精密超精密加工技術(shù)的起源從一定意義上可以上溯到原始社會(huì)：當(dāng)原始人類(lèi)學(xué)會(huì)了制作具有一定形狀且鋒利的石器工具時(shí)参歹，可以認(rèn)為出現(xiàn)了最原始的手工研磨加工工藝勾哩；到了青銅器時(shí)代后人類(lèi)制作了各類(lèi)表面光滑的銅鏡鸽素，這種制作方式就是研磨及拋光工藝褒繁。但是到了近代才出現(xiàn)了真正意義上的精密加工，最典型的例子就是精密鏜床的發(fā)明馍忽。1769年瓦特取得實(shí)用蒸汽機(jī)專(zhuān)利后棒坏，汽缸加工精度的高低就成了蒸汽機(jī)能否提高效率并得到實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。1774年英國(guó)人威爾金森發(fā)明了炮筒鏜床遭笋，可用于加工瓦特蒸汽機(jī)的汽缸體坝冕。1776年他又制造了一臺(tái)更為精確的汽缸鏜床，加工直徑為75inch（1inch=2.54cm）的汽缸瓦呼，誤差還不到一個(gè)硬幣的厚度喂窟。加工精度的提高促使了蒸汽機(jī)的大規(guī)模應(yīng)用，從而推動(dòng)了第一次工業(yè)革命的發(fā)展央串。

20世紀(jì)60年代初期磨澡，隨著航天、宇航的發(fā)展，精密超精密加工技術(shù)首先在美國(guó)被提出队乔，并由于得到了政府和軍方的財(cái)政支持而迅速發(fā)展隅贫。到了20世紀(jì)70年代，日本也成立了超精密加工技術(shù)委員會(huì)并制定了相應(yīng)發(fā)展規(guī)劃拾肚，將該技術(shù)列入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)雳誉，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，使得日本在民用光學(xué)斯智、電子及信息產(chǎn)品等產(chǎn)業(yè)處于世界領(lǐng)先地位各祠。

近年來(lái)，美國(guó)開(kāi)始實(shí)施了“微米和納米級(jí)技術(shù)”國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)計(jì)劃附舌，國(guó)防部成立了特別委員會(huì)渺纯，統(tǒng)一協(xié)調(diào)研究工作。美國(guó)目前至少有30多家公司研制和生產(chǎn)各類(lèi)超精密加工機(jī)床蛉差，如國(guó)家勞倫斯利佛摩爾實(shí)驗(yàn)室（LLNL）正蹋、摩爾（Moore）公司等在國(guó)際超精密加工技術(shù)領(lǐng)域久負(fù)盛名。同時(shí)利用這些超精密加工設(shè)備進(jìn)行了陶瓷壕哩、硬質(zhì)合金钧宠、玻璃和塑料等材料不同形狀和種類(lèi)零件的超精密加工，應(yīng)用于航空扎运、航天瑟曲、半導(dǎo)體、能源豪治、醫(yī)療器械等行業(yè)洞拨。日本現(xiàn)有20多家超精密加工機(jī)床研制公司，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)民用產(chǎn)品所需的超精密加工設(shè)備负拟，并成批生產(chǎn)了多品種商品化的超精密加工機(jī)床烦衣，日本在相機(jī)、電視掩浙、復(fù)印機(jī)花吟、投影儀等民用光學(xué)行業(yè)的快速發(fā)展與超精密加工技術(shù)有著直接的關(guān)系。英國(guó)從60年代起開(kāi)始研究超精密加工技術(shù)厨姚，現(xiàn)已成立了國(guó)家納米技術(shù)戰(zhàn)略委員會(huì)衅澈，正在執(zhí)行國(guó)家納米技術(shù)研究計(jì)劃，德國(guó)和瑞士也以生產(chǎn)精密加工設(shè)備聞名于世遣蚀。1992年后矾麻，歐洲實(shí)施了一系列的聯(lián)合研究與發(fā)展計(jì)劃，加強(qiáng)和推動(dòng)了精密超精密加工技術(shù)的發(fā)展善答。

國(guó)內(nèi)真正系統(tǒng)地提出超精密加工技術(shù)的概念是從20世紀(jì)80年代~90年代初仁墅，由于航空刺盏、航天等軍工行業(yè)的發(fā)展對(duì)零部件的加工精度和表面質(zhì)量都提出了更高的要求，這些軍工行業(yè)投入了資金支持行業(yè)內(nèi)的研究所和高校開(kāi)始進(jìn)行超精密加工技術(shù)基礎(chǔ)研究冲倡。由于當(dāng)時(shí)超精密加工技術(shù)屬于軍用技術(shù)锡迅，無(wú)論從設(shè)備還是工藝等方面，國(guó)外都實(shí)施了技術(shù)封鎖蒸橡，所以國(guó)內(nèi)超精密加工技術(shù)的開(kāi)展基本都是從超精密加工設(shè)備的研究開(kāi)始单葡。由于組成超精密加工設(shè)備的基礎(chǔ)是超精密元部件，包括空氣靜壓主軸及導(dǎo)軌每玛、液體靜壓主軸及導(dǎo)軌等雳梧，所以各家單位也正是以超精密基礎(chǔ)元部件及超精密切削加工用的天然金剛石刀具等為突破口，并很快就取得了一些進(jìn)展芦赔。哈爾濱工業(yè)大學(xué)托逝、北京航空精密機(jī)械研究所等單位陸續(xù)研制了超精密主軸及導(dǎo)軌等元部件，并進(jìn)行了天然金剛石超精密切削刀具刃磨機(jī)理及工藝研究桥膝，同時(shí)陸續(xù)搭建了一些結(jié)構(gòu)功能簡(jiǎn)單的超精密車(chē)床萤皂、超精密鏜床等超精密加工設(shè)備，開(kāi)始進(jìn)行超精密切削工藝實(shí)驗(yàn)匣椰。

非球面曲面超精密加工設(shè)備的研制成功是國(guó)內(nèi)超精密加工技術(shù)發(fā)展的里程碑裆熙，非球面光學(xué)零件由于具有獨(dú)特的光學(xué)特性在航空、航天禽笑、兵器以及民用光學(xué)等行業(yè)開(kāi)始得到應(yīng)用入录，從而簡(jiǎn)化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)并提高了產(chǎn)品的性能。當(dāng)時(shí)加工設(shè)備只有美國(guó)蒲每、日本及西歐等少數(shù)國(guó)家能夠生產(chǎn)纷跛，國(guó)內(nèi)引進(jìn)受到嚴(yán)格限制而且價(jià)格昂貴喻括，國(guó)家從“九五”開(kāi)始投入了人力物力支持研發(fā)超精密加工設(shè)備邀杏。到“九五”末期，北京航空精密機(jī)械研究所唬血、哈爾濱工業(yè)大學(xué)望蜡、北京興華機(jī)械廠、國(guó)防科技大學(xué)等單位陸續(xù)研制成功代表當(dāng)時(shí)超精密加工最高技術(shù)水平的非球面超精密切削加工設(shè)備拷恨，徹底打破了國(guó)外的技術(shù)封鎖脖律。之后其他各類(lèi)超精密加工設(shè)備，如超精密磨削設(shè)備漩叶、小計(jì)算機(jī)數(shù)控磨頭拋光設(shè)備苹衰、磁流變拋光設(shè)備、離子束拋光設(shè)備狞朦、大口徑非球面超精密加工設(shè)備棘爱、自由曲面多軸超精密加工設(shè)備、壓印模輥超精密加工設(shè)備等也陸續(xù)研制成功，縮小了超精密加工技術(shù)國(guó)內(nèi)外的差距柜棠。同時(shí)由于有了超精密加工設(shè)備的支撐酒舶，在超精密加工工藝方面也有了很大進(jìn)展，如ELID超精密鏡面磨削工藝歇决、磁流變拋光工藝宇赁、大徑光學(xué)透鏡及反射鏡超精密研拋及測(cè)量工藝、自由曲面的超精密加工及測(cè)量工藝芹蟹、光學(xué)薄膜模輥超精密加工工藝凳嘁，超精密加工技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也從軍工行業(yè)轉(zhuǎn)向了民用行業(yè)。

超精密加工技術(shù)的發(fā)展隨著時(shí)代的進(jìn)步其加工精度也不斷提高绍绽，目前已經(jīng)進(jìn)入到納米制造階段溉潭。納米級(jí)制造技術(shù)是目前超精密加工技術(shù)的巔峰，其研究需要具有雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)和物質(zhì)基礎(chǔ)條件少欺，美國(guó)喳瓣、日本及歐洲一些國(guó)家以及我國(guó)都在進(jìn)行一些研究項(xiàng)目，包括聚焦電子束曝光赞别、原子力顯微鏡納米加工技術(shù)等畏陕，這些加工工藝可以實(shí)現(xiàn)分子或原子級(jí)的移動(dòng)，從而可以在硅仿滔、砷化鎵等電子材料以及石英惠毁、陶瓷、金屬崎页、非金屬材料上加工出納米級(jí)的線條和圖形鞠绰，最終形成所需的納米級(jí)結(jié)構(gòu)，為微電子和微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展提供技術(shù)支持飒焦。

精密超精密加工技術(shù)的作用

1  精密超精密加工技術(shù)可促進(jìn)現(xiàn)代基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展

量子力學(xué)和相對(duì)論是近代物理學(xué)和其他基礎(chǔ)科學(xué)的核心蜈膨，20世紀(jì)30年代已經(jīng)建立，但是其中一些理論還未得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證牺荠，例如愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論中的2個(gè)預(yù)言强剥，即重力場(chǎng)彎曲效應(yīng)和慣性系拖曳效應(yīng)，這些理論在天文學(xué)例杰、空間探測(cè)等方面有著重要的指導(dǎo)意義拟晋。例如航天器圍繞地球旋轉(zhuǎn)，在牛頓的宇宙模型中指針會(huì)指向同一方向侥丝，而在愛(ài)因斯坦的模型中蛇狐，由于地球?qū)χ車(chē)鷷r(shí)空的扭曲和拖拽，陀螺儀指針會(huì)傾斜一個(gè)非常小的角度（一年內(nèi)指針僅移動(dòng)6000mas）贬打，這就是所謂的重力場(chǎng)彎曲效應(yīng)和慣性系拖曳效應(yīng)腿宛，這兩種現(xiàn)象十分微弱疤嘴，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證是不可想象的。

美國(guó)航空航天局（NASA）為了驗(yàn)證愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的上述2項(xiàng)預(yù)言從1963年開(kāi)始計(jì)劃漾衅，但直到2004年才發(fā)射了一個(gè)利用高精度陀螺儀的測(cè)量裝置——引力探測(cè)器住卿，用于檢測(cè)地球重力對(duì)周?chē)鷷r(shí)空影響。其中陀螺儀的核心部件——石英轉(zhuǎn)子（φ38.1mm）的真球度達(dá)到了7.6nm楞便，若將該轉(zhuǎn)子放大到地球的尺寸矫迹，要求地球表面波峰波谷誤差僅為2.4m，如此高的加工精度可以說(shuō)將超精密加工技術(shù)發(fā)揮到了極限呈野，最終陀螺精度達(dá)到了0.001角秒/年低矮。

20世紀(jì)80年代以前，太赫茲（THz）波段（介于微波與紅外之間）的研究結(jié)果和數(shù)據(jù)非常少被冒，主要是受到有效太赫茲產(chǎn)生源和靈敏探測(cè)器的限制军掂。隨著80年代一系列新技術(shù)、新材料昨悼、新工藝的發(fā)展蝗锥，使得太赫茲技術(shù)得以迅速發(fā)展。近年來(lái)由于太赫茲的獨(dú)特性能將給寬帶通信率触、雷達(dá)终议、電子對(duì)抗、電磁武器葱蝗、天文學(xué)穴张、醫(yī)學(xué)成像、無(wú)損檢測(cè)两曼、安全檢查等領(lǐng)域帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響皂甘，太赫茲基礎(chǔ)及應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)已經(jīng)逐漸成為研究熱點(diǎn)。

太赫茲技術(shù)在航空領(lǐng)域的重要應(yīng)用是太赫茲雷達(dá)可用于隱身飛行器探測(cè)瞳胸，其中束控元件是太赫茲探測(cè)系統(tǒng)的重要功能部件哪峰，其透鏡主要采用硅基遠(yuǎn)紅外透射材料，反射元件面形有拋物面村次、橢球面招蓝、離軸非球面以及賦形曲面等，采用鋁等金屬基材料痒弃。我國(guó)正研的主反射元件尺寸已有φ300mm、φ800mm巩樟、φ1000mm等仆扰，面形精度要求已要求達(dá)微米級(jí)，表面質(zhì)量為鏡面艰捶，并且要求零件精度質(zhì)量具有良好的穩(wěn)定性祟放。我國(guó)中期發(fā)展的太赫茲系統(tǒng)擬采用φ4~5m的主鏡澳踱，遠(yuǎn)期主鏡直徑將達(dá)30m或更大，太赫茲系統(tǒng)束控主反射元件面形也將采用主動(dòng)控制的拼接式平面衡喧、離軸非球面等形狀癣彩。基于上述要求帚屉，需要大型單點(diǎn)金剛石超精密車(chē)削設(shè)備谜诫、復(fù)雜曲面超精密加工工藝技術(shù)、大型復(fù)雜曲面的高精度三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)等支撐攻旦。

2  精密超精密加工技術(shù)是現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)

國(guó)家目前非常重視交通喻旷、能源、信息牢屋、生物醫(yī)藥等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展且预，但是目前這些產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)國(guó)內(nèi)還沒(méi)有掌握，關(guān)鍵設(shè)備或零部件仍然依賴(lài)進(jìn)口烙无。如高性能軸承是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)锋谐、高鐵、風(fēng)電等產(chǎn)品的關(guān)鍵截酷，但由于目前國(guó)內(nèi)材料怀估、工藝等方面的原因，其使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求合搅，其他一些承受高頻載荷的部件同樣面臨這些問(wèn)題多搀。近年國(guó)內(nèi)開(kāi)始研究的抗疲勞制造技術(shù)則是以被加工件的抗疲勞強(qiáng)度及疲勞壽命為判據(jù)，其中的核心技術(shù)之一是精密超精密加工工藝画了，可提高表面質(zhì)量虾驰、改善表面應(yīng)力狀態(tài)，從而提高零件的疲勞壽命嫌或，這不僅要求具有超精密加工設(shè)備及工藝伊了，而且還需研制材料及零部件的疲勞壽命精密測(cè)試設(shè)備。

新能源產(chǎn)業(yè)（如太陽(yáng)能）國(guó)內(nèi)雖然發(fā)展很快喝灌，但核心技術(shù)還是掌握在國(guó)外栅刚，如硅片切割、研磨嘉栽、拋光慈哗、刻劃設(shè)備，高倍聚光菲涅爾透鏡模具超精密加工設(shè)備等與國(guó)外還存在較大差距损螃。信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動(dòng)了芯片筋悴、存儲(chǔ)等發(fā)展，隨著存儲(chǔ)密度越來(lái)越大筹聂，對(duì)磁盤(pán)的表面粗糙度以及相應(yīng)的讀寫(xiě)設(shè)備的懸浮高度及磁頭的上下跳動(dòng)量的要求大大提高暖悦，目前國(guó)外已經(jīng)可以把磁頭菊碟、磁盤(pán)的相對(duì)間隙最高控制在1nm左右。在醫(yī)療器械行業(yè)在刺，超精密加工技術(shù)也起著很大的作用逆害，人造關(guān)節(jié)采用鈦合金或其他貴金屬材料，這些高精度零件的表面處理對(duì)清潔度蚣驼、光整度和表面粗糙度具有極高要求魄幕，需要進(jìn)行超精密研拋，形狀要根據(jù)個(gè)人的身體結(jié)構(gòu)定制隙姿，國(guó)外價(jià)格昂貴梅垄，而國(guó)內(nèi)無(wú)論從使用壽命和安全性等方面存在較大差距。其他如微型內(nèi)窺鏡中的微小透鏡及器件输玷、心臟搭橋及血管擴(kuò)張器队丝、醫(yī)用微注射頭陣列等國(guó)內(nèi)現(xiàn)在還無(wú)法生產(chǎn)。

3  精密超精密加工技術(shù)是現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)的重要技術(shù)支撐

超精密加工技術(shù)對(duì)國(guó)防武器裝備的發(fā)展具有重大影響欲鹏，掌握超精密加工技術(shù)并具備相應(yīng)的生產(chǎn)能力是國(guó)防工業(yè)涉入現(xiàn)代國(guó)防科技和武器裝備尖端技術(shù)領(lǐng)域的必要手段机久， 20世紀(jì)90年代初，美國(guó)就將其列為21項(xiàng)美國(guó)國(guó)防關(guān)鍵技術(shù)之一赔嚎。

超精密加工技術(shù)的發(fā)展對(duì)飛機(jī)犯绪、導(dǎo)彈等慣性器件的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。美國(guó)1962年就研制成功了激光陀螺珠技，但因未突破硬脆材料的陀螺腔體和反射鏡的超精密加工技術(shù)骑失，使激光陀螺在飛機(jī)上的應(yīng)用整整延遲了20年，超精密車(chē)削嘲本、磨削荞扒、研磨以及離子束拋光等工藝的相繼突破才使激光陀螺投入了批生產(chǎn)，并將陀螺性能指標(biāo)提高了2個(gè)數(shù)量級(jí)灌饵。半球諧振陀螺儀中半球諧振子采用超精密振動(dòng)切削工藝達(dá)到了精度和性能指標(biāo)窟蝌。激光加工和離子刻蝕等超精密加工技術(shù)是制造硅微型慣性傳感器的重要工藝，這將對(duì)飛機(jī)和導(dǎo)彈慣性系統(tǒng)的小型化起重要作用粹龄。采用超精密銑削工藝及超精密研拋工藝提高了慣性傳感器中撓性件的精度和尺寸穩(wěn)定性锉潜。此外，飛控系統(tǒng)中的液壓零件采用超精密磨削及研磨拋光插驾、超精密清洗工藝摹色，對(duì)提高飛機(jī)的可靠性、可維修性和壽命起到了至關(guān)重要的作用鹿蜀。

發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴零件（如旋流槽箕慧、微小孔等特征）的精密加工與檢測(cè)技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片型面及進(jìn)排氣邊的精密加工與檢測(cè)技術(shù)茴恰、整體葉盤(pán)的精密加工與檢測(cè)技術(shù)等發(fā)展為航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的加工與檢測(cè)提供了可靠保證颠焦，促進(jìn)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提升。發(fā)動(dòng)機(jī)零部件專(zhuān)用五軸非接觸掃描精密測(cè)量機(jī)往枣。

超精密加工技術(shù)使導(dǎo)彈關(guān)鍵元器件的精度和質(zhì)量產(chǎn)生了飛躍伐庭，進(jìn)而大大提高了導(dǎo)彈的命中率。例如導(dǎo)彈頭罩形狀由球形向適應(yīng)空氣動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜形狀發(fā)展分冈，材料由紅外材料向藍(lán)寶石乃至金剛石發(fā)展圾另，這也對(duì)超精密加工設(shè)備和超精密加工工藝提出了新的要求。

精密超精密加工技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

1  超精密加工技術(shù)基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)還需進(jìn)一步不斷發(fā)展

所謂超精密加工技術(shù)基礎(chǔ)理論雕沉，是指在了解并掌握超精密加工過(guò)程的基本規(guī)律和現(xiàn)象的描述后才能駕馭這一過(guò)程集乔，取得預(yù)期結(jié)果。例如上世紀(jì)90年代初坡椒，日本學(xué)者用金剛石車(chē)刀在LLNL的DTM3上加工出最薄的連續(xù)切屑的照片扰路，當(dāng)時(shí)認(rèn)為達(dá)到了1nm的切削厚度，已成為世界最高水平倔叼，并至今無(wú)人突破聘银。那么超精密切削極限尺度是多少、材料此時(shí)是如何去除的胖移，此外超精密加工工藝系統(tǒng)在力替独、熱、電鞠撑、磁衬蚤、氣等多物理量/場(chǎng)復(fù)雜耦合下的作用機(jī)理是什么、此時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性还幅、動(dòng)態(tài)精度及穩(wěn)定性如何保證等都需要得到新理論的支持砌纸。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，分子動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始在物理溃皮、化學(xué)盔却、材料學(xué)、摩擦學(xué)等領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用熬皮，美國(guó)奖锦、日本等國(guó)首先應(yīng)用該技術(shù)研究納米級(jí)機(jī)械加工過(guò)程，國(guó)內(nèi)從21世紀(jì)初在一些高校開(kāi)始應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)對(duì)納米切削及磨削過(guò)程進(jìn)行研究幽七，可描述原子尺寸景殷、瞬態(tài)的切削過(guò)程，在一定程度上反映了材料的微觀去除機(jī)理澡屡，但這一切還有待于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猿挚。

2  被加工材料和工藝方法也在不斷擴(kuò)展

鈦合金是航空最常用的材料之一，氫作為有害雜質(zhì)元素對(duì)鈦合金的使用性能有極其不利的影響驶鹉，如會(huì)引起鈦合金氫脆绩蜻、應(yīng)力腐蝕及延遲斷裂等铣墨，但是近年來(lái)研究表明通過(guò)合理有效地控制滲氫、相變及除氫等過(guò)程办绝，獲得鈦合金組織結(jié)構(gòu)的變化伊约，從而可以改善其加工性能，提高加工表面質(zhì)量和效率孕蝉。同樣通常認(rèn)為黑色金屬是無(wú)法利用天然金剛石進(jìn)行超精密切削加工的屡律，多年來(lái)也一直在進(jìn)行各種工藝研究，如利用低溫流體（液氮或二氧化碳）冷卻切削區(qū)進(jìn)行低溫冷卻車(chē)削降淮、采用超聲振動(dòng)切削黑色金屬超埋、采用金剛石涂層刀具等，采用離子滲氮和氣體滲氮工藝對(duì)模具鋼進(jìn)行處理铝三，但上述方法到目前為止還無(wú)法工程化應(yīng)用淑免。近年來(lái)通過(guò)離子注入輔助方式改變被加工材料表層的可加工性能，實(shí)現(xiàn)硅等硬脆材料復(fù)雜形狀的高效超精密切削宛扒。

抗疲勞制造技術(shù)的發(fā)展為超精密加工技術(shù)提出了新的發(fā)展方向优麻，超硬材料的精密加工工藝要求控制表層及亞表層的損傷及組織結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀態(tài)等參數(shù)治队，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承材料M50NiL表面處理后硬度超過(guò)了HRC70胯绢。隨著單晶渦輪葉盤(pán)和單晶渦輪葉片在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用，要求被加工材料沒(méi)有重融層和變質(zhì)層鼻肉，從而對(duì)精密加工工藝提出了新要求瓦式。隨著導(dǎo)彈馬赫數(shù)的增加，要求頭罩材料的抗耐磨性提高荡拌，已從紅外材料向藍(lán)寶石材料頭罩乃至金剛石材料發(fā)展幸瓢，形狀也從球形向非球面乃至自由曲面發(fā)展，對(duì)超精密加工設(shè)備窿猿、工藝及檢測(cè)技術(shù)提出了新的要求冀泻。

3  微納結(jié)構(gòu)功能表面的超精密加工技術(shù)

微結(jié)構(gòu)功能表面具有特定的拓?fù)湫螤睿Y(jié)構(gòu)尺寸一般為10~100μm蜡饵，面形精度小于0.1μm弹渔，其表面微結(jié)構(gòu)具有紋理結(jié)構(gòu)規(guī)則、高深寬比溯祸、幾何特性確定等特點(diǎn)肢专，如凹槽陣列、微透鏡陣列焦辅、金字塔陣列結(jié)構(gòu)等博杖，這些表面微結(jié)構(gòu)使得元件具有某些特定的功能，可以傳遞材料的物理、化學(xué)性能等剃根，如粘附性哩盲、摩擦性、潤(rùn)滑性跟继、耐磨損性种冬，或者具備特定的光學(xué)性能等镣丑。例如在航空舔糖、航天飛行器宏觀表面加工出微納結(jié)構(gòu)形成功能性表面，不僅可以減小飛行器的風(fēng)阻漂岔、摩阻脊直，減小摩擦，還可以避免結(jié)冰層形成辰想，提高空氣動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)功能辖醒，從而達(dá)到增速、增程远驹、降噪等目的梧部，同時(shí)表面特定的微結(jié)構(gòu)特征還能起到隱身功能，增強(qiáng)突防能力安坏。

在民用方面最典型的例子是游泳運(yùn)動(dòng)員的泳衣表面增加了一些微結(jié)構(gòu)泊嗤，俗稱(chēng)鯊魚(yú)皮泳衣，結(jié)果使運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)有了大幅度的提高颈冶，使國(guó)際泳聯(lián)不得不禁止使用這種高科技的泳衣垮袭。此外微結(jié)構(gòu)功能表面在光學(xué)系統(tǒng)、顯示設(shè)備摆抑、聚光光伏產(chǎn)業(yè)转砖、交通標(biāo)志標(biāo)牌、照明等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用鲸伴，如LCD 顯示器的背光模組的各種光學(xué)膜片府蔗，背光模組關(guān)鍵件—導(dǎo)光板、擴(kuò)散板汞窗、增光膜等姓赤，聚光光伏太陽(yáng)能CPV 系統(tǒng)的菲涅爾透鏡，道路標(biāo)示用微結(jié)構(gòu)光學(xué)膜片杉辙、新一代LED 照明用高效配光結(jié)構(gòu)等模捂。

在未來(lái)零部件設(shè)計(jì)與制造將會(huì)增加一項(xiàng)功能表面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造，通過(guò)在零件表面設(shè)計(jì)和加工不同形狀的微結(jié)構(gòu)蜘矢，從而提高零部件力學(xué)狂男、光學(xué)、電磁學(xué)、升學(xué)等功能岖食，這將是微納制造的重要應(yīng)用領(lǐng)域红碑，2006年成立的國(guó)際納米制造學(xué)會(huì)經(jīng)專(zhuān)家討論并認(rèn)同，納米制造中的核心技術(shù)將從目前以MEMS技術(shù)逐步轉(zhuǎn)向超精密加工技術(shù)泡垃。

4  超精密加工開(kāi)始追求高效

超精密加工技術(shù)從發(fā)展之初是為了保證一些關(guān)鍵零部件的最終精度彬界，所以當(dāng)初并不是以加工效率為目標(biāo)，更多關(guān)注的是精度和表面質(zhì)量秘鳞，例如一些光學(xué)元件最初的加工周期是以“年”為加工周期垛夷。但是隨著零件尺寸的進(jìn)一步加工增大和數(shù)量的增多，目前對(duì)超精密加工的效率也提出了要求叔人。例如為了不斷提高觀察天體范圍和清晰度致煎，需不斷加大天文望遠(yuǎn)鏡的口徑，這就同樣存在天文版的摩爾定律伍奏，即每隔若干年屠蚌，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的口徑增大一倍，如建于1917年位于美國(guó)威爾遜山天文臺(tái)的Hooker望遠(yuǎn)鏡的口徑為2.5m肿蚂，是當(dāng)年全世界最大的天文望遠(yuǎn)鏡啊衣；到1948年被Hale望遠(yuǎn)鏡取代，其口徑達(dá)到了5m措找；1992年新建成的Keck望遠(yuǎn)鏡的口徑達(dá)到了10m糖追，目前仍在發(fā)揮著巨大的作用。目前正在計(jì)劃制造的巨大天文望遠(yuǎn)鏡OWL主鏡口徑達(dá)到100m品山，由3048塊六邊形球面反射鏡組成胆建，次鏡由216塊六邊形平面反射鏡組成，總重約1~1.5萬(wàn)t肘交，按照目前現(xiàn)有的加工工藝笆载，可能需要上百年的時(shí)間才能完成。此外涯呻，激光核聚變點(diǎn)火裝置（NIF）需要7000多塊400mm見(jiàn)方的KDP晶體凉驻，如果沒(méi)有高效超精密加工工藝，加工時(shí)間也無(wú)法想象复罐。為此需要不斷開(kāi)發(fā)新的超精密加工設(shè)備和超精密加工工藝來(lái)滿足高效超精密加工的需求涝登。

5  超精密加工技術(shù)將向極致方向發(fā)展

隨著科技的進(jìn)步，對(duì)超精密加工技術(shù)已經(jīng)提出了新的要求效诅，如要求極大零件的極高精度胀滚、極小零件及特征的極高精度、極復(fù)雜環(huán)境下的極高精度乱投、極復(fù)雜結(jié)構(gòu)的極高精度等咽笼。

歐洲南方天文臺(tái)正在研制的超大天文望遠(yuǎn)鏡VLT反射鏡為一塊直徑8.2m顷编、厚200mm的零膨脹玻璃，經(jīng)過(guò)減重后重量仍然達(dá)到了21t僚魁。法國(guó)REOSC公司負(fù)責(zé)加工七迂，采用了銑磨、小磨頭拋光等加工工藝视樱，加工周期為8~9個(gè)月蒿由，最終滿足了設(shè)計(jì)要求，目前許多新的超精密加工工藝如應(yīng)力盤(pán)拋光哼曙、磁流變拋光扯涝、離子束拋光等出現(xiàn)為大鏡加工提供了技術(shù)支撐。前面提到的微納結(jié)構(gòu)功能表面結(jié)構(gòu)尺寸小到幾個(gè)微米材框，如微慣性傳感器中的敏感元件撓性臂特征尺寸為9μm桃逆，而其尺寸精度卻要求±1μm。

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量局研制的納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（分子測(cè)量機(jī)）是實(shí)現(xiàn)如何在極復(fù)雜環(huán)境下的極高精度測(cè)量的典型例子缰俭，該儀器測(cè)量范圍50mm×50mm×100μm，精度達(dá)到了1nm叫质，對(duì)環(huán)境要求及其嚴(yán)格京挖，最內(nèi)層殼溫度控制17±0.01℃，次層殼采用主動(dòng)隔振物喷，高真空層工作環(huán)境保持1.0×10-5Pa卤材，最外層殼用于噪聲隔離，最后將整體結(jié)構(gòu)安裝在空氣彈簧上進(jìn)行被動(dòng)隔振峦失。自由曲面光學(xué)曲面精度要求高扇丛、形狀復(fù)雜，有的甚至無(wú)法用方程表示（如賦值曲面）尉辑，但由于其具有卓越的光學(xué)性能近年來(lái)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大帆精，但自由曲面光學(xué)零件的設(shè)計(jì)、制造及檢測(cè)等技術(shù)還有待于進(jìn)一步發(fā)展隧魄。

6  超精密加工技術(shù)將向超精密制造技術(shù)發(fā)展

超精密加工技術(shù)以前往往是用在零件的最終工序或者某幾個(gè)工序中卓练，但目前一些領(lǐng)域中某些零部件整個(gè)制造過(guò)程或整個(gè)產(chǎn)品的研制過(guò)程都要用到超精密技術(shù)，包括超精密加工加工购啄、超精密裝配調(diào)試以及超精密檢測(cè)等襟企，最典型的例子就是美國(guó)的美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF）。

為了解決人類(lèi)的能源危機(jī)狮含，各國(guó)都在研究新的能源技術(shù)顽悼，其中利用氘、氚的聚變反應(yīng)產(chǎn)生巨大能源可供利用甸持，而且不產(chǎn)生任何放射性污染孝仅，這就是美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火工程卑绢。我國(guó)也開(kāi)始了這方面的研究，被稱(chēng)為神光工程叉室。NIF整個(gè)系統(tǒng)約有2個(gè)足球場(chǎng)大小蛮嘹，共有192束強(qiáng)激光進(jìn)入直徑10m的靶室，最終將能量集中在直徑為2mm的靶丸上布撑。這就要求激光反射鏡的數(shù)量極多（7000多片）诲要，精度和表面粗糙度極高（否則強(qiáng)激光會(huì)燒毀鏡片），傳輸路徑調(diào)試安裝精度要求極高辩洪，工作環(huán)境控制要求極高粱目。對(duì)于直徑為2mm的靶丸，壁厚僅為160μm合荞，其中充氣小孔的直徑為5μm挫蓝，帶有一直徑為12μm、深4μm的沉孔僻邀。微孔的加工困難在于其深徑比大抒寂、變截面，可采用放電加工掠剑、飛秒激光加工屈芜、聚焦離子束等工藝，或采用原子力顯微鏡進(jìn)行超精密加工朴译。系統(tǒng)各路激光的空間幾何位置對(duì)稱(chēng)性誤差要求小于1%井佑、激光到達(dá)表面時(shí)間一致性誤差小于30fs、激光能量強(qiáng)度一致性誤差小于1%等眠寿。如此復(fù)雜高精度的系統(tǒng)無(wú)論從組成的零部件加工及裝配調(diào)試過(guò)程時(shí)刻都體現(xiàn)了超精密制造技術(shù)躬翁。

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