超精密加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀解析
 
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(jìn)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(jìn)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(shù)是現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭的重要支撐技術(shù)，是現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)，是現(xiàn)代制造科學(xué)的發(fā)展方向。
 
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，所需試驗(yàn)儀器和設(shè)備幾乎無一不需要超精密加工技術(shù)的支撐。由宏觀制造進(jìn)入微觀制造是未來制造業(yè)發(fā)展趨勢之一，當(dāng)前超精密加工已進(jìn)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(dá)國家均予以高度重視。
 
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(yīng)力、組織變化)為目標(biāo)。
 
超精密加工的研究內(nèi)容，即影響超精密加工精度的各種因素包括：超精密加工機(jī)理、被加工材料、超精密加工設(shè)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(bǔ)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(nèi)外學(xué)者圍繞這些內(nèi)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。
 
20世紀(jì)80年代至90年代，進(jìn)入民間工業(yè)的應(yīng)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(shè)備的商品化，開始用于民用精密光學(xué)鏡頭的制造。單超精密加工設(shè)備依然稀少而昂貴，主要以專用機(jī)的形式訂制。在這一時期還出現(xiàn)了可加工硬質(zhì)金屬和硬脆材料的超精密金剛石磨削技術(shù)及磨床，但其加工效率無法和金剛石車床相比。
 
20世紀(jì)90年代后，民用超精密加工技術(shù)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(shù)廣泛應(yīng)用于非球面光學(xué)鏡片、超精密模具、磁盤驅(qū)動器磁頭、磁盤基板、半導(dǎo)體基片等零件的加工。隨著超精密加工設(shè)備的相關(guān)技術(shù)，例如精密主軸部件、滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、微量進(jìn)給驅(qū)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(shè)備成為工業(yè)界常見的生產(chǎn)設(shè)備。此外，設(shè)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(yīng)用越來越廣泛。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，還出現(xiàn)了超精密五軸銑削和飛切技術(shù)。已經(jīng)可以加工非軸對稱非球面等復(fù)雜零件。
 
國外超精密加工的發(fā)展情況
 
超精密加工技術(shù)在國際上處于領(lǐng)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(shù)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(shù)，稱為“SPDT技術(shù)”（Single Point Dia-mond Turning）或“微英寸技術(shù)”（1微英寸＝0.025μm），并發(fā)展了相應(yīng)的空氣軸承主軸的超精密機(jī)床，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。
 
在大型超精密機(jī)床方面，美國的LLL國家實(shí)驗(yàn)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(xué)金剛石車床。其中，LODTM立式大型光學(xué)金剛石車床被公認(rèn)為世界上精度最高的超精密機(jī)床。美國后來又研制出大型6軸數(shù)控精密研磨機(jī)，用于大型光學(xué)反射鏡的精密研磨加工。
 
04精密加工的發(fā)展趨勢
 
高精度與高效率是超精密加工永恒的主題。總的來說，固著磨粒加工不斷追求著游離磨粒的加工精度，而游離磨粒加工不斷追求的是固著磨粒加工的效率。當(dāng)前超精密加技術(shù)如CMP、EEM等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。超精密切削、磨削技術(shù)雖然加工效率高，但無法獲得如CMP、EEM的加工精度。探索能兼顧效率與精度的加工方法，成為超精密加工領(lǐng)域研究人員的目標(biāo)。半固著磨粒加工方法的出現(xiàn)即體現(xiàn)了這一趨勢。另一方面表現(xiàn)為電解磁力研磨、磁流變磨料流加工等復(fù)合加工方法的誕生。
 
當(dāng)今企業(yè)間的競爭趨于白熱化，高生產(chǎn)效率越來越成為企業(yè)賴以生存的條件。在這樣的背景下，出現(xiàn)了“以磨代研”甚至“以磨代拋”的呼聲。另一方面，使用一臺設(shè)備完成多種加工的趨勢越來越明顯。
 
為加工航空、航天、宇航等領(lǐng)域需要的大型光電子器件，需要建立大型超精密加工設(shè)備。為加工微型電子機(jī)械、光電信息等領(lǐng)域需要的微型器件，需要微型超精密加工設(shè)備。
 
超精密加工技術(shù)正迎來一個繁榮的時代。超精密切削、超精密磨削、超精密研磨與拋光技術(shù)已取得長足的進(jìn)展，加工后工件表面精度可達(dá)納米級或亞納米級，并且加工方法日趨多樣化。在流量計(jì)傳感器的生產(chǎn)制造中，為了達(dá)到產(chǎn)品的高精度測量，精密加工技術(shù)保證了產(chǎn)品的加工精度。