超精密机床的应用和发展

代 机 械 加 工 设 备 的 要 求 也 越 来 越 高 １超 精 密 数 控 机 。
床 的 出 现 ， 解 决 当 今 世 界 超 精 密 零 部 件 的 加 工 提 供 为 了有 力 的 保 证 。 精 密 数 控 机 床 关 键 部 件 对 机 床 精 度 超 具 有 决 定 性 的 影 响 ， 要 包 括 数 控 装 置 、 给 伺 服 驱 动 主 进 装置 、 轴部 件 、 置检 测和反 馈元件 、 床导轨 等 。 主 位 机
１ 超 精 密 数 控 机 床 关 键 部 件
１ 数 控 装 置 。 前 世 界 上 著 名 的 数 控 设 备 生 产 厂 ） 目
家 主 要 有 日本 的 Ｆ ＡＮＵＣ、 国 的 Ｓ Ｅ 德 Ｉ ＭＥ ＮＳ、 班 牙 的 西
Ｆ ＡＧＯＲ 以 及 美 国 ＨＡ ＡＳ 等 ， 中 最 早 生 产 的 主 要 是 日 其
伺 服 电 动 机 和 伺 服 驱 动 器 。 本 Ｆ ＮＵＣ 生 产 的 仪 日 Ａ ｉ系 列 伺 服 电 动 机 配 置 了 ｌ６ ０ ｆ 冲 ／ ０￣ 脉 ｒ的 高 分 辨 率 编 码 器 （ 度 达 到 纳 米 级 ） 其 生 产 的 直 线 电 机 （ ＡＮＵＣ 精 ； Ｆ Ｌ Ｎ ＡＲ Ｔ ｉ 系 列 ） 在 机 械 结 构 上 无 须 使 用 如 ＩＥ ＭＯ ＯＲ ＬＳ ， 滚 珠 丝 杠 等 执 行 元 件 ， 可 获 得 伺 服 系 统 的高 刚 性 ， 即 实 现 高 增 益 、 精 度 ， 时 简 化 机 械 结 构 的 维 修 。 于 大 高 同 对 行 程 进 给 轴 ， 以 通 过 在 一 块 磁 铁 板 上 安 装 多 个 线 圈 可 来 实 现 多 头 配 置 以及 增 加 推 力 ， 实 现 旋 转 电机 很 难 可

精密和超精密加工的机床设备技术引言精密和超精密加工技术在现代制造业中扮演着重要的角色。

为了满足高质量、高精度、高效率的加工需求，机床设备技术不断得到改进和发展。

本文将介绍精密和超精密加工的机床设备技术，并探讨其在制造业中的应用。

1. 精密加工的机床设备技术精密加工是指在工程加工中，对尺寸精度和表面质量要求较高的加工方法。

精密加工的关键在于机床设备的稳定性、刚性和精度。

以下是精密加工机床设备的几个关键技术：1.1 数控技术数控技术是精密加工中最为关键的技术之一。

通过数控技术，可以实现机床的高精度和高效率加工。

数控技术的应用可以大大提高生产效率，并且减少操作人员的工作强度。

1.2 精密传动系统精密传动系统是精密加工机床设备的核心组成部分。

精密传动系统的设计与制造涉及到轴承、传动装置、伺服驱动装置等多个方面。

通过精确的传动系统，可以提高机床的精度和稳定性。

1.3 线性驱动技术线性驱动技术是现代机床设备中的重要发展方向之一。

相比传统的滚动轴承驱动，线性驱动技术能够实现更高的速度和更高的精度。

线性驱动技术可以用于各种类型的机床设备，包括数控机床和超精密加工机床。

2. 超精密加工的机床设备技术超精密加工是指在微米甚至纳米级别下进行加工的技术。

超精密加工在光学、光电子、半导体等领域具有重要的应用。

以下是超精密加工机床设备技术的几个关键技术：2.1 超精密控制系统超精密控制系统是实现超精密加工的关键技术之一。

通过超精密控制系统，可以实现对微小位移和应力的精确控制。

超精密控制系统需要具备高精度、高灵敏度和高稳定性的特点。

2.2 超精密磨削技术超精密磨削技术是超精密加工的核心技术之一。

超精密磨削技术可以实现对工件表面的精确修整和光洁度的提高。

超精密磨削技术需要借助特殊材料和磨削工具，并配合高精度的机床设备。

2.3 超精密检测技术超精密加工过程中，对工件的检测和测量要求非常高。

超精密检测技术可以实现对工件尺寸、形状和表面质量的高精度测量。

特点
高精度、高效率、高表面质量、 低误差、低能耗等。
应用领域
01
02
03
04
航空航天
制造飞机发动机叶片、涡轮盘 等关键部件。
汽车制造
加工发动机缸体、曲轴等精密 零部件。
能源领域
制造核聚变反应堆中的超导线 圈、太阳能电池板等。
医疗器械
制造人工关节、牙科种植体等 医疗器件。
发展历程与趋势
发展历程
从20世纪50年代开始，精密和超精密加工技术经历了从简单磨削 到复杂切削，再到超精密切削的发展过程。
航空航天领域的应用案例
案例一
某航空发动机制造企业使用超精密加 工机床，对涡轮叶片进行高精度磨削 和抛光，提高了发动机性能和可靠性 。
案例二
某飞机制造企业采用精密加工机床， 对机身结构件进行高精度切割和加工 ，确保飞机整体装配精度和质量。
汽车工业领域的应用案例
案例一
某汽车零部件制造企业使用精密加工 机床，对发动机缸体进行高精度加工， 提高缸体质量和性能，降低发动机故 障率。
柔性化
为了满足多品种、小批量生产的需求，未来精密和超精密加工机床将采用模块化设计、可 重构制造系统等技术，提高机床的加工范围和适应能力。
新材料、新工艺的应用
新材料
随着新材料技术的发展，未来精密和超精密加工机床将采用新型高强度、高硬 度、轻质材料，提高加工效率和加工质量。
ห้องสมุดไป่ตู้新工艺
为了满足复杂形状和特殊材料的加工需求，未来精密和超精密加工机床将采用 新的切削工艺、光整加工工艺和复合加工工艺等，提高加工精度和表面质量。
伺服驱动技术
采用先进的伺服驱动技术， 实现高精度的位置控制和 速度控制。
插补算法

国外超精密数控机床概述20世纪50年代后期，美国首先开始进行超精密加工机床方面的研究，当时因开发激光核聚变实验装置和红外线实验装置需要大型金属反射镜，急需反射镜的超精密加工技术和超精密加工机床。

人们通过使用当时精度较高的精密机床，采用单点金刚石车刀对铝合金和无氧化铜进行镜面切削，以此为起点，超精密加工作为一种崭新的机械加工工艺得到了迅速发展。

1962年，Union Carbide公司首先开发出的利用多孔质石墨空气轴承的超精密半球面车床，成功地实现了超精密镜面车削，尺寸精度达到士0.6 um，表面粗糙度为Ra0.025um，从而迈出了亚微米加工的第一步。

但是，金刚石超精密车削比较适合一些较软的金属材料，而在航空航天、天文、军事等应用领域的卫星摄像头方面，最为常用的却是如玻璃、陶瓷等脆性材料的非金属器件。

用金刚石刀具对这些材料进行切削加工，则会使己加工表面产生裂纹。

而超精密磨削则更有利于脆性材料的加工。

Union Carbide公司的另一代表性产品是其在1972年研制成功的R-0方式的非球面创成加工机床。

这是一台具有位置反馈的双坐标数控车床，可实时改变刀座导轨的转角0和半径R，实现非球面的镜面加工。

加工直径达380mm，工件的形状精度为士0.63um，表面粗糙度为Ra0.025 um。

摩尔公司(Mood Special Tool)于1968年研制出带空气主轴的Moori型超精密镜面车床，但为了实现脆性材料的超精密加工，该公司又于1980年在世界上首次开发出三坐标控制的M-18AG型超精密非球面金刚石刀具车削、金刚石砂轮磨削机床。

该机床采用空气主轴，回转精度径向为0.075pm；采用Allen-Braley 7320数控系统；X，Z 轴行程分别为410mm和230mm，其导轨的平直度在全长行程范围内均在0.5um以内，B轴的定位精度在3600范围内是0.38um；采用金刚石砂轮可加工最大直径为356mm的各种非球面的金属反射镜。

国外超精密数控机床概述20世纪50年代后期，美国首先开始进行超精密加工机床方面的研究，当时因开发激光核聚变实验装置和红外线实验装置需要大型金属反射镜，急需反射镜的超精密加工技术和超精密加工机床。

人们通过使用当时精度较高的精密机床，采用单点金刚石车刀对铝合金和无氧化铜进行镜面切削，以此为起点，超精密加工作为一种崭新的机械加工工艺得到了迅速发展。

1962年，Union Carbide公司首先开发出的利用多孔质石墨空气轴承的超精密半球面车床，成功地实现了超精密镜面车削，尺寸精度达到士0.6 um，表面粗糙度为Ra0.025um，从而迈出了亚微米加工的第一步。

但是，金刚石超精密车削比较适合一些较软的金属材料，而在航空航天、天文、军事等应用领域的卫星摄像头方面，最为常用的却是如玻璃、陶瓷等脆性材料的非金属器件。

用金刚石刀具对这些材料进行切削加工，则会使己加工表面产生裂纹。

而超精密磨削则更有利于脆性材料的加工。

Union Carbide公司的另一代表性产品是其在1972年研制成功的R-0方式的非球面创成加工机床。

这是一台具有位置反馈的双坐标数控车床，可实时改变刀座导轨的转角0和半径R，实现非球面的镜面加工。

加工直径达380mm，工件的形状精度为士0.63um，表面粗糙度为Ra0.025 um。

摩尔公司(Mood Special Tool)于1968年研制出带空气主轴的Moori型超精密镜面车床，但为了实现脆性材料的超精密加工，该公司又于1980年在世界上首次开发出三坐标控制的M-18AG型超精密非球面金刚石刀具车削、金刚石砂轮磨削机床。

该机床采用空气主轴，回转精度径向为0.075pm；采用Allen-Braley 7320数控系统；X，Z 轴行程分别为410mm和230mm，其导轨的平直度在全长行程范围内均在0.5um以内，B轴的定位精度在3600范围内是0.38um；采用金刚石砂轮可加工最大直径为356mm的各种非球面的金属反射镜。

精密和超精密加工技术的发展我国目前已是一个“制造大国”,制造业规模名列世界第四位,仅次于美国、日本和德国,近年来在精密加工技术和精密机床设备制造方面也取得了不小进展。

但我国还不是一个“制造强国”,与发达国外相比仍有较大差距。

目前国外已开发了多种精密和超精密车削、磨削、抛光等机床设备,发展了新的精密加工和精密测量技术。

为了使我国的国防和科技发展不受制于人,我们必须投入必要的人力物力,自主发展精密和超精密加工技术,争取尽快将我国的精密和超精密加工技术水平提升到世界先进水平。

下面对国内外精密和超精密加工技术的最新发展情况介绍如下。

精密机床技术的发展精密机床是精密加工的基础。

当今精密机床技术的发展方向是:在继续提高精度的基础上,采用高速切削以提高加工效率,同时采用先进数控技术提高其自动化水平。

瑞士DIXI公司以生产卧式坐标镗床闻名于世,该公司生产的DHP40高精度卧式高速镗床已增加了多轴数控系统,成为一台加工中心;同时为实现高速切削,已将机床主轴的最高转速提高到24000r/min。

瑞士MIKROM公司的高速精密五轴加工中心的主轴最高转速为42000r/min,定位精度达5μm,已达到过去坐标镗床的精度。

从这两台机床的性能可以看出,现在的加工中心与高速切削机床之间已不再有严格的界限划分。

使用金刚石刀具的超精密切削技术超精密切削技术的进展金刚石刀具超精密切削技术是超精密加工技术的一个重要组成部份,不少国防尖端产品零件:如陀螺仪、各种平面及曲面反射镜和透镜、精密仪器仪表和大功率激光系统中的多种零件等:都需要利用金刚石超精密切削来加工。

使用单晶金刚石刀具在超精密机床上进行超精密切削,可以加工出光洁度极高的镜面。

超精密切削的切削厚度可极小,最小切削厚度可至1nm。

超精密切削使用的单晶金刚石刀具要求刃口极为锋锐,刃口半径在0.5,0.01μm。

因刃口半径甚小,过去对刃口的测量极为困难,现在已可用原子力显微镜:AFM:方便地进行测量。

表2 KSX－815 超精密平面磨床主要指标
工作台尺寸 （宽×长) 800 mm×1 500 mm
最大加工高度
500 mm
最大通过宽度
1 100 mm
工作台进给速度
0.01~30 m/min
砂轮尺寸 （外径×宽） Φ510 mm×100 mm
砂轮转速
1 000~4 000 r/min
砂轮最小进刀量
0.2 μm
在高精度加工的范畴内， 根据精度水平的不 同， 分为 3 个档次：
2

Oct. 2010
第27卷 第10期 Vol.27 No.10
精 度 为 0.3～3 μm， 粗 糙 度 为 0.03～0.3 μm 的 为 精密加工；
精 度 为 0.03～0.3 μm， 粗 糙 度 为 0.005~0.03 μm 的称作超精密加工， 或亚微米加工；
年度 2000 2003 2006 2007
表1 我国机床进出口情况 （亿 美元）
产值 21.97 23.80 64.00 111.9
出口 2.99 3.80 11.90 16.50
进口 18.90 41.60 72.40 70.70
消费 37.88 67.00 131.10 166.10
由于国外对我们封锁禁运一些重要的高精度机 床设备和仪器， 而这些精密设备仪器正是国防和尖 端技术发展所迫切需要的， 因此， 我们必须投入必 要的人力物力， 自主发展精密和超精密加工机床， 使我国的国防和科技发展不会受制于人。
磨头0 mm/min
磨头的横向进给速度 1~4 000 mm/min
砂轮轴驱动电机
11 kW (4P)
机床尺寸 （宽×长×高） 约3 600 mm×5 800 mm×3 700 mm

精密超精密加工技术的发展及应用1、概述精密和超精密加工技术的发展，直接影响到一个国家尖端技术和国防工业的发展，因此世界各国对此都极为重视，投入很大力量进行研究开发，同时实行技术保密，控制关键加工技术及设备出口。

随着航空航天、高精密仪器仪表、惯导平台、光学和激光等技术的迅速发展和多领域的广泛应用，对各种高精度复杂零件、光学零件、高精度平面、曲面和复杂形状的加工需求日益迫切⑴。

目前国外已开发了多种精密和超精密车削、磨削、抛光等机床设备，发展了新的精密加工和精密测量技术。

"］我国是制造业大国，近年来在精密加工技术和精密机床设备制造上也小有成就。

但是和发达国家制造强国相比，我国目前仍有差距。

我国每年虽有大量机电产品出口，但多数是技术含量较低、价格亦较便宜的中低档产品；而从国外进口的则大多是技术含量高、价格昂贵的高档产品。

2、国内外精密超精密加工技术发展通常按照加工精度划分，机械加工可分为一般加工、精密加工和超精密加工三个阶段。

目前，精密加工是指精密加工精度为1-0.1 m表面粗糙度为］RaO.1-O.O1 口的加工技术。

但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。

」20世纪60年代初期，随着航天、宇航的发展，精密超精密加工技术首先在美国被提出，并由于得到了政府和军方的财政支持而迅速发展。

到了20世纪70年代，日本也成立了超精密加工技术委员会并制定了相应发展规划，将该技术列入高新技术产业，经过多年的发展，使得日本在民用光学、电子及信息产品等产业处于世界领先地位［2］。

2.1国外发展超精密加工发展到今天，已经取得了重大进展，超精密加工以不再是一种孤立的加工方法和单纯的工艺问题，而成为一项包含内容极其广泛的系统工程。

超精密加工是以每个加工点局部的材料微观变形或去除作用的总和所体现的。

其加工机理随着加工单位（加工应力作用的范围）和工件材料的不均质程度（材料缺陷或因加工产生缺陷）不同而异，如图1所示⑻。

１ 引言 ．
超精密加工技术涵盖超精密 的切削 、 超精密磨削与研磨 、 精密特种 加工 三大领域 ， 其发展直接影 响到一个国家的尖端技术 、 国防工业 、 微 电子技术工业的发展 ， 因此世界各国对此都极为重视。随着航空航 天、 高精密仪器仪表 、 光学和激光等技术 的迅速 发展 和多领域 的广泛应用 ， 对各种高精度复杂零件 、 光学零件 、 高精度平 面、 曲面和复杂形状的加 工需求 日益迫切。目前 ， 国外 已开发了多种精密和超精密车削 、 磨削 、 抛 光等机床设备 ， 了新 的精密加工和精密测量技术ｌ 发展 Ｉ １ 。超精密切削加 工 已不再是一种孤立 的加工方法和单纯的工艺问题 ，而是一项包含内 容极其广泛的系统工程。 ２超 精 密 机 床 的发 展 ． ２ Ｏ世纪 ９ ０年代 ，美国 Ｕ ｉ ａｂｄ 公 司 、 ｏｅ ｐｃａＴ ０ 公司 ｎｏ Ｃ ｒｉｅ ｎ Ｍｏｒ ｅｉ ｏｌ Ｓ ｌ 和美 国空 军兵 器研 究所 制定 了一个 以形 状精 度 为 ０１ 、直径 为 ． ８０ 的 大 型 球 面 光 学 零 件 超 精 密加 工 为 目标 的 超 精 密 机 床 研 究 计 ０ ｍｍ 划——Ｐ ＭＡ计划 ， ０ 这是一个里程碑式 的研究计划。近年来发达国家已 成功开发了多种先进的超精 密加工机床。 超精 密机床 的发展方向是 ： 进 步提高超精密机床的精度 ， 发展 大型超精密机床 ， 发展多功能和高效 专用超精 密机床 。如美 国 Ｌ Ｌ实验 室和 Ｙ一１ Ｌ ２工厂 １８ ９ ３年 ７月研制 成功大型超精密金刚石车床 Ｄ Ｍ一３型，该机床可加工最大零件直径 Ｔ ２ ０ ｒ 重量 ４ ０ ｋ １０ ｍ、 ａ ５ ０ ｇ的激光核聚变用的各种金属反射镜 、 红外装 置用 零件 、 大型天体望远镜等 。 该机床的加工精度可达到形状误差为 ２ ｎ ８ ｍ， 圆度和平面度为 １．ｎ 加工表面粗糙度 为 Ｒ ４２ｍ。 ２５ ｍ， ａ ．ｎ 该机床与该 实验 室 １ ８ 年研制的 Ｌ Ｄ Ｍ大型超精密车床一起仍是现在世界上公认 的 ９４ ＯＴ 技术水平最高 、 精度最高的车床日 。 我 国北京机床研究所 、 航空精密机械研究所 、 哈尔滨工业大学等单 位现在 已能生产若 干种超精密数控金刚石机床， 如北京机床研究所研制 的加 工直径 ８ ０ ｍ 的 Ｎ ０ｍ ＡＭ一 ０ ８ ０型 Ｃ Ｃ超精 密车床和 哈尔滨工业 大 Ｎ 学研制的加工直径 ３ ０ ｍ 的 Ｃ Ｃ超精密车床， ０ｍ Ｎ 这两台机床均有两坐标 精密数控系统和两坐标激光在线测量系统， 可以加工非球 回转 曲面； 还 有哈尔滨工业大学研制了加工 ＫＤ Ｐ晶体大平 面的超精密铣床。Ｋ Ｐ晶 Ｄ 体可用于光学倍频 ， 是大功率激光 系统中的重要元件 。 在大型超精密机床方面 ， 目前美 、 、 英 俄等 国都拥有 自行 开发的大 型超精密机床 ， 而我国由于没有大型超精密机床 ， 因此无法加工大直径 曲面反射镜等大型超精密零件 ，国外对这些大型超精密零件的出 口有 严 格 限制 ， 而严 重 影 响 了我 国国 防尖 端 技 术 的发 展 。 在 我 国正 在 加 从 现 紧研制加工直径 ｌ ｍ以上的立式超精密机床。 ３关键 技 术 在 超 精 密机 床 中的 应 用 ． 超精密机床 的质量 ， 取决于关键部件的质量。 世界各国都给予了足 够 的 重视 ， 人 大 量 人 力 物 力 ， 超 精 密 机 床 的关 键 部 件 和关 键 技 术 进 投 对

精密和超精密加工一、精密和超精密加工的概念与范畴通常，按加工精度划分，机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。

目前，精密加工是指加工精度为1~0.1μm，表面粗糙度为Ra0.1~0.01μm的加工技术，但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。

精密加工所要解决的问题，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。

精密加工包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。

传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等，具体如下：a.砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。

b.精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。

c. 珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达Ra0.4~0.1μm，最好可到Ra0.025μm，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。

d.精密研磨与抛光是通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。

精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025μm加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。

e.抛光是利用机械、化学、电化学的方法对工件表面进行的一种微细加工，主要用来降低工件表面粗糙度，常用的方法有手工或机械抛光、超声波抛光、化学抛光、电化学抛光及电化学机械复合加工等。

精密和超精密加工技术的新进展精密和超精密加工技术是指不断追求更高精度、更细粒度、更小误差和更高效率的加工方法和技术。

这些技术广泛应用于航空航天、医疗器械、微电子、光学仪器等领域，对于产品的性能和质量有着至关重要的影响。

近年来，精密和超精密加工技术取得了许多突破性进展，本文将就此展开讨论。

精密加工技术是在传统机械加工的基础上发展起来的，通过精细的切削、研磨和抛光等手段，实现高精度、高光洁度的加工目标。

近年来，精密加工技术的发展取得了长足的进步，主要表现在以下几个方面：新型加工设备的研发和应用不断取得突破。

例如，五轴联动数控机床、激光加工机、电子束加工机等新型设备的出现，使得复杂零件的精密加工变得更加高效和准确。

新型加工材料的应用也取得了重要进展。

例如，工程塑料、陶瓷、复合材料等高性能非金属材料的广泛应用，使得精密加工的领域得以进一步拓展。

精密加工技术的智能化和自动化水平不断提升。

智能化加工设备能够实现自适应加工、无人值守加工等功能，提高加工效率和质量稳定性。

超精密加工技术是指比精密加工技术更为精细、精确的加工方法和技术。

随着科技的不断进步，超精密加工技术的应用越来越广泛，主要包括以下几个方面：超精密加工技术广泛应用于微电子领域。

微电子产业对于芯片的精度和光洁度要求极高，超精密加工技术能够实现高精度、高效率的微米级加工，对于提升微电子产业的发展水平和竞争力具有重要意义。

超精密加工技术在光学仪器领域也有着广泛的应用。

光学仪器对于透镜、反射镜等光学元件的精度和表面质量要求极高，超精密加工技术能够实现高精度、高稳定性的光学元件加工，对于提高光学仪器的性能和精度具有重要作用。

再次，超精密加工技术在航空航天领域也有着重要的应用。

航空航天领域对于零件的精度和可靠性要求极为严格，超精密加工技术能够实现高精度、高稳定性的零件加工，对于提升航空航天领域的产品质量和性能具有重要意义。

近年来，精密和超精密加工技术的研究和应用不断取得新的进展，在新型加工设备、新型加工材料和智能化加工等方面都取得了重要突破。

第1节 精密和超精密机床发展概况
二、超精密机床进一步发展的规划
3.中国精密机床和超精密机床的发展情况 1987年北京机床研究所研制成功加工球面的JSC027型超精密车床。后来又研制成功JSC-035型数控 超精密车床。1998年,北京机床研究所制成的加工直 径800mm的NAM-800型CNC超精密金刚石车床(图 4-1)和SQUARE-200型等超精密铣床,哈尔滨工业大 学研制成加工直径300mm的CNC超精密车床, 2006 年,哈尔滨工业大学研制成加工KDP晶体的大平面超 精密飞刀切削机床(图4-2)。
第4章 精密和超精密加工的机床设备
4.1 精密和超精密机床发展概况及 4.2 典型超精密机床的简介 4.3 精密主轴部件
4.4 床身和精密导轨部件 4.5 进给驱动系统 4.6 微量进给装置
4.7 机床运动部件位移的激光在线检测系统 4.8 机床的稳定性和减振隔振
4.9 减少变形和恒温控制
2020/12/29
第1节 精密和超精密机床发展概况
二、超精密机床进一步发展的规划
2.日本提出的“超超精密机床”规划 日本也在原来超精密机床的基础上,再进一步 规划更高精度的机床。按日本的提法,也就是 研制“超超精密机床”。表4-2是日本提出 的该规划的各项指标。 该规划主要围绕提高超精密机床精度性能而 提出的设想,共有13个子课题,并已在20世纪 内完成。该规划是以纳米级精度作为目标的。
2020/12/29
第1节 精密和超精密机床发展概况
二、超精密机床进一步发展的规划
表4-1是POMA规划对精度的具体要求,该规 划已经实现。例如,美国Moore公司现在生产 的Nanotech-500FG五轴数控超精密机床的 主要精度指标都已达到上述要求。

精密和超精密加工现状与发展趋势核心提示：当前精密和超精密加工精度从微米到亚微米，乃至纳米，在汽车、家电、IT电子信息高技术领域和军用、民用工业有广泛应用。

同时，精密和超精密加工技术的发展也促进了机械、模具、液压、电子、半导体、光学、传感器和测量技术及金属加工工业的发展。

一、精密和超精密加工的概念与范畴通常，按加工精度划分，机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。

目前，精密加工是指加工精度为1~0.1μm，表面粗糙度为Ra0.1~0.01μm的加工技术，但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。

精密加工所要解决的问题，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。

精密加工包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。

传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。

a. 砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。

b. 精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。

c. 珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达Ra0.4~0.1μm，最好可到Ra0.025μm，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。

d. 精密研磨与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。

精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025μm加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。

超精密机床加工技术研究与应用随着科技的不断进步与发展，超精密机床加工技术已成为现代制造业中一项不可或缺的关键技术。

它以其高精度、高效率和高稳定性的特点，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等行业，对提升产品质量和生产效益发挥了重要作用。

超精密机床加工技术的核心之一是控制系统。

在加工过程中，通过精确的控制手段，能够实现对机床各种参数的调节和控制，从而保证加工过程的准确性和稳定性。

目前，自适应控制、非线性控制和神经网络控制等新兴技术在超精密机床加工中得到了广泛应用。

这些技术不仅在控制精度和稳定性方面有着显著的提高，而且能够有效地降低机床的能耗和生产成本，提高生产效益。

在材料加工方面，超精密机床加工技术也取得了长足的进步。

传统的机床加工方式往往会因切削力大、切削温度高等原因导致材料的残余应力增大，从而影响产品的使用寿命和性能。

而超精密机床加工技术通过采用高速切削、微尺度切削和超精密切削等现代加工手段，能够有效地降低切削力和切削温度，减少残余应力的产生，从而提高产品的质量和性能。

此外，超精密机床加工技术在产品设计和生产方面也发挥了重要作用。

通过引入CAD/CAM和虚拟仿真等先进技术，能够对产品进行准确的建模和参数化设计，实现产品的数字化和可视化管理。

同时，借助先进的模拟和仿真工具，能够对加工过程进行全面的优化和预测，从而降低产品开发周期和成本。

超精密机床加工技术的应用领域广泛，其中最具代表性的是航空航天领域。

在航天器的制造过程中，由于航天器的体积大、质量轻，因此对制造工艺的要求尤为严格。

超精密机床加工技术能够实现对航天器各种复杂零部件的高精度加工和组装，从而保证航天器的整体性能和安全性。

此外，超精密机床加工技术还能够实现对特殊材料的加工，如钛合金、复合材料等，为航空航天领域的发展提供了坚实的技术支撑。

在汽车制造领域，超精密机床加工技术也发挥了重要作用。

随着汽车工业的快速发展，对汽车零部件的加工精度和质量要求越来越高。

粗糙 度 Ｒａ Ｏ０ — ． ｎ 为精 密加 工 ； 件 。 ＝ ． ０１ ｌ ２
Ｒａ ０ ｍ 。 ｌｎ
近年 来 ，随着 超精 密加 工技 术在 渐 成熟 。超精 密切 削机 床 目前仍 以单
加 工精 度 高 于 ０１ ｍ， ． 加工 表 面粗 糙 米加 工 ） 。
超 精 密 加 工 机 床 的研 究 自 １ ５ 民用 领域 的推 广应 用 ，相关 技术 也逐 ９０
穰 点 ；专 题 策 划
Ｓ Ｐ ＥＣ Ｉ Ｌ Ｕ ＢＪＥ Ｃ Ｔ Ａ Ｓ ＰＬＡ Ｎ Ｎ
本者忠 刊 ／臣 记 马
编者按 ：超精 密加 工通常是一个 国家装备 制造能力及工 艺技 术水平的重要参照 。对 于发 达 国家尤其作为超级 军事 强 国的 美 国 ，其 高精 尖 武 器 装 备 所 依 赖 的超 精 密 加 工 制 造 技 术 的发 展 ， 自然 成 为 世 界 关 注 的 焦 点 。超 精 密 是 一 个 相 对 的 概 念 ， 目前 的超 精 密 标 准 相 对 未 来 更 高 水 平 而 言 只能 是 一 个过 程 ，而 对 于 科 研 探 索 来说 关 注过 程 可 能 比关 注 结 果 更 实 际 ，为 此 ，结 合 本 期 主 题 ， 为您 盘 点 近 年 来 国 内外 超精 密 机 床技 术 的 新 进 展 。
领 域至 少 落后 １— ０ 。而按 照 上述 对于 未能 逾越 的技术 高峰 ，人 们也 从 床 已经 实现 产业化 。 ５３ 年 ９ １年 英 瑞 士 ＤＩ Ｉ 司 是 世 界 第 一 台卧 Ｘ 公 规律 ，当我们 在精 密加 工 范畴 获得稳 未 停 止 科 研 探 索 的脚 步 。１ ９
… …
这 似 乎 就 是 科 技 发 展 规 律 的 缩 化 学研 磨 、 研抛 、 接触 式 浮动研 磨 、 到 ０ ｒ／ ７ ｍｍ，表面 粗糙 度 达 到 非 ３ ｎ ５

简述高档数控机床的典型应用高档数控机床，这个词听起来就像是科技界的“顶流”，是不是有点儿酷炫呢？其实，它就是现代制造业的“万金油”，能在很多领域大显身手。

今天，我们就来聊聊这些高档数控机床在各行各业的神奇应用，顺便让你感受一下科技的魅力。

1. 航空航天1.1 航空零部件制造首先，我们得提提航空航天行业。

哇，这里可是对精度要求极高的地方！想象一下，飞机的每一个零部件都得经过严格的检测。

数控机床就像个细心的“大厨”，能够根据设计图纸，精准地加工出每个零件。

比如说，飞机的机翼、引擎叶片，都是需要高档数控机床来完成的。

因为这些零部件不但要轻，还得结实得像铁一样！如果哪个零件出问题，那可不是小事儿，可能就影响飞行安全了。

1.2 航天器组件再说说航天器，数控机床在这儿更是扮演了超级英雄的角色。

航天器的每一部分都得在太空中经历极端的环境考验，任何细微的差错都可能导致任务失败。

所以，数控机床在加工这些复杂部件时，简直就像是在进行一场高难度的舞蹈，丝毫不容许失误！就拿火箭来说，数控机床能把火箭的发动机部件打磨得光滑无比，确保它在发射时能够稳定工作，真是“宁可十次不发，也不能失误一次”啊。

2. 汽车工业2.1 发动机加工说完航空航天，咱们再看看汽车工业。

哇，汽车可真是人们生活中不可或缺的伙伴。

想想你每天出门，驾驶着那辆心爱的车，数控机床可为这份快乐付出了不少努力！比如说，发动机的制造过程，数控机床能确保每个零件的尺寸和形状都完美无瑕。

这样一来，发动机的性能就能大大提高，油耗降低，开起来更顺畅。

要知道，这可是为了让你“开得飞起”呀！2.2 外观件加工而且，数控机床不仅负责内在，外观的设计也是它的强项。

车身的曲线、车灯的造型，都是经过数控机床精细加工的结果。

这样，不仅让车子看上去漂亮，还能提升空气动力学性能。

真是“外秀内实”，颜值与性能并存啊！无论是跑车还是家用车，数控机床都在背后默默贡献，简直是“工匠精神”的完美体现。

超精密加工的发展和展望精密和超精密制造工程是适应前沿高技术发展需求而发展起来的。

它是一个国家重要经济和技术实力的体现，是其它高新技术实施的基础。

超精密制造技术是当前各个工业国家发展的核心技术之一，各技术先进国家在高技术领域(如国防工业、集成电路、信息技术产业等)之所以一直领先，与这些国家高度重视和发展超精密制造技术有极其重要的关系。

超精密制造技术是随着测量技术的发展而发展的。

Renishaw、Heidenhain及SONY等公司发展了分辨率均可以达到1nm的测量元件；美国HP公司、英国Taylor、美国zygo等公司的测量仪器均可以满足纳米测量的需求。

超精密制造技术在国际上已经得到广泛应用。

与国防工业有关的如人造卫星用的姿态轴承和遥测部件、被送入太空的哈勃望远镜(HST)、飞机发动机转子叶片等；与集成电路(IC)有关的硅片加工(要求硅片的加工表面粗糙度Ra一般小于2nm，精度要求达0．1nm)；此外光刻设备和硅片加工设备的精度要求到亚微米和纳米级。

仪表的精度、激光陀螺仪的平面反射镜的精度、红外制导的反射镜等，其表面粗糙度均要求达到纳米级。

另外，光学非球曲面零件面形制造精度要求已达λ/(30—50)，表面粗糙度要求≤0．5nm。

1、超精密制造技术的发展状况1962年美国Union Carbide公司研制出首台超精密车床。

在美国能源部支持下，LLI实验室和Y—12工厂合作，与1983年成功地研制出大型超精密金刚石车床(DTM—3型)。

该机床可加工直径￠2100mm，多路激光干涉测量系统分辨率为2.5nm。

1984年，LLL实验室成功地研制出LODTM大型金刚石车床。

该机床可加工的最大直径为￠1625mm x500mm，重量1360kg。

采用的双频激光测量系统分辨率为0.7nm，其主轴静态精度为：径向跳动≤25nm，轴向窜动≤51nm。

LLL实验室这两台机床是目前公认的国际上水平最高的超精密机床。

CUPE(Cranfield Unit for Precision Engineering)研制的Nanocenter超精密车床已批量生产，其主轴精度≤50nm，加工工件的面形精度≤0.1μm。