i%v^Zg&F U 超精密加工經(jīng)過數(shù)十年的努力，日趨成熟，不論是超精密機床、金剛石工具，還是超精密加工工藝已形成了一整套完整的超精密制造技術(shù)系統(tǒng)，為推動機械制造向更高層次發(fā)展奠定了基礎，現(xiàn)在正在向納米級精度或毫微米精度邁進，其前景十分令人鼓舞。但是從另一個角度來分析，隨著科技的發(fā)展，對它的要求越來越高，而現(xiàn)實的情況又受到技術(shù)水平的制約，依然存在許多困難。
y}nM'$p 綜述
Kl\A &O*{ 6^}GXfJAc 超精密加工技術(shù)是一門綜合性的系統(tǒng)工程，它的發(fā)展綜合地利用了機床、工具、計量、環(huán)境技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等的進步。日本的津和秀夫教授形象地將超精密加工比作富士山的山頂，所以在某種意義上說，已到達了精密加工的頂峰。日本的文獻上，經(jīng)常出現(xiàn)向極限靠攏的提法。雖然從技術(shù)的角度來說，有些模糊，但是很形象化。實際上，加工精度在現(xiàn)有的水平上再提高一步已是相當困難。以現(xiàn)在的產(chǎn)品而言，凡是要求高的尺寸，大部分是超越現(xiàn)有標準的，這從另一個側(cè)面反映了超精密的實際情況，相當多的要求，均以技術(shù)條件的形式來表示，或標明具體的特殊公差，而今天除了精度以外，對表面還提出了新的要求——表面完整性。日本谷口紀男教授往往將超精密加工技術(shù)與微細加工綜合在一起來加以介紹，客觀上反映了兩種技術(shù)的交叉，也體現(xiàn)了時代的特征。本文想就超精密加工發(fā)展的趨勢，說明一些個人的看法。
4s.wQ2m Xy=|qu 超精密加工技術(shù)隨著時間的推延，精度、難度、復雜性等都在向更高層次發(fā)展，使加工技術(shù)也隨之需要不斷加以更新，來與之相適應。
=i\~][- p*n$iroy_{ 以金剛石切削為例，其刃口圓弧半徑一直在向更小的方向發(fā)展，因為它的大小直接影響到被加工表面的粗糙度，與光學鏡面的反射率直接有關(guān)，而今反射率要求越來越高，如激光陀螺反射鏡的反射率已提出了99.99%，必然要求金剛石刀具更加鋒利，根據(jù)日本大阪大學島田尚一博士介紹，為了進行切薄試驗，目標是達到切屑的厚度1nm，其刃口圓弧半徑趨近2～4nm。直至今日，這個水平仍為世界最高的。為了達到這個高度，促使金剛石研磨機也改變了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，而采用了空氣軸承作為支承，研磨盤的端面跳動能在機床上自行修正，使其端面跳動控制在0.5µm以下，我國航空系統(tǒng)303所研制的刃磨機就是一例。刃口鋒利了，接著其檢測又成為一個難題，起先日本橫濱大學的中山一雄教授用金絲壓痕的方法；后來發(fā)展到采用掃描電子顯微鏡(SEM)，其測量精度可達到50nm；隨著精度的再提高，日本的刀尖評價委員會又在SEM上增加了二次電子的發(fā)射裝置，這時也只能測定到20～40nm；1993年，該小組再提出采用掃描隧道顯微鏡(STM)或原子力顯微鏡(AFM)來進行檢測，但以后就未見報道。直到1996年，我國的華中理工大學發(fā)表了用AFM檢測的報道。1998年，哈工大又再次作了報道。用AFM成功地檢測了刃口圓弧半徑。檢測技術(shù)的突破，的進為微量切削機理一步探索創(chuàng)造了前提。
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. }=;N3Q" #y 硬脆材料的加工一般均采用研磨等方法，后來日本足利大學的宮下政和教授發(fā)表了采用金剛石砂輪，控制切削深度和走刀量，在超精密磨床上，可以進行延性方式磨削，即使是玻璃的表面也可以獲得光學鏡面。這在技術(shù)上是一次很大的突破。接著，又發(fā)展到了直接采用大負前角度的金剛石車刀在上述的類似條件下，也可以獲得同樣的結(jié)果，但車削的效率則明顯的提高。今天又提出如果將超聲波技術(shù)與金剛石切削結(jié)合，更有利于發(fā)揮出功效。我國吉林工大等也作了這種嘗試，并取得成果。
% UY=VE\F Y Q3%vH5#y 砂輪采用金屬結(jié)合劑，一般指的是銅，而為了提高砂輪的壽命，日本東京工業(yè)大學的中川威雄教授采用了鑄鐵結(jié)合劑，使砂輪的壽命明顯提高，這是很大的突破，隨之，引起了各種結(jié)合劑的研究熱潮。后來日本理化學研究所的大森整就在這個基礎上，發(fā)展了砂輪的在線電解修整(ELID)技術(shù)，又使超精密加工技術(shù)的途徑得到了拓寬，在鏡面加工方面取得了進步。
Y#3m|b 45n ); 7csh% 金剛石技術(shù)的發(fā)展，近幾十年來，給了科技人員很大的激勵，從天然金剛石到人造金剛石，從超硬金剛石薄膜到厚膜的形成，逐漸為在超精密制造技術(shù)方面廣泛采用金剛石工具創(chuàng)造了美好的前景。為了金剛石應用領域的拓寬，為突破金剛石切削黑色金屬，一直在進行大量的實踐，如深冷切削、富碳大氣中的切削等，都先后取得一些效果，也有在金剛石的成份中摻入硼，使之與黑色金屬的親和力明顯改善。而今金剛石的刃磨已在探索其他的途徑，如熱化學研磨即為一例。
FHqa|4 Ie J(g!>Sp!p 微量切削的機理一直是技術(shù)人員所關(guān)切的一個大問題，但是要直接對切削點觀察是異常困難的，現(xiàn)在有提議將切削裝置小型化，放置于SEM的鏡頭下進行切削并觀察；日本大阪大學井川直哉教授等開始采用計算機仿真，逐步在向揭開微量切削的奧秘迫近。
7H++ pOF XNd:x { 超精密機床的發(fā)展，已經(jīng)相當成熟。它是最重要的硬件，它集大量成果于一體，如高精度主軸、微量進給裝置、高精度定位系統(tǒng)、氣浮導軌技術(shù)、熱穩(wěn)定性技術(shù)、NC系統(tǒng)等。特別是美國的LLNL實驗室、日本的不二越、東芝機械等公司、英國的Cranfield、Pneumo Precision等的產(chǎn)品都已商品化，在市場上很有聲望。
E^T/ Qu i #iY;R8 總之，超精密制造技術(shù)是綜合的、系統(tǒng)的技術(shù)組合，而且隨著時間的推延，其內(nèi)涵始終在演變，因此必須及時跟蹤、分析，綜合地將其各方面的進步，以新穎的構(gòu)思巧妙地加以重組，來不斷地提高超精密加工技術(shù)水平，適應時代的要求。
jZe]zdml !W{|7Es?. 展望與對策
ke'p8Gz ,1RW}1n 時代對超精密加工技術(shù)仍在不斷地提出更新的需求，從大到天體望遠鏡的透鏡，小到微機械的微納米尺寸零件。不論體積大小，其最高尺寸精度都趨近于毫微米；形狀也日益復雜化，各種非球面已是當前非常典型的幾何形狀；70年代，始于日本的產(chǎn)品短薄輕小的戰(zhàn)略思想，引發(fā)了儀表的小型化、輕便化，從而導致儀表零件的薄壁、低剛度、易變形的特點，也造成超精密加工的更大難度。
E}.cz\!. wW]|ElYR= 在當前必然也會談到的是微機械技術(shù)的誕生，為超精密制造技術(shù)引來一種嶄新的態(tài)勢，它的微細程度使傳統(tǒng)的制造技術(shù)面臨一種新的挑戰(zhàn)。盡管它的誕生時間只是近期的事。人們已公認為它是21世紀的前沿技術(shù)。它的發(fā)展極為神速，受到全世界的關(guān)注，我國也不例外，僅幾年時間，許多單位已生產(chǎn)出各種產(chǎn)品，甚至完成了將原子遷移，構(gòu)成圖形或字體等的各種創(chuàng)舉。1996年，上海交通大學展示了直徑為2mm的微電機，而今天瑞士TECHSTAR GmbH已經(jīng)將直徑3mm電機，轉(zhuǎn)速為100,000r/min的產(chǎn)品作為商品銷售，其最小的滾珠軸承外徑只有3mm。微機械的發(fā)展如此迅速，確實驚人！
^ 4c2}>f "f3, w 面臨即將到來的21世紀，我國從事超精密加工的廣大科技人員如何努力才能縮短與國外的差距，作為這條戰(zhàn)線的一名工作者，確是日有所思，下面提出一些個人的具體想法。
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