精密超精密机械加工技术

精密超精密机械加工技术

作者：王勇王飞亚

来源：《农家科技下旬刊》2014年第01期

摘要：精密超精密机械加工技术是获得高形状精度、表面精度、完整性的必要手段，伴随着高科技产品质量和多样化要求的不断提高，对精密超精密机械加工技术也提出了更高的要求。本文分析了精密超精密加工技术的发展状况，并对其未来进行了展望。

关键词：精密超精密加工技术；发展状况；未来展望

近些年，随着社会经济的不断发展，精密超精密加工技术引起了人们越来越广泛的的关注。目前，精密超精密加工技术已经成为国际竞争中取得成功的关键。发展尖端技术、国防工业以及电子工业等，都需要精密超精密加工制造出来的设备。精密超精密加工技术不仅影响一个国家尖端技术和国防工业的发展，而且还影响其机械产品的制造质量及其在国际市场上的竞争力。

一、精密超精密加工技术的起源

精密超精密加工技术是20世纪50年代末发展起来的一项新技术。由于电子技术、计算机技术、宇航技术的发展需要，美国组织有关公司和研究机构对微米级加工技术进行研究，在美国诞生的金刚石刀具镜面车削技术催生了超精密加工技术。

二、精密超精机加工技术理论阐述

通常按加工精度划分，可将机械加工分为一般加工、精密加工和超精密加工。超精密加工就是在超精密机床上，利用零件和刀刃之间产生的具有严格约束的相对运动对材料进行微细切削，以获得高形状精度和表面精度的加工过程。目前学术界一般认为加工精度为0.1～1微米、表面粗糙度为0.025～0.1微米为精密加工，而加工精度高于0.1微米、表面粗糙度小于0.025微米称之为超精密加工。精密超精密加工技术包括：精密超精密加工的机理研究，精密超精密加工设备、精密超精密加工工具、精密超精密测量与补偿技术，精密超精密特种加工技术等。通过这些技术可以实现普通加工方法无法达到的加工精度。

三、精密超精密加工技术发展现状

目前，精密和超精密加工技术已经取得了重大进展，精密超精密加工已经不再是一个独立的加工方法或单纯的工艺问题，而成为了一个应用广泛的系统工程。对于精密超精密工艺技术的研究而言，国外要早于我国。目前美国、日本是在该技术上处于领先地位的国家。这些国家的精密超精密工艺技术不仅总体成套水平高，商品化的程度也很高。

1.国外精密超精密加工技术发展

美国是研究该技术最早也是目前研究和发展水平最高的国家。20世纪50年代末期，美国首先开始了精密超精密加工技术的研究，60年代初精密超精密机床开始商品化，出现了加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人航天飞船用零件的超精密加工机床。到80年代末，精密超精密加工技术已经日趋成熟。精密超精密加工技术的发展使美国在航空、航天、核能方面取得了重要的成就。美国在超精密机床生产方面处于世界领先地位。如LLNL国家实验室的大型金刚石车床和3型金刚石车床（DTM-3），是世界公认的水平最高、代表当前最前沿技术的超精密车床。

另外，日本对精密超精密加工技术的研究起步较晚，但也是世界上发展最快的国家之一。与美国不同，日本主要是出于民用目的来发展超精密机械加工技术。日本研究的方向包括办公室自动化设备、视频设备、精密测量设备、医疗器械和人造器官等。同时日本在声、光、图像、办公室设备中的小型电子和光学零件等超精密加工技术方面具有优势，甚至超过了美国。另外德国、荷兰、英国和中国台湾的超精密加工技术亦处于世界先进水平，如菲利普公司曾研究出Co-lath超精密机床等。

2.国内精密超精密加工技术发展状况

我国的精密超精密加工技术在上世纪70年代有了长足的进步，80年代中期出现了具有世界先进水平的超精密机床和部件，北京机床研究所是国内进行超精密机械加工技术研究的主要单位之一，研制出了多种不同类型的超精密机床、部件和相关的高精度测试仪器等。如精度达到0.025微米的精密轴承、JCS-027超精密机床、JCS-031超精密铣床、JCS-035超精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机床，红外大功率激光反射镜等均处于国际先进水平。哈尔滨工业大学在金刚石超精密切削、金刚石刀具晶体定向和刃磨、金刚石微粉砂轮电解在线修整技术等方面进行了卓有成效的深入研究。清华大学在集成电路超精密加工设备、磁盘加工及检测设备、微位移工作台、超精密砂带磨削及研抛等方面进行了深入研究，并有成果问世。此外，中科院长春光机所、华中科技大学、沈阳第一机床厂、国防科技大学等均对这一领域进行了研究。总体而言，我国在超精密加工的效率、精度可靠性，特别是规格和技术配套性方面与国外相比还有相当大的差距。

四、精密超精密加工技术未来方向

精密超精密加工技术肩负着支撑未来最新科技进步的重任。所以如果不将分散在各个领域中的技术综合起来，而使加工精度提高1-2个数量等级是很困难的。在美国的国家科研计划中，超精密加工技术的研究在材料方面从传统的铝、铜扩展到很难切割的材料和非金属的硬脆材料。从加工方式上来看，从切削扩展到开发带有检测反馈的超精密技术以及最终表明涂层处理方案的综合性研究。而从日本的规划来看，早在上世纪80年代日本就提出了超精密加工发展的规划。借鉴国外超精密加工的发展趋势，结合我国的实际情况，我国开展的精密超精密加

工技术的基础研究应涵盖以下几个方面：超精密切削、磨削的基本理论和工艺；超精密设备的关键技术；超精密加工的精度检测；在线监测以及误差补偿；超精密加工的环境条件；以及超精密加工的材料。

五、结束语

精密超精密加工技术是一项系统的工程。我们要想把该项工作做好，必须做好以下几项工作：一，我们对精密超精密加工技术及其相关理论有一个系统清晰的认识；二，要对该技术各个时期的发展状况有一个个准确的分析；三，要借鉴国外精密超精密技工技术的经验并结合我国的实际情况，对精密超精密加工技术给予足够的重视，投入相当的人力和物力进行研究和开发。

作者简介：王勇（1990-），男，安徽蒙城，汉，本科，研究方向：机械电子工程。

王飞亚（1993-），男，江苏连云港，汉，本科，研究方向：工业设计。