生的具有严格约束的相对运动，对材料进行超精密微量切削，以获得极高形状精度和表面光洁度的零件加工过程。超精密加工技术对于提高产品的性能、成本和质量具有重要的意义，已经成为高精尖产品制造中不可缺少的加工手段。1983年日本Taniguchi 教授提出,并于2000年由McKeown 教授更新的20世纪40年代以来加工精度的发展情况，如图1所示。可以看出，精密与超精密加工技术以不断提高加工精度和表面质量为目标，在不同的发展阶段具有不同的定义，并没有严格的分界线。目前超精密加工技术已经发展成为一门综合多学科的高新技术，涉及材料、加工设备、电子、计算机、检测和工作环境等各个方面，在高技术领域和军用工业以及民用工业中都有广泛应用，已成为衡量一个国家先进制造技术水平的重要指标之一。

加工方法与设备

100

10

10.10.010.001

0.00011940196019802000年度加工精度P /μm

图1 20世纪40年代后加工精度的发展

多年以来，美国、英国和日本等工业发达国家均十分重视精密/超精密加工技术的研究，取得了长足的发展，达到了较高的水平。美国国家实验室曾于1983～1984 年研制了两台大型金刚石超精密车床，目前仍然是世界公认的最高水平的大型超精密机床。英国也较早从事超精密加工技术的研究，是迄今为止第二个能制造大型超精密机床的国家。日本曾设定专门的研究机构从事精密/超精

密加工技术的研究，目前在中小型精密机床的生产上，已基本与美国并驾齐驱。

我国的超精密加工技术自20世纪90年代以来取得了较快的发展，出现了具有世界水平的超精密机床和部件，如北京航空精密机械研究所、国防科技大学研制的非球曲面超精密复合加工系统和北京机床研究所研制的纳米数控车床等。然而我国虽然在超精密加工技术上取得了一定的进步，但与国际领先水平相比还有很大差距。目前我国机床质量有待提高，加工工艺的开发不足，并且研究力量分散，不能形成产品系列和产业化等，还不足以满足我国超精密加工的需要。

当前超精密加工技术主要有：超精密机床制造技术、切削加工技术、磨削加工技术、抛光加工技术和特种加工技术等。其中超精密机床是实现超精密加工的首要条件，在超精密机床中，主轴及驱动装置、精密导轨及床身和机床的稳定性是保证超精密机床质量的关键。另外，金刚石刀具和超精密切削的力学机理，在线检测与误差补偿，加工过程的动态特性和热稳定性是超精密加工技术发展的核心技术。同时需要加强超精密加工与自动化、信息技术的结合，实现精密零部件的智能化制造。

超精密加工技术是现代机械制造业最主要的发展方向之一，是整个制造技术的核心，已成为在国际竞争中取得成功的关键技术，需站在国家长远发展战略高度予以充分重视，投入足够人力、物力和精力，系统性地开展研究，它将产生的经济效益与社会效益是不可低估的。随着我国在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》的任务部署、国家“高档数控机床”科技重大专项、即将出台的“航空发动机”科技重大专项以及“十二五”“智能制造”专项规划的相继执行，相信我国的精密与高端制造业已进入了更快速、更健康地发展阶段。