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超精密加工技术发展研究及应用超精密加工技术一直是制造业发展的重要领域之一。
其在半导体、光学、航空、能源等领域中的应用，无不体现其巨大的意义和价值。
超精密加工技术能够制造出高精度、稳定性好、无缺陷的精密零部件，这些零部件在各个领域中被广泛应用。
一、超精密加工技术的发展历程超精密加工技术的发展历程可以追溯到20世纪50年代。
当时，日本推出了一种新型加工技术，叫做“单晶加工”。
该技术利用光学原理和精密机械加工，将晶体材料完美地加工成单晶。
20世纪60年代，磁悬浮切割技术被充分研究，并应用于加工金属、玻璃等材料。
该技术可以将切割厚度控制在1微米以下，达到高精密度的切割要求。
20世纪70年代，有了激光切割技术，这种技术不同于传统机械切割方式，而是利用激光束进行切割。
由于激光光束的直线度高，可以实现极高的精度和稳定度。
20世纪80年代，微细加工技术逐渐兴起。
这种加工技术能够以微观尺度进行高效加工，其具有优异的表面粗糙度和防抖动性能，可以制造出高质量的零部件。
二、超精密加工技术的主要应用领域1. 半导体行业半导体行业是超精密加工技术中最为重要的应用领域之一。
由于半导体集成电路的尺寸越来越小，制造过程对零部件精度的要求也越来越高。
超精密加工技术能够在微观尺度上制造出高度一致且表面光滑的微处理器。
2. 光学行业光学行业也是超精密加工技术的主要应用领域之一。
利用超精密加工技术，可以制造出近乎完美的光学元件，其表面粗糙度可以达到亚微米级别，从而实现更高的光学性能。
3. 航空行业超精密加工技术在航空行业的应用也越来越广泛。
航空行业对零部件的精度和稳定性要求非常高，超精密加工技术能够制造出非常高精度的零部件，为飞行器的性能提升做出了很大的贡献。
4. 能源行业能源行业对零部件的精度要求也越来越高，特别是在制造核聚变反应堆等核能设备时，需要使用到超精密加工技术。
该技术能够制造出高精度的零部件，从而提高核反应堆的运行效率和安全性能。
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1~0.1呵，表面粗糙度为RaO.1~O.O1 g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Ra0.4~0.1 g,最好可到Ra0.025 g，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 w 0.025n v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。
行业综述超精密加工技术的发展现状与趋势北京机床研究所精密机电有限公司(100102) 贺大兴 盛伯浩 在全球技术竞争日益激烈的今天,超精密加工作为机械制造业中极具竞争力的技术之一,目前已受到许多国家的关注。
超精密加工技术是尖端技术产品发展不可缺少的关键手段,它不仅适于国防应用,而且可以大量应用于高端民用产品中,例如惯导仪表的关键部件、核聚变用的透镜与反射镜、大型天文望远镜透镜、大规模集成电路的基片、计算机磁盘基底及复印机磁鼓、现代光学仪器设备的非球面器件、高清晰液晶及背投显示产品等。
超精密加工技术促进了机械、计算机、电子、光学等技术的发展,从某种意义上来说,超精密加工技术担负着支持最新科学技术进步的重要使命,也是衡量一个国家制造技术水平的重要标志[1]。
超精密加工是一个相对的概念,它是相对于精密加工而言的。
当前普遍认为超精密加工是指加工精度高于0.1μm,加工表面粗糙度小于R a0.02μm 的加工方法。
超精密加工通常包括超精密切削(车削、铣削、刻划等)、超精密磨削、超精密研磨和抛光等,另外广义的超微细加工、纳米级以及原子级的加工等也属于超精密加工的范畴。
1 超精密加工技术的发展现状商业化的超精密加工技术应用可以追溯到上一世纪60年代美国,由于军事领域精密元件的需求,促使这一技术迅速发展。
到80～90年代,由于激光在各领域的广泛应用,各种类型的金刚石车床和镜面铣削机床不断出现,超精密加工技术在许多国家相继发展,除美国以外,英国、德国、前苏联、法国、日本、荷兰等许多国家都发展了这一技术,它的应用领域也不局限于军事领域,扩展到大量需求的民用领域。
到90年代中后期,超精密加工技术的多种配套技术包括工艺技术进入成熟期,定型的超精密设备逐渐增加,开始出现专业化制造的特点。
国际上从事超精密开发应用的公司以及机构经历了市场筛选和优势重组的阶段(例如新的Precitech公司合并了Pneumo超精密公司、Moore Nanotechnology Sys2 tem的形成等),众多分散的小的超精密单位逐步淡出,具有优势的典型企业和机构的进一步突显。
超精密加工技术认识及发展前景超精密加工技术，是现代机械制造业最主要的发展方向之一。
是指亚微米级和纳米级精度的加工。
实现这些加工所采取的工艺方法和技术措施，则称为超精加工技术。
加之测量技术、环境保障和材料等问题，人们把这种技术总称为超精工程。
超精密加工主要包括三个领域：超精密切削加工如金刚石刀具的超精密切削，可加工各种镜面。
它已成功地解决了用于激光核聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜的加工；超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盘的涂层表面加工和大规模集成电路基片的加工；超精密特种加工如大规模集成电路芯片上的图形是用电子束、离子束刻蚀的方法加工。
如用扫描隧道电子显微镜(STM)加工，线宽可达2～5nm。
近年来，在传统加工方法中，金刚石刀具超精密切削、金刚石微粉砂轮超精密磨削、精密高速切削、精密砂带磨削等已占有重要地位；在非传统加工中，出现了电子束、离子束、激光束等高能加工、微波加工、超声加工、蚀刻、电火花和电化学加工等多种方法，特别是复合加工，如磁性研磨、磁流体抛光、电解研磨、超声珩磨等，在加工机理上均有所创新。
对精密和超精密加工所用的加工设备有下列要求。
(1)高精度。
包括高的静精度和动精度，主要的性能指标有几何精度、定位精度和重复定位精度、分辨率等，如主轴回转精度、导轨运动精度、分度精度等；(2)高刚度。
包括高的静刚度和动刚度，除本身刚度外，还应注意接触刚度，以及由工件、机床、刀具、夹具所组成的工艺系统刚度。
(3)高稳定性。
设备在经运输、存储以后，在规定的工作环境下使用，应能长时间保持精度、抗干扰、稳定工作。
设备应有良好的耐磨性、抗振性等。
(4)高自动化。
为了保证加工质量，减少人为因素影响，加工设备多采用数控系统实现自动化。
加工设备的质量与基础元部件，如主轴系统、导轨、直线运动单元和分度转台等密切相关，应注意这些元部件质量。
此外，夹具、辅具等也要求有相应的高精度、高刚度和高稳定性。
航天、航空工业中，人造卫星、航天飞机、民用客机等制造中都有大量的精密和超精密加工的需求，如人造卫星用的姿态轴承和遥测部件对观测性能影响很大。
哈尔滨工业大学金属工艺学课程论文题目：超精密切削加工技术的现状与发展院系：能源学院专业：能源与动力工程专业班级：学号：姓名：超精密切削加工技术的现状与发展摘要：随着航空、航天、仪表和微电子技术的的发展，对零件的尺寸精度和形位精度及表面粗糙度的要求越来越严格，本世纪六十年代产生了超精密加工技术。
超精密切削加工是在传统切削加工的基础上，汇集了大量的新技术所形成的近年来发展较快的一项重要技术，是超精加工技术的一个重要分支。
到目前为止，超精密切削加工的尺寸精度已达到1微米以内，表面粗糙度为Ra0.001~0.002。
加工平面度低于波长的1/2以下。
具有超高精度、高刚度的机床，超精密级的切削刀具，超稳定的切削加工条件是实现超精密切削加工的先决条件。
在这里，就结合课上所学知识，对超精密切削加工技术进行详细介绍。
关键词：超精密切削加工技术；液体静压导轨；金刚石刀具；1 超精密切削加工概况超精密切削以SPDT技术开始，该技术以空气轴承主轴、气动滑板、高刚性、高精度工具、反馈控制和环境温度控制为支撑，可获得纳米级表面粗糙度。
所用刀具为大块金刚石单晶，刀具刃口半径极小，可以加工出光洁度极高的镜面。
金刚石刀具的优点在于其与有色金属亲和力小，硬度、耐磨性以及导热性都非常优越，且能刃磨得非常锋利，其刃口圆弧半径可小于0.01微米，实际应用的一般为0.05微米，可加工出优于0.01微米的表面粗糙度。
此外，超精密切削加工还采用了高精度的基础元部件（如空气轴承、气浮导轨等）、高精度的定位检测元件（如光栅、激光检测系统等）以及高分辨率的微量进给机构。
机床本身采取恒温、防振以及隔振等措施，还要有防止污染工件的装置。
机床必须安装在洁净室内。
进行超精密切削加工的零件材料必须质地均匀，没有缺陷。
在这种情况下加工无氧铜，表面粗糙度可达0.05微米。
加工直径800mm的非球面透镜，形状精度可达0.2微米。
最先用于铜的平面和非球面光学元件的加工，随后，加工材料拓展至有机玻璃、塑料制品（如照相机的塑料镜片、隐形眼镜镜片等）、陶瓷及复合材料等。
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。
精密加工和超精密加工的发展趋势和技术前沿1.向高精度、高效率方向发展随着科学技术的不断进步，对精度、效率、质量的要求愈来愈高，超精密加工技术就是要向加工精度的极限冲刺，应该说，这种极限是无限的，当前的目标是向纳米级进军，而现状是处于亚微米级水平。
图0-13表示了超精密加工理论基础和应用技术的发展，提出了量子技术、量子能量的利用，并将和太空技术联系起来。
2.向大型化、微型化方向发展由于航天航空等技术的发展，大型光电子器件要求大型超精密加工设备，如美国研制的加工直径为～4m的大型光学器件超精密加工机床。
由于微型机械、集成电路的发展，超精密加工技术向微型化发展，如微型传感器，微型驱动元件和动力装置、微型航空航天器件等。
3.向加工检测一体化发展由于超精密加工的精度很高，必须发展相应的检测技术才能适应其要求；同时，采用加工和检测独立进行的方法可能由于安装等误差而不能实现，因此，要采用在位检测方法，使加工检测一体化。
4.在线检测与误差补偿超精密加工的精度很高，影响因素多且复杂，进行在线检测、工况监控以确保加工质量及其稳定性是十分必要的。
由于超精密加工的精度很高，加工设备本身的精度有时很难满足要求，就要采用在线检测和误差补偿的方法来提高精度，保证加工质量的要求。
5.新型超精密加工方法的机理加工机理的研究是新技术的生长点，超精密加工机理涉及微观世界和物质内部结构，所利用的能源包括机、光、电、声、热、化、磁、原子等，十分广泛。
不仅可以采用分离去除加工，而且可以采用分层堆积加工方法；既可采取单独加工方法，更可采用复合加工方法。
加工机理的研究往往具有突破性。
6.新材料的研究新材料包括新的工具材料(切削、磨削)和被加工材料。
精密加工和超精密加工的被加工材料对其加工质量的影响极大，其化学成分、力学机械性能均有严格要求，亟待研究。
当前，精密加工和超精密加工在我国急需要研究的是实用化，将一些成熟或比较成熟的精密加工和超精密加工技术推广到实际中去，以提高加工技术的水平，使生产的机械产品质量更好、生产率更高。
超精密加工技术的发展与应用随着科技的不断进步，越来越多的精密加工技术被研发出来，其中超精密加工技术就是其中之一。
它是一种高精度、高效率、高质量的加工技术，已经被广泛应用于制造业、电子类、生物医药等领域。
本文将详细介绍超精密加工技术的发展与应用。
一、发展历史超精密加工技术起源于1960年代，当时主要是应用于光学元件的制造。
随着计算机技术的发展以及加工设备的不断改进，超精密加工技术也得到了迅速发展。
在1970年代初期，开发出了“单点钻磨”工艺。
1980年代的日本、美国等国家开始发展大型超精密车削和磨削加工技术，使得超精密加工技术不断地向更高精度和更微小的加工方向扩展。
1990年代初期，精密切割加工技术也被广泛应用。
现在，超精密加工技术已经扩展到了非常小的尺寸和微弱的信号等方面，例如半导体微电子学、纳米技术和激光微加工技术等。
二、超精密加工技术的分类超精密加工技术主要包括以下几个方面：1. 单点钻磨加工技术：它是超精密加工技术的早期研究领域，是一种利用单晶金刚石工具进行金属材料的磨削加工，以达到高精度、高质量的目的。
2. 超精密车削和磨削加工技术：它是大型载具和航空航天工业中的重要加工领域之一。
其加工精度可以达到亚微米级别。
3. 切割加工技术：它是一种低成本、高产量、高精度的超精密加工技术，例如线切割、等离子切割、激光切割等。
4. 电解加工技术：它采用电化学溶解的原理，可以加工金属和非金属材料，具有处理复杂形状、非常薄和非常脆的材料的优势。
三、超精密加工技术的应用超精密加工技术已经被广泛应用于以下领域：1. 光学和光电子学领域：用于制造精密光学元件，例如照相机镜头、透镜、天文望远镜等。
在光电子学领域，它还用于制造控制光电器件、激光微加工和激光雕刻等。
2. 航空航天工业：用于制造发动机的精密零部件、航空结构件、导向和控制元件等。
此外，它还广泛应用于卫星制造、航天器自动交会与对接、卫星制导与控制等。
3. 生物医学领域：用于制造人造人体植入物、医疗器械、医疗器材零部件等。
第二章精密与超精密加工技术一．概述二．超精密切削加工技术三．超精密磨削技术四．超精密研磨抛光技术五、超精密加工装备与环境一、概述1、精密和超精密加工技术的发展是从上世纪 70年代开始，主要集中在美、日、英等国，精密和超精密加工在尖端技术和现代武器制造中占非常重要的地位，是机械制造业最主要发展的方向之一。
2、精密和超精密加工技术在提高机电产品的性能、质量和发展高新技术中起着至关重要的作用，并且已成为在国际竞争中取得成功的关键技术。
3、当代的超精密加工技术是现代制造技术的前沿，也是明天制造技术的基础。
超精密加工是国家制造工业水平的重要标志之一。
4、加工精度进化5、机械工业提高加工精度的效益。
1）提高制造精度后可提高产品的性能和质量，提高其稳定性和可靠性；2）促进产品的小型化；3）增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配；6、在不同的历史时期，不同的科学技术发展水平情况下，对精密与超精密加工技术有不同的理解。
1）精密和超精密加工是一个十分广泛的领域，它包括了所有能使零件的形状、位置和尺寸精度达到微米和亚微米范围的机械加工方法。
2）精密和超精密只是相对而言，其间的界限随时间的推移而不断变化，因而精密和超精密在不同的时期必须使用不同的尺度来区分。
3）1983年日本的 Taniguchi教授在考查了许多超精密加工实例的基础上对超精密加工的现状进行完整的综述，并对其发展趋势进行了预测。
7、超精密加工技术的现状1）超精密加工技术是一门综合性的系统工程，它的发展综合地利用了机床、工具、计量、环境技术、微电子技术、计算机技术、数控技术等的进步。
2）精密加工和超精密加工已从单一的技术方法发展为制造系统工程，简称精密工程。
它以人、技术、组织为基础，涉及超微量去除、结合、变形加工技术，高稳定性和高净化的加工环境，检测与误差补偿，工况监测与质量控制，被加工材料等。
二、超精密切削加工技术超精密切削技术是60年代发展起来的新技术，它在国防和尖端技术的发展中起着重要的作用；超精密切削是使用精密的单晶天然金刚石刀具加工有色金属和非金属；超精密切削可代替研磨等很费工的精加工工序，不仅节省工时，还提高加工精度和表面质量。
58航空制造技术·2015 年第 16 期我国在精密和超精密机床、精密切削刀具、超精密检测等精密切削的关键技术方面与德国、日本、美国等制造强国相比仍有很大的差距。
随着机床和刀具技术的发展，精密切削技术将朝着更高精度（分子去除、原子去除、量子技术等）等方面发展。
因此，要达到甚至超过国外精密切削技术水平，我们仍有很长的路要走，至少还需要20～30年的努力。
河南科技学院机电学院 马利杰北京理工大学机械与车辆学院 王西彬精密、超精密切削技术发展概况*Overview of Precision and Ultra -Precision Cutting Technology精密切削工艺的内涵、特点、应用及其发展进行了简要分析和概括。
精密切削及其关键制约因素1 精密切削及其加工机理1.1 精密和超精密切削的内涵精密加工主要是根据加工精度和表面粗糙度两项指标来划分的。
通常将加工精度在0.1~1μm、表面粗糙度R a 在0.01~0.1μm 之间的切削方法称为精密切削，而把加工精度高于0.1μm、加工表面粗糙度R a 小于0.025μm 的切削方法称为超精密切削[4]。
精密切削的关键是能够在被加工表面进行微量去除，即采用精密机床和精密刀具通过微量的切削深度和进给量在工件上切除极小的余量，以达到所需的加工精度和表面粗糙度要求。
故精密和超精密切削的加切削加工是指利用刀具切除毛坯上多余的材料，以获得加工精度和表面质量都符合要求的机械零件的工艺方法[1]。
自世界上第一台切削机床发明以来，切削加工发展至今已有240多年的历史，已成为机械制造业中最基本的工艺方法[2]。
据统计，目前机械加工总量中约70%以上是由切削加工完成的，其在国民经济中具有重要的地位[3]。
随着科学技术的飞速发展，机械装备的精度要求越来越高，产品更新换代也越来越快。
此外，环境恶化和能源枯竭都要求传统制造技术做出相应的改进和提高。
为了适应制造技术的总体发展要求，传统切削加工也在不断优化和创新，呈现出精密化、高效化、绿色化的发展趋势，产生了诸如金刚石超精密切削、微细切削、振动切削、塑性切削等精密加工工艺，高速切削、强力切削等高效加工工艺，以及低温冷风切削、MQL 润滑切削、干切削等绿色加工工艺。
在对精密切削的一般机理和关键制约因素简要论述的基础上，本文主要对金刚石超精密切削、微细切削、振动切削、塑性切削4种典型的马利杰工学博士，副教授，中国机械工程学会高级会员，研究方向为先进切削理论与技术。
近年来主持/参与省部级以上项目6项；发表学术论文30余篇；通过科技鉴定6项，其中获河南省科技进步二等奖1项 。
* 国家自然科学基金资助项目（50935001），河南省青年骨干教师资助项目（2011GGJS-130），河南省科技攻关计划项目（132102210152）资助。
DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.16.058工原理是微量切削，又称为“极薄切削”[5]。
1.2 精密和超精密切削的加工机理常规尺度切削时，由于切削深度和进给量较大，切削刀具刃口半径ρ与切削厚度hD相差很远，常忽略刃口半径ρ的影响。
而在精密和超精密切削条件下，受加工尺度和刃口半径的共同影响，将发生一系列特有的加工现象和机理，这就是所谓的刃口半径效应。
刃口半径效应是精密切削特有的切削特征，将导致实际负前角、临界切削厚度等特殊现象。
图1为精密切削的圆弧刃切削模型，由于切削厚度h D与刃口半径ρ相当，切削区刃口各点的实际前角各不相同，总体上表现为较大的负值，相比较刀具名义切削前角γo，刀刃几何形状产生的实际负前角γe对精密切削的影响较大[6]。
由于实际负前角的影响，被加工材料的剪切滑移不是发生在刀具与工件接触区的最低点O，而是发生在临界点A处，即剪切平面上剪切应力最大的位置。
因此，把与A点对应的有效切削厚度称为临界切削厚度h Dmin[7]。
精密和超精密切削时，临界切削厚度h Dmin 是刀具所能实现的极限切削厚度，它的大小与刀工摩擦系数μtw和刀具刃口半径ρ直接相关。
精密和超精密切削时，单位体积切削能量的W（J/cm3）的大小与加工单位的大小、材料缺陷分布的大小有关。
由于材料内部存在晶界空隙、点缺陷、位错缺陷、微裂纹等不同层级的缺陷，当应力作用的区域不同时，材料切除的破坏方式不同，则加工单位体积材料所消耗的切削能量W也就不同[8]。
2 实现精密切削的关键制约因素2.1 精密和超精密切削机床机床性能是工件加工精度和表面质量的决定性因素，在切削过程中，机床的主轴回转精度、导轨运动精度、定位精度、刚度及其稳定性都要在已加工表面上得到复映。
根据机械加工的一般规律：工作母机的精度通常要比被加工零件的精度高约一个数量级。
因此，精密和超精密机床的主轴回转精度通常都在1μm之内，有的甚至小于0.05μm；导轨直线度一般小于10μm/100mm；定位精度小于0.1μm，有的超精密车床可达0.01μm；目前超精密机床的刚度一般为108~109N/m，工作运转稳定，无振动。
此外，大多精密和超精密机床都具有能够进行微量切削且具有在线误差补偿的微量进给系统。
表1为美国Moore公司的M-18G金刚石精密切削车床的主要性能指标[9]。
2.2 精密切削刀具切削加工是利用刀具与工件之间的相对运动，通过刀具对工件材料的挤压、变形、剪切、撕裂等一系列作用去除多余材料的工艺方法[10]，因此精密切削刀具的几何精度、表面质量和物理力学性能对被加工零件的精度和质量都有直接而显著的影响。
除具备普通刀具的所有性能要求之外，精密切削刀具必须满足以下几个特性：（1）刀具刃口必须非常锋利。
刀具的刃口半径ρ大小直接决定了临界切削厚度h Dmin的大小，从而最终影响到加工精度和表面质量。
刃口半径越小，刀具对切削层的挤压作用就越小，弹性恢复就越小，加工表面的变质层就越小。
普通刀具刃口半径ρ一般为5~50μm，而精密切削刀具的刃口半径ρ通常都在亚微米级，甚至纳米级。
当前，用来精密切削的刀具材料主要有：金刚石、超细晶粒硬质合金和高性能高速钢。
（2）刀面和刃口的表面粗糙度必须非常低。
切削加工时，刀面及刃口的轮廓和粗糙度在被切削表面都表1 M-18G金刚石精密切削车床的主要性能指标图1 精密切削的圆弧刃切削模型2015 年第 16 期·航空制造技术59能得到复映，所以精密切削刀具的刀面和切削刃的表面粗糙度R a都要求在0.01~0.005μm之间，约为普通刀具的5%~10%。
（3）刀具材料与被切削材料的亲和作用要小。
刀具材料和工件材料的亲和作用将导致切削力、热、摩擦作用加剧，刀屑之间的粘结作用增强，从而破坏了刀面和刀刃的原始性状，最终导致刀具磨损加剧，加工表面质量下降。
2.3 工作环境精密和超精密切削要求具有稳定的工作环境，尤其是超精密切削加工，必须处于稳定（防振隔振）、恒温、超净的工作环境中。
防振隔振是精密及超精密机床非常重要的问题。
超精密机床多安放在带防振沟和隔振器的防振地基上隔离外界振源，还可使用空气弹簧（垫）对低频振动进行隔离[11]。
此外，电动机和主轴的回转频率也应远离共振区。
例如，美国LLL实验室LODTM大型立式金刚石车床被公认为目前世界上精度最高的超精密车床，采用空气弹簧等防振隔振措施后，其轴承部件的相对振动振幅为2nm，并可防止1.5~2Hz的外界振动传入。
热变形是精密和超精密切削中误差的主要来源之一，若要保证0.01~0.1μm的加工精度，环境温度应分别控制在±0.01℃和±0.1℃的范围内[12]。
所以，精密和超精密机床的恒温控制是研究的重点，如机床导轨可采用膨胀系数小的人造花岗岩；采用恒温油（水）浇淋机床内部各发热部件，造成局部小环境的高度恒温等。
随着精密和超精密切削的飞速发展，对空气洁净度也提出了更加苛刻的要求，被控制的微粒直径从0.5μm减小到0.3μm，有的甚至减小到0.1μm或0.01μm，已经远远超过无菌手术室的空气洁净度要求。
金刚石超精密切削1 金刚石超精密切削的内涵及特点金刚石超精密切削是指在超精密数控机床上，采用具有纳米级锋利度的金刚石刀具，在对机床和加工环境进行精确控制条件下，直接利用金刚石刀具单点切削出符合质量要求的精密零件的加工方法[13]。
金刚石超精密切削是超精密加工技术的重要分支，也是超精密加工技术中发展最早的、应用最为广泛的技术之一。
目前，主要包括金刚石超精密车削和金刚石超精密飞切两种工艺。
金刚石超精密切削通常以切除金属层的厚度为其加工水平的标志之一。
目前，最小切削厚度可达亚微米级，甚至几十纳米，此时切削厚度可能已经小于晶粒的大小，切削过程在晶粒内部进行，因此切削力一定要超过晶体内部的原子、分子结合力，刀刃上所承受的剪应力急速增加并变的非常大，甚至接近于材料剪切强度极限。
2 金刚石刀具金刚石是实现金刚石超精密切削的必须刀具材料，它是单一碳原子的结晶体，晶体结构属原子密度最高的等轴面心立方晶系。
金刚石晶体中碳原子间的连接键为sp3杂化共价键，具有较强的结合力、稳定性和方向性。
金刚石独特的晶体结构使其具有优良的物理力学性能（如表2所示），非常适合于超精密加工，尤其是天然单晶金刚石被公认为理想的、不能代替的超精密切削刀具材料。
但金刚石的耐热温度为700~800℃，高于这个温度就会发生石墨化现象，刀具将很快磨损。
金刚石材料硬脆，为保证刀刃强度，前角和后角都取值较小，前角γo一般取0°，可根据被切材料选定，后角αo取5°~10°，主偏角取30°~90°，通常多取45°。
金刚石刀具的刃口半径ρ一般为0.2~0.4μm，前后刀面的表面粗糙度通常应研磨到0.008~0.012μm。
金刚石刀具的切削刃形状有直线形和圆弧形两种，目前国内所用高精度圆弧金钢石刀具还主要依赖进口[4]。
当前，金刚石刀具刃口半径ρ一直在向更小的方向发展，据日本大阪大学井川直哉教授介绍，最小可达2~4nm（通过切削获得厚度为1nm的切屑推算），这是当前的最高水平[14]。
3 金刚石超精密切削的应用及发展目前，在科研和生产中经常遇到一些纳米级的几何形状精度和表面质量要求，如精密轴、孔的圆度和圆柱度，精密球体（如陀螺球、计量用标表2 金刚石和硬质合金物理力学性能对比60航空制造技术·2015 年第 16 期准球）的球度，制造集成电路用单晶硅基片的平面度，激光透镜和反射镜的平面度等，依靠传统加工方法难以达到此类纳米加工要求，而采用金刚石超精密切削可以满足这种要求。
当前，金刚石超精密切削主要用来加工有色金属、树脂、塑料、结晶体、陶瓷、复合材料等。
由于金刚石材料的化学成分是碳，与铁系材料有亲和力，在加工中会发生化学磨损，所以不能用于加工黑色金属[15]。
