超精密加工技术文献综述-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
超精密加工技术文献综述
摘要：超精密加工是获得高形状精度、表面精度和表面完整性的必要手段。随着对产品质量和多样化的要求日益提高，对超精密加工提出更多、更高的要求。超精密加工技术已成为包含当代最新科技成果的一个复杂系统工程。介绍超精密加工技术的国内外研究现状、发展过程与趋势以及未来应研究开发的重要科学技术问题。分析我国在超精密加工领域中存在的主要问题以及与国外先进技术的差距，对超精密加工的技术发展趋势进行预测，提出我国本领域基础研究、技术及产业发展策略与对策。
关键词：超精密加工；研究现状；发展趋势；
Literature Review of Ultra-precision
Machining
Abstract: Ultra-precision machining is essential method for obtaining the highest quality in terms form accuracy, surface finish Ultra-precision machining is essential method for obtaining the highest quality in terms of form accuracy, surface finish and surface integrity. As the higher requirements of quality and diversifications for products are put forward, it is essential to improve the precision and efficiency of ultra-precision machining. Ultra-precision machining has become a complicated systems engineering, which involves more and more last research fruits. The conception, application fields, present research status, development tendency, and the key issues of future researches on scientific and technological of ultra-precision machining are introduced in this paper.The main problems and miss distance from the advanced technologies of China in ultra-precision machining field are analyzed. In the same time, the probable further trend of ultra-precision machining is forecasted, and the developing countermeasure and strategy of fundamental research, technologies and industry in China are given.
Keywords: Ultra-precision machining Present research status Development tendency
0引言
超精密加工技术始终采用当代最新科技成果来提高加工精度和完善自身，所以“超精密”的概念随科技的发展而不断更新。目前超精密加工技术是指加工的尺寸、形状精度达到亚微米级，加工表面粗糙度达到纳米级的加工技术的总称。目前超精密加工技术在某些应用领域已经延伸到纳米尺度范围，其加工精度已经接近纳米级，表面粗糙度已达到10-1nm级。目前的超精密加工，以不改变工件材料的物理特性为前提，以获得极限的形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、表面完整性为目标。超精密加工目前包括四个领域：超精密切
削加工；超精密磨削加工；超精密抛光加工；④超精密特种加工（如电子束、离子束加工）。
1 国内外发展现状
1.1 国际上本领域发展状况
超精密加工发展到今天，已经取得了重大进展，超精密加工已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。影响超精密加工精度的主要因素包括：超精密机
床、超精密加工工具(刀具、磨具、磨料
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等)、超精密加工工艺、被加工材料、夹具、在线检测与误差补偿、超精密加工环境(包括恒温、隔振、洁净控制等)。只有将各个领域的最新技术成就集成起来，才有可能实现超精密加工。
超精密加工的发展经历了如下三个阶段。(1)20世纪50年代至80年代为技术开创期。这一时期，美国率先发展了以单点金刚石切削(Single point diamond turning, SPDT)为代表的超精密加工技术，用于航空航天、国防、天文等领域激光核聚变反射镜、球面、非球面大型零件的加工。美国的联合碳化公司、荷兰飞利浦公司和美国LL国家实验室陆续推出各自的超精密金刚石车床，用于铜、铝等软金属的加工，加工形状较只限于轴对称形状的工件例如非球面镜等，且只有少数大公司与研究单位的试验研究。
(2)20世纪80年代至90年代进入民间工业的应用初期。美国的摩尔公司、普瑞泰克公司，日本的东芝和日立，以及欧洲的克兰菲尔德等公司在政府的支持下，将超精密加工设备的商品化，开始用于民用精密光学镜头的制造。单超精密加工设备依然稀少而昂贵，主要以专用机的形式订制。在这一时期还出现了可加工硬质金属和硬脆材料的超精密金刚石磨削技术及磨床，但其加工效率无法和金刚石车床相比。20世纪80年代后期，美国投入了巨额资金和大量人力，由LL国家实验室研制出的大型光学金刚石车床，实现了大型零件的微英寸超精密加工，该设备也成为超精密加工机床的典型代表。
(3)20世纪90年代后，民用超精密加工技术逐渐成熟。在汽车、能源、医疗器材、信息、光电和通信等产业的推动下，超精密加工技术广泛应用于非球面光学镜片、超精密模具、磁盘驱动器磁头、磁盘基板、半导体基片等零件的加工。随着超精密加工设备的相关技术，例如精密主轴部件、滚动导轨、静压导轨、微量进给驱动装置、精密数控系统、激光精密检测系统等逐渐成熟，超精密加工设备成为工业界常见的生产设备。此外，设备精度也逐渐接近纳米级水平、可加工工件的尺寸范围也变得更大，应用越来越广泛。随着数控技术的发展，还出现了超精密五轴铣削和飞切技术。已经可以加工非轴对称非球面等复杂零件。目前世界上的超精密加工强国以欧美和日本为先，但其发展重点各有侧重。欧美特别是美国，不断投入巨额经费，对大型紫外线、X射线探测望远镜的大口径反射镜的加工进行研究。如美国NASA推动的太空开发计划，以制作1m 以上反射镜为目标，目的是探测X射线等短波(0.1～30.0nm波长)。由于X射线能量密度高，必须使反射镜表面粗糙度达到Å级来提高反射率。目前此类反射镜的材料为质量轻且热传导性良好的碳化硅，但碳化硅硬度很高，对超精密加工技术提出了非常高的要求。日本对超精密加工技术的研究相对欧美起步较晚，但发展很快。日本超精密加工主要侧重于于计算机硬盘磁片、办公设备用多面镜，非球面透镜光学器件的等大批量民用产品的超精密加工。目前，日本在声、光、图像、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件的超精密加工方面具有优势。
1.2 国内本领域发展状况
我国1965年研制出镜面外圆磨床，加工圆度优于0.3µm，表面粗糙度Ra0.01µm 以下。1968年研制成功单晶金刚石镜面车床，可使黄铜件的表面粗糙度达
Ra0.025µm以下。20世纪70年代后期制成了高精度磁盘车床，主轴回转精度值优于0.2µm。进入20世纪80年代后，各个行业相继投入了更多的人力物力对超精密加工技术与装备进行了深入研究，陆续研制成功了超精密加工设备，特别是在20世纪90年代后期多家单位相继研制成功了非球面超精密加工设备，这标志了我国超精密加工设备的水平上到了一个新的台阶。
哈尔滨工业大学是国内最早从事超精密加工技术研究的单位之一，于1996年研制出了亚微米级的超精密机床，并在微纳米切削过程的加工机理、刀具磨损破损机制、脆性材料超精密切削去除机制等方面
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