精密和超精密加工技術(shù)的新進展

精密和超精密加工技術(shù)的新進展一、本文概述隨著科技的不斷進步和工業(yè)的快速發(fā)展，精密和超精密加工技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中的地位日益凸顯。這些技術(shù)不僅關(guān)乎產(chǎn)品質(zhì)量和性能，更在很大程度上決定了產(chǎn)品的競爭力和市場地位。本文旨在全面概述精密和超精密加工技術(shù)的最新進展，包括其定義、應(yīng)用領(lǐng)域、主要技術(shù)方法以及面臨的挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展趨勢。通過深入剖析這些技術(shù)的核心原理和應(yīng)用實例，我們期望能為相關(guān)領(lǐng)域的科研工作者和工程師提供有價值的參考，共同推動精密和超精密加工技術(shù)的進一步發(fā)展。二、精密和超精密加工技術(shù)的現(xiàn)狀隨著科技的不斷進步和制造業(yè)的飛速發(fā)展，精密和超精密加工技術(shù)在全球范圍內(nèi)受到了廣泛的關(guān)注。這種關(guān)注主要源于其在航空、汽車、半導(dǎo)體、光學(xué)、醫(yī)療等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。精密和超精密加工技術(shù)不僅提高了產(chǎn)品的精度和質(zhì)量，還降低了生產(chǎn)成本，推動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。目前，精密和超精密加工技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的進步。在材料去除方面，超精密磨削、超精密車削、超精密銑削等技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。這些技術(shù)能夠在微米甚至納米級別上精確地去除材料，實現(xiàn)高精度的加工。非傳統(tǒng)加工技術(shù)，如激光加工、離子束加工、電子束加工等也在精密和超精密加工領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。在表面處理技術(shù)方面，精密和超精密加工技術(shù)也取得了重要突破。例如，原子層沉積（ALD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）等技術(shù)，能夠在納米尺度上精確地控制材料表面的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，從而滿足各種特定應(yīng)用的需求。精密和超精密加工技術(shù)的發(fā)展還離不開先進的測量和檢測設(shè)備?，F(xiàn)代的光學(xué)干涉儀、掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）等設(shè)備，為精密和超精密加工提供了精確的檢測手段，保證了加工質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性。然而，盡管精密和超精密加工技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的進展，但仍面臨著許多挑戰(zhàn)。例如，如何進一步提高加工精度、如何降低加工成本、如何擴大應(yīng)用范圍等，都是當(dāng)前和未來一段時間內(nèi)需要解決的關(guān)鍵問題。因此，我們需要不斷地進行研究和創(chuàng)新，推動精密和超精密加工技術(shù)的進一步發(fā)展。三、精密和超精密加工技術(shù)的新進展近年來，精密和超精密加工技術(shù)取得了顯著的進展，這些進步不僅拓寬了加工領(lǐng)域的邊界，還極大地提升了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。特別是在新材料、新工藝和智能化技術(shù)的推動下，精密和超精密加工技術(shù)正向著更高精度、更高效率、更低能耗的方向發(fā)展。新材料的應(yīng)用為精密和超精密加工技術(shù)帶來了革命性的變革。例如，碳納米管、石墨烯等新型納米材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和熱學(xué)性能，使得加工過程中的切削力、切削熱等問題得到有效解決。同時，這些新材料的高硬度、高強度特性也使得加工表面的質(zhì)量和精度得到顯著提升。新工藝的研發(fā)同樣推動了精密和超精密加工技術(shù)的發(fā)展。干式切削、高速切削、復(fù)合加工等新型工藝技術(shù)的出現(xiàn)，使得加工過程更加高效、環(huán)保。這些新工藝不僅提高了加工精度，還降低了能源消耗和環(huán)境污染，對于實現(xiàn)綠色制造具有重要意義。智能化技術(shù)也為精密和超精密加工技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。通過引入、機器學(xué)習(xí)等先進技術(shù)，加工過程可以實現(xiàn)自適應(yīng)控制、在線監(jiān)測和預(yù)測維護等功能。這不僅提高了加工過程的穩(wěn)定性和可靠性，還使得加工效率和質(zhì)量得到了顯著提升。精密和超精密加工技術(shù)在新材料、新工藝和智能化技術(shù)的推動下取得了顯著的進展。未來，隨著科技的不斷進步和創(chuàng)新，我們有理由相信，精密和超精密加工技術(shù)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為人類社會的發(fā)展做出更大的貢獻。四、精密和超精密加工技術(shù)的應(yīng)用案例精密和超精密加工技術(shù)在多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，從精密機械制造業(yè)到微電子產(chǎn)業(yè)，從航空航天到生物醫(yī)療，其影響深遠(yuǎn)而廣泛。以下，我們將詳細(xì)介紹幾個具體的應(yīng)用案例。精密和超精密加工技術(shù)在半導(dǎo)體制造業(yè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在半導(dǎo)體芯片的制造過程中，需要用到納米級的加工精度來制作電路圖案和微結(jié)構(gòu)。通過精密的切割、研磨和拋光等工藝，可以制造出高質(zhì)量的芯片，從而推動電子產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性的提升。精密加工技術(shù)在航空航天領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。飛機和航天器的關(guān)鍵部件，如發(fā)動機葉片、渦輪盤等，都需要通過精密加工技術(shù)來制造。這些部件的精度和性能直接影響到飛機和航天器的運行效率和安全性。超精密加工技術(shù)在光學(xué)元件的制造中也有重要的應(yīng)用。例如，激光器的反射鏡、透鏡以及光柵等，都需要極高的表面光潔度和精度來保證激光的穩(wěn)定性和效率。超精密加工技術(shù)的發(fā)展，為光學(xué)元件的制造提供了更強大的支持。精密和超精密加工技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。例如，人工關(guān)節(jié)、牙科植入物等醫(yī)療設(shè)備的制造，需要保證極高的精度和生物相容性。通過精密加工技術(shù)，可以制造出更符合人體工學(xué)、更舒適、更耐用的醫(yī)療設(shè)備，為患者提供更好的治療效果。精密和超精密加工技術(shù)的應(yīng)用案例豐富多樣，其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用都推動了科技進步和社會發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進步，精密和超精密加工技術(shù)的應(yīng)用將會更加廣泛，對人類生活的影響也將更加深遠(yuǎn)。五、精密和超精密加工技術(shù)的未來發(fā)展趨勢隨著科技的飛速發(fā)展和制造業(yè)的不斷進步，精密和超精密加工技術(shù)將持續(xù)引領(lǐng)制造業(yè)的創(chuàng)新和變革。展望未來，精密和超精密加工技術(shù)的發(fā)展趨勢將主要體現(xiàn)在以下幾個方面：技術(shù)集成化將成為主流。精密和超精密加工技術(shù)將與信息技術(shù)、自動化技術(shù)、新材料技術(shù)等領(lǐng)域深度融合，形成集成化的制造技術(shù)體系。這種集成化不僅將提高加工精度和效率，還將提升整個制造過程的智能化和柔性化水平。加工設(shè)備的高端化和智能化將成為重要趨勢。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)的應(yīng)用，精密和超精密加工設(shè)備將具備更高的自動化、智能化水平。設(shè)備將能夠根據(jù)加工任務(wù)自動調(diào)整參數(shù)、優(yōu)化工藝，實現(xiàn)加工過程的自我監(jiān)控和自我調(diào)整。再次，加工材料的多樣化和新型化將推動精密和超精密加工技術(shù)的發(fā)展。隨著新材料技術(shù)的突破，越來越多的新型材料將應(yīng)用于精密和超精密加工領(lǐng)域。這些新材料往往具有優(yōu)異的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，對加工技術(shù)提出了更高的要求，同時也為精密和超精密加工技術(shù)的發(fā)展提供了更廣闊的空間。環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展將成為精密和超精密加工技術(shù)發(fā)展的重要方向。隨著全球環(huán)保意識的提升，精密和超精密加工技術(shù)將更加注重環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。通過優(yōu)化工藝、減少能耗、提高資源利用率等措施，精密和超精密加工技術(shù)將為制造業(yè)的綠色發(fā)展貢獻力量。精密和超精密加工技術(shù)作為現(xiàn)代制造業(yè)的核心技術(shù)之一，將持續(xù)引領(lǐng)制造業(yè)的創(chuàng)新和變革。未來，隨著技術(shù)集成化、設(shè)備高端化和智能化、材料多樣化和新型化以及環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的推動，精密和超精密加工技術(shù)將迎來更加廣闊的發(fā)展前景。六、結(jié)論隨著科技的不斷進步，精密和超精密加工技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中的地位日益凸顯。本文綜述了近年來精密和超精密加工技術(shù)的最新進展，包括新型加工方法、材料應(yīng)用、設(shè)備創(chuàng)新以及智能化和自動化技術(shù)的發(fā)展。這些新進展不僅提高了加工精度和效率，還擴展了精密和超精密加工技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，為制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供了強有力的技術(shù)支撐。新型加工方法如納米壓印、飛秒激光加工等，以其獨特的加工原理和優(yōu)異的加工性能，為精密和超精密加工領(lǐng)域帶來了新的突破。同時，新型材料和復(fù)合材料的出現(xiàn)，為精密和超精密加工提供了更廣闊的應(yīng)用空間。在設(shè)備創(chuàng)新方面，高精度機床、超精密測量儀器以及智能化控制系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用，顯著提升了精密和超精密加工的穩(wěn)定性和可靠性。隨著和大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，精密和超精密加工技術(shù)的智能化和自動化水平也在不斷提高，為制造業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型提供了有力支持。然而，精密和超精密加工技術(shù)的發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如加工精度和效率的進一步提高、新型材料和復(fù)合材料的加工難題、以及智能化和自動化技術(shù)的進一步完善等。未來，我們需要在不斷深入研究的基礎(chǔ)上，加強技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級，推動精密和超精密加工技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和廣泛應(yīng)用，為制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展做出更大貢獻。參考資料：隨著科技的快速發(fā)展，超精密加工技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的重要組成部分。超精密加工技術(shù)是指在制造過程中，通過采用非常先進的工藝方法和技術(shù)手段，實現(xiàn)高精度、高效率和高速度的加工。本文旨在綜述超精密加工技術(shù)的特點、應(yīng)用和發(fā)展趨勢，為相關(guān)領(lǐng)域的研究和實踐提供參考。超精密加工技術(shù)具有高精度、高效率和高速度的特點，能夠在非常小的區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)復(fù)雜的三維形狀和表面粗糙度的加工。超精密加工技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛，涉及到航空航天、軍事、醫(yī)療、光學(xué)、微電子等領(lǐng)域。超精密加工技術(shù)的實現(xiàn)需要先進的機床設(shè)備、工具和工藝方法，以及高度的技術(shù)水平和嚴(yán)格的質(zhì)量控制。超精密切削加工：通過采用非常鋒利的切削刃和極高的切削速度，實現(xiàn)高精度、高效率和高速度的加工。超精密切削加工主要用于各種材料的切割、銑削和車削等。超精密磨削加工：通過采用先進的磨削方法和砂輪，實現(xiàn)高精度、高效率和高速度的加工。超精密磨削加工主要用于各種材料的表面磨削和切割等。超精密光整加工：通過采用非常細(xì)的研磨粒子和拋光方法，實現(xiàn)高精度、高效率和高速度的表面光潔度加工。超精密光整加工主要用于各種材料的表面光潔度和鏡面加工等。超精密特種加工：通過采用非常特殊的加工方法和工藝，實現(xiàn)高精度、高效率和高速度的加工。超精密特種加工包括激光加工、水射流加工、電火花加工等技術(shù)。下面以超精密光學(xué)元件加工為例，說明超精密加工技術(shù)的應(yīng)用。在光學(xué)元件加工中，超精密加工技術(shù)需要實現(xiàn)對光學(xué)元件表面的高精度、高效率和高速度的加工，以滿足光學(xué)元件的精度和光潔度要求。在實際應(yīng)用中，超精密光學(xué)元件加工需要采用先進的機床設(shè)備、工具和工藝方法，如超精密切削、超精密磨削和超精密光整等。通過對光學(xué)元件表面進行超精密加工，可以提高光學(xué)元件的成像質(zhì)量和透光率，從而在軍事、航空航天和醫(yī)療等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著科技的不斷發(fā)展，超精密加工技術(shù)也在不斷創(chuàng)新和進步。未來，超精密加工技術(shù)將面臨以下趨勢和挑戰(zhàn)：精度提高：隨著制造業(yè)的發(fā)展，對超精密加工技術(shù)的精度要求越來越高。未來，需要研發(fā)更先進的工藝方法和設(shè)備，以實現(xiàn)更高精度的加工。復(fù)合加工：為了滿足復(fù)雜形狀和表面粗糙度的加工需求，需要發(fā)展復(fù)合加工技術(shù)，將超精密切削、磨削、光整和特種加工等方法相結(jié)合，實現(xiàn)高效、高精度和高速度的加工。智能化加工：利用人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)超精密加工技術(shù)的智能化，提高生產(chǎn)效率、降低成本、優(yōu)化工藝流程，以滿足不斷變化的市場需求。綠色制造：在追求高效率和高精度的同時，需要考慮環(huán)保和節(jié)能問題。因此，需要研究綠色制造技術(shù)，減少超精密加工過程中的材料浪費和環(huán)境污染。跨領(lǐng)域合作：超精密加工技術(shù)的應(yīng)用范圍廣泛，涉及到多個領(lǐng)域。未來，需要加強不同領(lǐng)域之間的合作，共同推動超精密加工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。結(jié)論本文對超精密加工技術(shù)進行了綜述，介紹了其特點、應(yīng)用范圍和發(fā)展趨勢。通過對超精密加工技術(shù)的分類討論和具體應(yīng)用實例的分析，表明超精密加工技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中的重要地位和作用。展望了超精密加工技術(shù)的未來發(fā)展趨勢和挑戰(zhàn)，提出了未來研究方向的建議。本文對超精密加工技術(shù)的綜合分析和綜述，有助于對該領(lǐng)域有更深入的認(rèn)識和理解，對相關(guān)領(lǐng)域的研究和實踐具有一定的參考價值。超精密加工技術(shù)是指利用先進的制造工藝和機床，實現(xiàn)對工件進行極高精度加工的技術(shù)。隨著科技的不斷進步，超精密加工技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文將介紹超精密加工技術(shù)的現(xiàn)狀、展望、應(yīng)用前景以及未來研究方向。目前，超精密加工技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、航天、軍事、汽車、電子等領(lǐng)域。常見的超精密加工技術(shù)包括超精密切削、超精密磨削、超精密拋光、納米加工等。這些技術(shù)手段都能夠?qū)崿F(xiàn)對工件進行高精度、高效率的加工，但是也存在一定的局限性。比如，超精密切削需要使用高精度機床和刀具，加工過程復(fù)雜，成本較高；超精密磨削和拋光則需要耗費大量的時間和精力，加工效率低下。未來，超精密加工技術(shù)將朝著更高的精度、更廣的應(yīng)用領(lǐng)域和更低的成本方向發(fā)展。一方面，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，超精密加工技術(shù)的精度將達到納米級別，實現(xiàn)更小尺寸的加工；另一方面，隨著人工智能、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)的引入，超精密加工技術(shù)的自動化程度將得到提高，降低對人工操作的依賴，提高生產(chǎn)效率。新材料和新工藝的應(yīng)用也將為超精密加工技術(shù)的發(fā)展帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。超精密加工技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣泛。在航空航天領(lǐng)域，超精密加工技術(shù)可以用于制造高精度的航空發(fā)動機和航天器部件，提高性能和可靠性；在汽車領(lǐng)域，超精密加工技術(shù)可以用于制造燃油噴射系統(tǒng)、缸體、曲軸等高精度零部件，提高汽車的動力性和燃油經(jīng)濟性；在電子領(lǐng)域，超精密加工技術(shù)可以用于制造集成電路、微電機系統(tǒng)等高精度元器件，提高電子設(shè)備的性能和可靠性。除了以上領(lǐng)域，超精密加工技術(shù)還可以應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、光學(xué)、量子等領(lǐng)域。比如，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，超精密加工技術(shù)可以用于制造人工關(guān)節(jié)、血管等高精度醫(yī)療器械，提高醫(yī)療水平和治療效果；在光學(xué)領(lǐng)域，超精密加工技術(shù)可以用于制造高精度的光學(xué)元件和鏡頭，提高光學(xué)設(shè)備的性能和穩(wěn)定性；在量子領(lǐng)域，超精密加工技術(shù)可以用于制造高精度的量子芯片和量子器件，推動量子科技的發(fā)展。超精密加工技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一，具有極高的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟價值。本文通過對超精密加工技術(shù)的現(xiàn)狀和展望進行分析，闡述了其重要性和發(fā)展前景。未來，超精密加工技術(shù)將朝著更高精度、更廣應(yīng)用領(lǐng)域和更低成本方向發(fā)展，同時還將面臨新材料和新工藝的應(yīng)用所帶來的挑戰(zhàn)。因此，我們需要加強研發(fā)投入，提高自主創(chuàng)新能力，推動超精密加工技術(shù)的不斷發(fā)展，為我國制造業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供強有力的技術(shù)支撐。20世紀(jì)60年代為了適應(yīng)核能、大規(guī)模集成電路、激光和航天等尖端技術(shù)的需要而發(fā)展起來的精度極高的一種加工技術(shù)。到80年代初，其最高加工尺寸精度已可達10納米（1納米=001微米）級，表面粗糙度達1納米，加工的最小尺寸達1微米，正在向納米級加工尺寸精度的目標(biāo)前進。納米級的超精密加工也稱為納米工藝(nano-technology)。超精密加工是處于發(fā)展中的跨學(xué)科綜合技術(shù)。20世紀(jì)50年代至80年代為技術(shù)開創(chuàng)期。20世紀(jì)50年代末，出于航天、國防等尖端技術(shù)發(fā)展的需要，美國率先發(fā)展了超精密加工技術(shù)，開發(fā)了金剛石刀具超精密切削——單點金剛石切削(Singlepointdiamondturning，SPDT)技術(shù)，又稱為“微英寸技術(shù)”，用于加工激光核聚變反射鏡、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈及載人飛船用球面、非球面大型零件等。20世紀(jì)60年代為了適應(yīng)核能、大規(guī)模集成電路、激光和航天等尖端技術(shù)的需要而發(fā)展起來的精度極高的加工技術(shù)。超精密加工的精度比傳統(tǒng)的精密加工提高了一個以上的數(shù)量級。到20世紀(jì)80年代，加工尺寸精度可達10納米(1×10-8米)，表面粗糙度達1納米。超精密加工對工件材質(zhì)、加工設(shè)備、工具、測量和環(huán)境等條件都有特殊的要求，需要綜合應(yīng)用精密機械、精密測量、精密伺服系統(tǒng)、計算機控制以及其他先進技術(shù)。工件材質(zhì)必須極為細(xì)致均勻，并經(jīng)適當(dāng)處理以消除內(nèi)部殘余應(yīng)力,保證高度的尺寸穩(wěn)定性,防止加工后發(fā)生變形。加工設(shè)備要有極高的運動精度，導(dǎo)軌直線性和主軸回轉(zhuǎn)精度要達到1微米級,微量進給和定位精度要達到01微米級。對環(huán)境條件要求嚴(yán)格，須保持恒溫、恒濕和空氣潔凈，并采取有效的防振措施。加工系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差和隨機誤差都應(yīng)控制在1微米級或更小。這些條件是靠綜合應(yīng)用精密機械、精密測量、精密伺服系統(tǒng)和計算機控制等各種先進技術(shù)獲得的。主要有超精密車削、鏡面磨削和研磨等。在超精密車床上用經(jīng)過精細(xì)研磨的單晶金剛石車刀進行微量車削,切削厚度僅1微米左右，常用于加工有色金屬材料的球面、非球面和平面的反射鏡等高精度、表面高度光潔的零件。例如加工核聚變裝置用的直徑為800毫米的非球面反射鏡，最高精度可達1微米，表面粗糙度為Rz05微米。加工精度以納米，甚至最終以原子單位(原子晶格距離為1～2納米)為目標(biāo)時，切削加工方法已不能適應(yīng)，需要借助特種加工的方法，即應(yīng)用化學(xué)能、電化學(xué)能、熱能或電能等，使這些能量超越原子間的結(jié)合能，從而去除工件表面的部分原子間的附著、結(jié)合或晶格變形，以達到超精密加工的目的。屬于這類加工的有機械化學(xué)拋光、離子濺射和離子注入、電子束曝射、激光束加工、金屬蒸鍍和分子束外延等。這些方法的特點是對表面層物質(zhì)去除或添加的量可以作極細(xì)微的控制。但是要獲得超精密的加工精度，仍有賴于精密的加工設(shè)備和精確的控制系統(tǒng)，并采用超精密掩膜作中介物。例如超大規(guī)模集成電路的制版就是采用電子束對掩膜上的光致抗蝕劑（見光刻）進行曝射，使光致抗蝕劑的原子在電子撞擊下直接聚合(或分解)，再用顯影劑把聚合過的或未聚合過的部分溶解掉，制成掩膜。電子束曝射制版需要采用工作臺定位精度高達±01微米的超精密加工設(shè)備。傳統(tǒng)的機械加工方法(普通加工)與精密和超精密加工方法一樣。隨著新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備以及新的測試技術(shù)和儀器的采用，其加工精度都在不斷地提高。加工精度的不斷提高，反映了加工工件時材料的分割水平不斷由宏觀進入微觀世界的發(fā)展趨勢。隨著時間的進展，原來認(rèn)為是難以達到的加工精度會變得相對容易。因此，普通加工、精密加工和超精密加工只是一個相對概念?其間的界限隨著時間的推移不斷變化。精密切削與超精密加工的典型代表是金剛石切削。以金剛石切削為例。其刀刃口圓弧半徑一直在向更小的方向發(fā)展。因為它的大小直接影響到被加工表面的粗糙度，與光學(xué)鏡面的反射率直接有關(guān)，對儀器設(shè)備的反射率要求越來越高。如激光陀螺反射鏡的反射率已提出要達到99%，這就必然要求金剛石刀具更加鋒利。為了進行切極薄試驗，目標(biāo)是達到切屑厚度nm，其刀具刃口圓弧半徑應(yīng)趨近4nm。為了達到這個高度，促使金剛石研磨機改變了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。其中主軸軸承采用了空氣軸承作為支承，研磨盤的端面跳動可在機床上自行修正，使其端面跳動控制在5μm以下。刀具方面，采用金剛石砂輪，控制背吃刀量和進給量，在超精密磨床上，可以進行延性方式磨削，即納米磨削。即使是玻璃的表面也可以獲得光學(xué)鏡面。2精密加工和超精密加工的發(fā)展趨勢從長遠(yuǎn)發(fā)展的觀點來看，制造技術(shù)是當(dāng)前世界各國發(fā)展國民經(jīng)濟的主攻方向和戰(zhàn)略決策，是一個國家經(jīng)濟發(fā)展的重要手段之一，同時又是一個國家獨立自主、繁榮昌盛、經(jīng)濟上持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展、科技上保持領(lǐng)先的長遠(yuǎn)大計?？萍嫉陌l(fā)展對精密加工和超精密加工技術(shù)也提出了更高的要求。從大到天體望遠(yuǎn)鏡的透鏡，小到大規(guī)模集成電路線寬μm要求的微細(xì)工程和微機械的微納米尺寸零件，不論體積大小，其最高尺寸精度都趨近于納米;零件形狀也日益復(fù)雜化，各種非球面已是當(dāng)前非常典型的幾何形狀。微機械技術(shù)為超精密制造技術(shù)引來一種嶄新的態(tài)勢?它的微細(xì)程度使傳統(tǒng)的制造技術(shù)面臨一種新的挑戰(zhàn)，促進了各種產(chǎn)品技術(shù)性能的提高，發(fā)展過程呈現(xiàn)出螺旋式循環(huán)發(fā)展，直接對科學(xué)技術(shù)的進步和人類文明作出貢獻。對產(chǎn)品高質(zhì)量、小型化、高可靠性和高性能的追求，使超精密加工技術(shù)得以迅速發(fā)展，現(xiàn)已成為現(xiàn)代制造工業(yè)的重要組成部分。高精度與高效率精密加工和超精密加工雖能獲得極高的表面質(zhì)量和表面完整性，但以犧牲加工效率為保證。探索能兼顧效率與精度的加工方法?成為超精密加工領(lǐng)球研究人員的目標(biāo)。如半固著磨粒加工、電解磁力研磨、磁流變磨料流加工等復(fù)合加工方法的誕生。我國精密和超精密加工發(fā)展策略我國精密和超精密加工經(jīng)過數(shù)十年的努力，日趨成熟。不論是精密機床、金剛石工具，還是精密加工工藝已形成了一整套完整的精密制造技術(shù)系統(tǒng)，為推動機械制造向更高層次發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。正在向納米級精度或毫微米精度邁進，其前景十分令人鼓舞。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和市場競爭日益激烈?越來越多的制造業(yè)開始將大量的人力、財力和物力投入先進的制造技術(shù)和先進的制造模式的研究和實施策略之中。(1)20世紀(jì)50年代至80年代為技術(shù)開創(chuàng)期。20世紀(jì)50年代末，出于航天、國防等尖端技術(shù)發(fā)展的需要，美國率先發(fā)展了超精密加工技術(shù)，開發(fā)了金剛石刀具超精密切削——單點金剛石切削(Singlepointdiamondtuming，SPDT)技術(shù)，又稱為“微英寸技術(shù)”，用于加工激光核聚變反射鏡、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈及載人飛船用球面、非球面大型零件等。從1966年起，美國的unionCarbide公司、荷蘭Philips公司和美國LawrenceLivemoreLaboratories陸續(xù)推出各自的超精密金剛石車床，但其應(yīng)用限于少數(shù)大公司與研究單位的試驗研究，并以國防用途或科學(xué)研究用途的產(chǎn)品加工為主。這一時期，金剛石車床主要用于銅、鋁等軟金屬的加工，也可以加工形狀較復(fù)雜的工件，但只限于軸對稱形狀的工件例如非球面鏡等。(2)20世紀(jì)80年代至90年代為民間工業(yè)應(yīng)用初期。在20世紀(jì)80年代，美國政府推動數(shù)家民間公司MooreSpecialTool和PneumoPrecision公司開始超精密加工設(shè)備的商品化，而日本數(shù)家公司如Toshiba和Hitachi與歐洲的Cmfield大學(xué)等也陸續(xù)推出產(chǎn)品，這些設(shè)備開始面向一般民間工業(yè)光學(xué)組件商品的制造。但此時的超精密加工設(shè)備依然高貴而稀少，主要以專用機的形式訂作。在這一時期，除了加工軟質(zhì)金屬的金剛石車床外，可加工硬質(zhì)金屬和硬脆性材料的超精密金剛石磨削也被開發(fā)出來。該技術(shù)特點是使用高剛性機構(gòu)，以極小切深對脆性材料進行延性研磨，可使硬質(zhì)金屬和脆性材料獲得納米級表面粗糙度。當(dāng)然，其加工效率和機構(gòu)的復(fù)雜性無法和金剛石車床相比。20世紀(jì)80年代后期，美國通過能源部“激光核聚變項目”和陸、海、空三軍“先進制造技術(shù)開發(fā)計劃”對超精密金剛石切削機床的開發(fā)研究，投入了巨額資金和大量人力，實現(xiàn)了大型零件的微英寸超精密加工。美國LLNL國家實驗室研制出的大型光學(xué)金剛石車床(Largeopticsdiamondturningmachine，LODTM)成為超精密加工史上的經(jīng)典之作。這是一臺最大加工直徑為1．625m的立式車床，定位精度可達28nm，借助在線誤差補償能力，可實現(xiàn)長度超過1m、而直線度誤差只有士25nm的加工。(3)20世紀(jì)90年代至今為民間工業(yè)應(yīng)用成熟期。從1990年起，由于汽車、能源、醫(yī)療器材、信息、光電和通信等產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，超精密加工機的需求急劇增加，在工業(yè)界的應(yīng)用包括非球面光學(xué)鏡片、Fresnel鏡片、超精密模具、磁盤驅(qū)動器磁頭、磁盤基板加工、半導(dǎo)體晶片切割等。在這一時期，超精密加工設(shè)備的相關(guān)技術(shù)，例如控制器、激光干涉儀、空氣軸承精密主軸、空氣軸承導(dǎo)軌、油壓軸承導(dǎo)軌、摩擦驅(qū)動進給軸也逐漸成熟，超精密加工設(shè)備變?yōu)楣I(yè)界常見的生產(chǎn)機器設(shè)備，許多公司，甚至是小公司也紛紛推出量產(chǎn)型設(shè)備。設(shè)備精度也逐漸接近納米級水平，加工行程變得更大，加工應(yīng)用也逐漸增廣，除了金剛石車床和超精密研磨外，超精密五軸銑削和飛切技術(shù)也被開發(fā)出來，并且可以加工非軸對稱非球面的光學(xué)鏡片。世界上的超精密加工強國以歐美和日本為先，但兩者的研究重點并不一樣。歐美出于對能源或空間開發(fā)的重視，特別是美國，幾十年來不斷投入巨額經(jīng)費，對大型紫外線、x射線探測望遠(yuǎn)鏡的大口徑反射鏡的加工進行研究。如美國太空署(NASA)推動的太空開發(fā)計劃，以制作1m以上反射鏡為目標(biāo)，目的是探測x射線等短波(O．1～30nm)。由于射線能量密度高，必須使反射鏡表面粗糙度達到埃級來提高反射率。此類反射鏡的材料為質(zhì)量輕且熱傳導(dǎo)性良好的碳化硅，但碳化硅硬度很高，須使用超精密研磨加工等方法。日本對超精密加工技術(shù)的研究相對美、英來說起步較晚，卻是當(dāng)今世界上超精密加工技術(shù)發(fā)展最快的國家。日本超精密加工的應(yīng)用對象大部分是民用產(chǎn)品，包括辦公自動化設(shè)備、視像設(shè)備、精密測量儀器、醫(yī)療器械和人造器官等。日本在聲、光、圖像、辦公設(shè)備中的小型、超小型電子和光學(xué)零件的超精密加工技術(shù)方面，具有優(yōu)勢，甚至超過了美國。日本超精密加工最初從鋁、銅輪轂的金剛石切削開始，而后集中于計算機硬盤磁片的大批量生產(chǎn)，隨后是用于激光打印機等設(shè)備的多面鏡的快速金剛石切削，之后是非球面透鏡等光學(xué)元件的超精密切削。l982年上市的EastnlanKodak數(shù)碼相機使用的一枚非球面透鏡引起了日本產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，因為1枚非球面透鏡至少可替代3枚球面透鏡，光學(xué)成像系統(tǒng)因而小型化、輕質(zhì)化，可廣泛應(yīng)用于照相機、錄像機、工業(yè)電視、機器人視覺、CD、VCD、DvD、投影儀等光電產(chǎn)品。因而，非球面透鏡的精密成形加工成為日本光學(xué)產(chǎn)業(yè)界的研究熱點。盡管隨時代的變化，超精密加工技術(shù)不斷更新，加工精度不斷提高，各國之間的研究側(cè)重點有所不同，但促進超精密加工發(fā)展的因素在本質(zhì)上是相同的。這些因素可歸結(jié)如下。(1)對產(chǎn)品高質(zhì)量的追求。為使磁片存儲密度更高或鏡片光學(xué)性能更好，就必須獲得粗糙度更低的表面。為使電子元件的功能正常發(fā)揮，就要求加工后的表面不能殘留加工變質(zhì)層。按美國微電子技術(shù)協(xié)會(SIA)提出的技術(shù)要求，下一代計算機硬盤的磁頭要求表面粗糙度Ra≤0．2nm，磁盤要求表面劃痕深度h≤lnm，表面粗糙度Ra≤0．1nmp。1983年TANIGUCHI對各時期的加工精度進行了總結(jié)并對其發(fā)展趨勢進行了預(yù)測，以此為基礎(chǔ)，BYRNE描繪了20世紀(jì)40年代后加工精度的發(fā)展。(2)對產(chǎn)品小型化的追求。伴隨著加工精度提高的是工程零部件尺寸的減小。從1989～2001年，從6．2kg降低到1．8kg。電子電路高集成化要求降低硅晶片表面粗糙度、提高電路曝光用鏡片的精度、半導(dǎo)體制造設(shè)備的運動精度。零部件的小型化意味著表面積與體積的比值不斷增加，工件的表面質(zhì)量及其完整性越來越重要。(3)對產(chǎn)品高可靠性的追求。對軸承等一邊承受載荷一邊做相對運動的零件，降低表面粗糙度可改善零件的耐磨損性，提高其工作穩(wěn)定性、延長使用壽命。高速高精密軸承中使用的Si3N4。陶瓷球的表面粗糙度要求達到數(shù)納米。加工變質(zhì)層的化學(xué)性質(zhì)活潑，易受腐蝕，所以從提高零件耐腐蝕能力的角度出發(fā)，要求加工產(chǎn)生的變質(zhì)層盡量小。(4)對產(chǎn)品高性能的追求。機構(gòu)運動精度的提高，有利于減緩力學(xué)性能的波動、降低振動和噪聲。對內(nèi)燃機等要求高密封性的機械，良好的表面粗糙度可減少泄露而降低損失。二戰(zhàn)后，航空航天工業(yè)要求部分零件在高溫環(huán)境下工作，因而