摘要自從中國將“裝備制造業(yè)”列為國家發(fā)展戰(zhàn)略后，中國的裝備制造業(yè)取得了突飛猛進的發(fā)展，很多大型裝備的制造能力都已經(jīng)躍居世界先進水平，甚至成為世界的頂級水平，但中國制造業(yè)總體還是落后的，...

自從中國將“裝備制造業(yè)”列為國家發(fā)展戰(zhàn)略后，中國的裝備制造業(yè)取得了突飛猛進的發(fā)展，很多大型裝備的制造能力都已經(jīng)躍居世界先進水平，甚至成為世界的頂級水平，但中國制造業(yè)總體還是落后的，其落后就在于精密制造的落后。

超精密加工技術是現(xiàn)代高技術戰(zhàn)爭的重要支撐技術，是現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè)和科學技術的發(fā)展基礎，是現(xiàn)代制造科學的發(fā)展方向。

現(xiàn)代科學技術的發(fā)展以試驗為基礎，所需試驗儀器和設備幾乎無一不需要超精密加工技術的支撐。由宏觀制造進入微觀制造是未來制造業(yè)發(fā)展趨勢之一，當前超精密加工已進入納米尺度，納米制造是超精密加工前沿的課題。世界發(fā)達國家均予以高度重視。

01 超精密加工的發(fā)展階段

目前的超精密加工，以不改變工件材料物理特性為前提，以獲得極限的形狀精度、尺寸精度、表面粗糙度、表面完整性(無或極少的表面損傷，包括微裂紋等缺陷、殘余應力、組織變化)為目標。

超精密加工的研究內容，即影響超精密加工精度的各種因素包括：超精密加工機理、被加工材料、超精密加工設備、超精密加工工具、超精密加工夾具、超精密加工的檢測與誤差補償、超精密加工環(huán)境(包括恒溫、隔振、潔凈控制等)和超精密加工工藝等。一直以來，國內外學者圍繞這些內容展開了系統(tǒng)的研究。超精密加工的發(fā)展經(jīng)歷了如下三個階段。

1）20世紀50年代至80年代，美國率先發(fā)展了以單點金剛石切削為代表的超精密加工技術，用于航天、國防、天文等領域激光核聚變反射鏡、球面、非球面大型零件的加工。

2）20世紀80年代至90年代，進入民間工業(yè)的應用初期。美國的摩爾公司、普瑞泰克公司，日本的東芝和日立，以及歐洲的克蘭菲爾德等公司在政府的支持下，將超精密加工設備的商品化，開始用于民用精密光學鏡頭的制造。單超精密加工設備依然稀少而昂貴，主要以專用機的形式訂制。在這一時期還出現(xiàn)了可加工硬質金屬和硬脆材料的超精密金剛石磨削技術及磨床，但其加工效率無法和金剛石車床相比。

3）20世紀90年代后，民用超精密加工技術逐漸成熟。在汽車、能源、醫(yī)療器材、信息、光電和通信等產(chǎn)業(yè)的推動下，超精密加工技術廣泛應用于非球面光學鏡片、超精密模具、磁盤驅動器磁頭、磁盤基板、半導體基片等零件的加工。隨著超精密加工設備的相關技術，例如精密主軸部件、滾動導軌、靜壓導軌、微量進給驅動裝置、精密數(shù)控系統(tǒng)、激光精密檢測系統(tǒng)等逐漸成熟，超精密加工設備成為工業(yè)界常見的生產(chǎn)設備。此外，設備精度也逐漸接近納米級水平、可加工工件的尺寸范圍也變得更大，應用越來越廣泛。隨著數(shù)控技術的發(fā)展，還出現(xiàn)了超精密五軸銑削和飛切技術。已經(jīng)可以加工非軸對稱非球面等復雜零件。

02 國外超精密加工的發(fā)展情況

超精密加工技術在國際上處于領先地位的國家有美國、英國和日本。這些國家的超精密加工技術不僅總體成套水平高，而且商品化的程度也非常高。

美國50年代末發(fā)展了金剛石刀具的超精密切削技術，稱為“SPDT技術”（Single Point Dia-mond Turning）或“微英寸技術”（1微英寸＝0.025μm），并發(fā)展了相應的空氣軸承主軸的超精密機床，用于加工激光核聚變反射鏡、戰(zhàn)術導彈及載人飛船用球面、非球面大型零件等。

在大型超精密機床方面，美國的LLL國家實驗室于1986年研制成功兩臺大型超精金剛石車床：一臺為加工直徑2.1m的臥式DTM-3金剛石車床，另一臺為加工直徑1.65m的LODTM立式大型光學金剛石車床。其中，LODTM立式大型光學金剛石車床被公認為世界上精度最高的超精密機床。美國后來又研制出大型6軸數(shù)控精密研磨機，用于大型光學反射鏡的精密研磨加工。

英國克蘭菲爾德技術學院所屬的克蘭菲爾德精密工程研究所（簡稱CUPE）是英國超精密加工技術水平的獨特代表。如CUPE生產(chǎn)的Nanocentre（納米加工中心）既可進行超精密車削，又帶有磨頭，也可進行超精密磨削，加工工件的形狀精度可達0.1μm，表面粗糙度Ra Cranfield精密加工中心于1991年研制成功OAGM-2500多功能三坐標聯(lián)動數(shù)控磨床（工作臺面積2500mm×2500mm），可加工（磨削、車削）和測量精密自由曲面。該機床采用加工件拼合方法，還可加工出天文望遠鏡中直徑7.5m的大型反射鏡。

日本對超精密加工技術的研究相對于美、英來說起步較晚，但是當今世界上超精密加工技術發(fā)展最快的國家。

03 我國超精密加工的發(fā)展情況

在過去相當長一段時期，由于受到西方國家的禁運限制，我國進口國外超精密機床嚴重受限。但當1998年我國自己的數(shù)控超精密機床研制成功后，西方國家馬上對我國開禁，我國現(xiàn)在已經(jīng)進口了多臺超精密機床。

我國北京機床研究所、航空精密機械研究所（航空303）、哈爾濱工業(yè)大學、國防科技大學等單位現(xiàn)在已能生產(chǎn)若干種超精密數(shù)控金剛石機床。

北京機床研究所是國內進行超精密加工技術研究的主要單位之一，研制出了多種不同類型的超精密機床、部件和相關的高精度測試儀器等，如精度達0.025μm的精密軸承、JCS―027超精密車床、JCS―031超精密銑床、JCS―035超精密車床、超精密車床數(shù)控系統(tǒng)、復印機感光鼓加工機床、紅外大功率激光反射鏡、超精密振動－位移測微儀等，達到了國內領先、國際先進水平。