自從中國(guo)將(jiang)“裝(zhuang)備(bei)(bei)制(zhi)造業(ye)”列為國(guo)家發展(zhan)戰略后(hou)，中國(guo)的(de)(de)裝(zhuang)備(bei)(bei)制(zhi)造業(ye)取得了突(tu)飛猛(meng)進(jin)的(de)(de)發展(zhan)，很(hen)多大型裝(zhuang)備(bei)(bei)的(de)(de)制(zhi)造能力都已經(jing)躍居世(shi)界先進(jin)水平，甚至成為世(shi)界的(de)(de)頂(ding)級水平，但中國(guo)制(zhi)造業(ye)總體還是(shi)落(luo)后(hou)的(de)(de)，其落(luo)后(hou)就在于精密制(zhi)造的(de)(de)落(luo)后(hou)。

超精密加工技術是(shi)現代高技術戰爭的重要支(zhi)撐技術，是(shi)現代高科技產(chan)業和(he)科學技術的發展(zhan)(zhan)基礎，是(shi)現代制造(zao)科學的發展(zhan)(zhan)方向。

現代科(ke)學技術的發展以試(shi)驗為基(ji)礎(chu)，所(suo)需試(shi)驗儀器和(he)設備(bei)幾乎(hu)無一(yi)不需要超精(jing)(jing)密(mi)加(jia)工(gong)技術的支(zhi)撐。由宏觀制(zhi)造進入微觀制(zhi)造是(shi)未(wei)來制(zhi)造業發展趨(qu)勢(shi)之(zhi)一(yi)，當前超精(jing)(jing)密(mi)加(jia)工(gong)已進入納(na)米(mi)尺度(du)，納(na)米(mi)制(zhi)造是(shi)超精(jing)(jing)密(mi)加(jia)工(gong)前沿的課題。世界(jie)發達國家均予以高度(du)重(zhong)視。

01 超精密加工的發展階段 

目(mu)前的超精密加工，以(yi)不改(gai)變(bian)工件材料物(wu)理特性(xing)為前提，以(yi)獲得(de)極限(xian)的形狀(zhuang)精度(du)、尺寸精度(du)、表(biao)面(mian)(mian)粗糙度(du)、表(biao)面(mian)(mian)完整性(xing)(無或(huo)極少的表(biao)面(mian)(mian)損傷，包括微裂紋等缺陷(xian)、殘余應(ying)力、組織變(bian)化)為目(mu)標。

超(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)的(de)研究內(nei)容，即影響超(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)精(jing)度的(de)各(ge)種因(yin)素包(bao)括：超(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)機理(li)、被(bei)加(jia)(jia)工(gong)(gong)材料、超(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)設備、超(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)具、超(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)夾具、超(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)的(de)檢(jian)測(ce)與誤差補償、超(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)環境(jing)(包(bao)括恒溫、隔振(zhen)、潔凈控制等)和超(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝等。一直以來，國內(nei)外學者圍(wei)繞這些內(nei)容展開(kai)了系(xi)統的(de)研究。超(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)的(de)發展經歷(li)了如下三(san)個(ge)階段。

1）20世紀50年代至80年代，美國率先發展了以單點金剛石切(qie)削為代(dai)表的(de)超精密(mi)加(jia)工技術(shu)，用于航天、國防、天文等領域激光(guang)核聚變反射(she)鏡、球面(mian)、非球面(mian)大(da)型零件的(de)加(jia)工。

2）20世紀80年代至90年代，進入民間工業的應用初期。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(dan)其加(jia)工效率無法和(he)金剛石車床相比。

3）20世紀90年代后，民用超(chao)精(jing)(jing)(jing)密(mi)加(jia)(jia)工技(ji)術(shu)(shu)(shu)逐(zhu)漸(jian)(jian)成熟。在汽(qi)車(che)、能源、醫療器材、信息、光電和通信等(deng)產業的(de)推動下，超(chao)精(jing)(jing)(jing)密(mi)加(jia)(jia)工技(ji)術(shu)(shu)(shu)廣泛應用于非(fei)球(qiu)面(mian)光學鏡片、超(chao)精(jing)(jing)(jing)密(mi)模具、磁盤(pan)驅(qu)動器磁頭、磁盤(pan)基板、半導體(ti)基片等(deng)零件(jian)的(de)加(jia)(jia)工。隨著超(chao)精(jing)(jing)(jing)密(mi)加(jia)(jia)工設(she)備的(de)相關技(ji)術(shu)(shu)(shu)，例如精(jing)(jing)(jing)密(mi)主軸部(bu)件(jian)、滾動導軌、靜壓(ya)導軌、微量進給驅(qu)動裝置、精(jing)(jing)(jing)密(mi)數控系統、激(ji)光精(jing)(jing)(jing)密(mi)檢測系統等(deng)逐(zhu)漸(jian)(jian)成熟，超(chao)精(jing)(jing)(jing)密(mi)加(jia)(jia)工設(she)備成為工業界常見的(de)生產設(she)備。此外，設(she)備精(jing)(jing)(jing)度也逐(zhu)漸(jian)(jian)接近納米級水平、可加(jia)(jia)工工件(jian)的(de)尺寸(cun)范圍(wei)也變(bian)得更(geng)大(da)，應用越來(lai)越廣泛。隨著數控技(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)發展(zhan)，還出現了超(chao)精(jing)(jing)(jing)密(mi)五軸銑削和飛切技(ji)術(shu)(shu)(shu)。已經可以加(jia)(jia)工非(fei)軸對稱非(fei)球(qiu)面(mian)等(deng)復(fu)雜零件(jian)。

02 國外超精(jing)密(mi)加工的發展情況 

超精(jing)(jing)密加工技術在國際上(shang)處于(yu)領先(xian)地位的國家有美(mei)國、英國和(he)日本。這些國家的超精(jing)(jing)密加工技術不僅總體成套水(shui)平(ping)高(gao)，而且商品(pin)化的程度也非常高(gao)。

美國50年代末發(fa)展了金剛石刀具的(de)超精(jing)(jing)密(mi)切削技術(shu)，稱(cheng)為“SPDT技術(shu)”（Single Point Dia-mond Turning）或“微英(ying)寸技術(shu)”（1微英(ying)寸＝0.025μm），并發(fa)展了相應(ying)的(de)空氣軸承(cheng)主軸的(de)超精(jing)(jing)密(mi)機床(chuang)，用于(yu)加工激光(guang)核聚變反射鏡、戰術(shu)導彈及載人飛船用球(qiu)面、非球(qiu)面大型零件等(deng)。

在大(da)型(xing)超精密(mi)(mi)機床方面，美國的(de)LLL國家實驗室于(yu)1986年研制成功兩臺大(da)型(xing)超精金剛石(shi)(shi)車(che)(che)床：一臺為加(jia)(jia)工直徑2.1m的(de)臥式DTM-3金剛石(shi)(shi)車(che)(che)床，另一臺為加(jia)(jia)工直徑1.65m的(de)LODTM立式大(da)型(xing)光(guang)學金剛石(shi)(shi)車(che)(che)床。其(qi)中，LODTM立式大(da)型(xing)光(guang)學金剛石(shi)(shi)車(che)(che)床被公認為世(shi)界上(shang)精度最(zui)高的(de)超精密(mi)(mi)機床。美國后來又研制出大(da)型(xing)6軸數控精密(mi)(mi)研磨機，用于(yu)大(da)型(xing)光(guang)學反射鏡的(de)精密(mi)(mi)研磨加(jia)(jia)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<10 nm。

Cranfield精密(mi)加工(gong)中(zhong)心于1991年研制成功(gong)OAGM-2500多(duo)功(gong)能三坐標聯動數控磨床(chuang)（工(gong)作(zuo)臺面(mian)積2500mm×2500mm），可加工(gong)（磨削(xue)、車(che)削(xue)）和測量精密(mi)自由曲(qu)面(mian)。該機床(chuang)采用加工(gong)件(jian)拼合方法，還可加工(gong)出天(tian)文望(wang)遠鏡(jing)中(zhong)直徑7.5m的大型反射鏡(jing)。

日本(ben)對(dui)超精密(mi)(mi)加(jia)工(gong)技術的研究相(xiang)對(dui)于美、英來說起步較晚，但是當(dang)今世界上(shang)超精密(mi)(mi)加(jia)工(gong)技術發展最(zui)快的國家。

03 我國超(chao)精密加(jia)工的(de)發展情(qing)況 

在過去(qu)相當長一段時期，由于受(shou)到(dao)西(xi)方國(guo)(guo)(guo)家的禁運限制，我(wo)國(guo)(guo)(guo)進(jin)口(kou)國(guo)(guo)(guo)外超精密機(ji)床嚴重受(shou)限。但當1998年我(wo)國(guo)(guo)(guo)自己的數控(kong)超精密機(ji)床研制成功后(hou)，西(xi)方國(guo)(guo)(guo)家馬上對我(wo)國(guo)(guo)(guo)開禁，我(wo)國(guo)(guo)(guo)現(xian)在已經進(jin)口(kou)了多臺超精密機(ji)床。

我國北(bei)京(jing)機(ji)床研究所(suo)、航空精密機(ji)械研究所(suo)（航空303）、哈爾濱工業大學、國防科技大學等單位現在已能(neng)生產若干種超精密數控金(jin)剛石機(ji)床。

北京(jing)機床(chuang)研(yan)究(jiu)(jiu)所是國(guo)(guo)內(nei)進(jin)行超精(jing)密(mi)(mi)加工技術(shu)研(yan)究(jiu)(jiu)的主要單(dan)位之一，研(yan)制(zhi)出了多種不同類(lei)型的超精(jing)密(mi)(mi)機床(chuang)、部件和相(xiang)關的高精(jing)度測試(shi)儀(yi)器等，如(ru)精(jing)度達0.025μm的精(jing)密(mi)(mi)軸承(cheng)、JCS—027超精(jing)密(mi)(mi)車(che)床(chuang)、JCS—031超精(jing)密(mi)(mi)銑床(chuang)、JCS—035超精(jing)密(mi)(mi)車(che)床(chuang)、超精(jing)密(mi)(mi)車(che)床(chuang)數控系統、復印機感光鼓加工機床(chuang)、紅外大功率(lv)激(ji)光反射鏡、超精(jing)密(mi)(mi)振動－位移測微儀(yi)等，達到了國(guo)(guo)內(nei)領先、國(guo)(guo)際先進(jin)水(shui)平(ping)。

NAM-800 型(xing)納米(mi)數控(kong)車床(chuang)是北京機(ji)床(chuang)研究(jiu)所最新(xin)一代的納米(mi)級加(jia)工機(ji)床(chuang)。它是當(dang)今(jin)數控(kong)技術、伺(si)服技術、機(ji)械制造技術完美的統一。該機(ji)床(chuang)為我國(guo)最前(qian)沿(yan)的科技發展提供(gong)了(le)良好(hao)的加(jia)工手段。

航空精密機械研究所在超精密主軸、花崗巖坐標測量機等方面進行了深入研究及產品生產。哈爾濱工業大學在金剛石超精密切削、金剛石刀具晶體定向和刃磨、金剛石微粉砂輪電解在線(xian)修整技術(shu)等方面進(jin)行(xing)了卓有成(cheng)效(xiao)的研究。

清(qing)華大學(xue)在集(ji)成電(dian)路超(chao)精(jing)密(mi)加(jia)工(gong)設備、磁盤加(jia)工(gong)及檢測(ce)設備、微(wei)位移工(gong)作臺、超(chao)精(jing)密(mi)砂帶磨(mo)削和研拋、金剛(gang)石微(wei)粉砂輪(lun)超(chao)精(jing)密(mi)磨(mo)削、非圓截面(mian)超(chao)精(jing)密(mi)切削等方面(mian)進行了深入研究，并有相應產(chan)品(pin)問世。

此外， 中科院長春光(guang)學精密機械與(yu)物(wu)理研(yan)究所、華中理工(gong)大學、沈(shen)陽第一機床廠、成都(dou)工(gong)具研(yan)究所、國防科技大學等都(dou)進(jin)行了這(zhe)一領(ling)域的研(yan)究， 成績(ji)顯著。

但(dan)總的(de)(de)(de)來說， 我國(guo)在超精密加工機床的(de)(de)(de)效(xiao)率、精度、可靠性(xing)， 特別(bie)是規格(ge)（大尺寸(cun)） 和技術配(pei)套性(xing)方面(mian)與(yu)國(guo)外相(xiang)比(bi)(bi)， 與(yu)生產實際(ji)要求相(xiang)比(bi)(bi)， 還有相(xiang)當大的(de)(de)(de)差距。另外，復雜曲面(mian)的(de)(de)(de)精密加工也一直是我國(guo)制(zhi)造業發展的(de)(de)(de)壁壘，而制(zhi)造業的(de)(de)(de)發展關系著國(guo)家經濟的(de)(de)(de)長遠發展問題，仍需(xu)投(tou)入大量(liang)的(de)(de)(de)研究。

04 精密加工的發展趨(qu)勢 

（1）高精(jing)度、高效(xiao)率

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。當前超精密加技術如CMP、EEM等雖能獲得極高的表面質量和表面完整性，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，成為超精密加工領域研究人員的目標。半固著磨粒加工方法的出現即體現了這一趨勢。另一方面表現為電解磁力研磨、磁流變磨料流加(jia)工等復合加(jia)工方法的誕(dan)生。

（2）工藝整合化

當今企(qi)(qi)業間(jian)的(de)(de)競(jing)爭(zheng)趨于(yu)白熱化，高生產(chan)效率越(yue)來越(yue)成(cheng)為企(qi)(qi)業賴以(yi)生存的(de)(de)條(tiao)件。在這樣(yang)的(de)(de)背景(jing)下，出現了“以(yi)磨代研”甚至(zhi)“以(yi)磨代拋”的(de)(de)呼聲。另一方面，使用一臺設備完成(cheng)多(duo)種加(jia)工(如車削(xue)、鉆削(xue)、銑削(xue)、磨削(xue)、光整)的(de)(de)趨勢越(yue)來越(yue)明顯。

（3）大型化、微(wei)型化

為(wei)加工(gong)航(hang)空、航(hang)天(tian)、宇(yu)航(hang)等領(ling)域需(xu)(xu)(xu)要(yao)(yao)的(de)大型光電子(zi)器(qi)(qi)件(jian)(如大型天(tian)體望遠鏡上的(de)反射鏡)，需(xu)(xu)(xu)要(yao)(yao)建(jian)立大型超(chao)精密(mi)加工(gong)設備(bei)。為(wei)加工(gong)微型電子(zi)機械(xie)、光電信息等領(ling)域需(xu)(xu)(xu)要(yao)(yao)的(de)微型器(qi)(qi)件(jian)(如微型傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)、微型驅動元件(jian)等)，需(xu)(xu)(xu)要(yao)(yao)微型超(chao)精密(mi)加工(gong)設備(bei)(但這并不(bu)是說(shuo)加工(gong)微小型工(gong)件(jian)一定需(xu)(xu)(xu)要(yao)(yao)微小型加工(gong)設備(bei))。 

超精密加工技術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(shu)已取得長足的(de)(de)進展(zhan)，加工后工件表面精(jing)度可達(da)納米(mi)級或亞(ya)納米(mi)級，并且加工方法日趨(qu)多樣化(hua)。在流量(liang)計傳(chuan)感器的(de)(de)生產(chan)制造(zao)中，為(wei)了達(da)到(dao)產(chan)品(pin)的(de)(de)高(gao)精(jing)度測(ce)量(liang)，精(jing)密加工技術(shu)保證了產(chan)品(pin)的(de)(de)加工精(jing)度。