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光學工程
超精密加工技術介紹

超精密加工技術在國際上處于領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不僅總體成套水平高,而且商品化的程度也非常高。 

美國是開展超精密加工技術研究最早的國家,也是迄今處于世界領先地位的國家。早在50年代末,由于航天等尖端技術發展的需要,美國首先發展了金剛石刀具的超精密切削技術,稱為“SPDT技術”(Single Point Diamond Turning)或“微英寸技術”(1微英寸=0.025μ m),并發展了相應的空氣軸承主軸的超精密機床。用于加工激光核聚變反射鏡、戰術導彈及載人飛船用球面非球面大型零件等等。如美國LLL實驗室和Y-12工廠在美國能源部支持下,于1983年7月研制成功大型超精密金剛石車床DTM-3型,該機床可加工最大零件?2100mm、重量4500kg的激光核聚變用的各種金屬反射鏡、紅外裝置用零件、大型天體望遠鏡(包括X光天體望遠鏡)等。該機床的加工精度可達到形狀誤差為28nm(半徑),圓度和平面度為12.5nm,加工表面粗糙度為Ra4.2nm。該機床與該實驗室1984年研制的LODTM大型超精密車床一起仍是現在世界上公認的技術水平最高、精度最高的大型金剛石超精密車床。 

在超精密加工技術領域,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)享有較高聲譽,它是當今世界上精密工程的研究中心之一,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0.1μ m ,表面粗糙度Ra<10nm。 

日本對超精密加工技術的研究相對于美、英來說起步較晚,但是當今世界上超精密加工技術發展最快的國家。日本的研究重點不同于美國,前者是以民品應用為主要對象,后者則是以發展國防尖端技術為主要目標。所以日本在用于聲、光、圖象、辦公設備中的小型、超小型電子和光學零件的超精密加工技術方面,是更加先進和具有優勢的,甚至超過了美國。 

我國的超精密加工技術在70年代末期有了長足進步,80年代中期出現了具有世界水平的超精密機床和部件。北京機床研究所是國內進行超精密加工技術研究的主要單位之一,研制出了多種不同類型的超精密機床、部件和相關的高精度測試儀器等,如精度達0.025μ m的精密軸承、JCS-027超精密車床、JCS-031超精密銑床、JCS-035超精密車床、超精密車床數控系統、復印機感光鼓加工機床、紅外大功率激光反射鏡、超精密振動-位移測微儀等,達到了國內領先、國際先進水平。航空航天工業部三零三所在超精密主軸、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修整技術等方面進行了卓有成效的研究。清華大學在集成電路超精密加工設備、磁盤加工及檢測設備、微位移工作臺、超精密砂帶磨削和研拋、金剛石微粉砂輪超精密磨削、非圓截面超精密切削等方面進行了深入研究,并有相應產品問世。此外中科院長春光學精密機械研究所、華中理工大學、沈陽第一機床廠、成都工具研究所、國防科技大學等都進行了這一領域的研究,成績顯著。但總的來說,我國在超精密加工的效率、精度可靠性,特別是規格(大尺寸)和技術配套性方面與國外比,與生產實際要求比,還有相當大的差距。 

超精密加工技術發展趨勢是:向更高精度、更高效率方向發展;向大型化、微型化方向發展;向加工檢測一體化方向發展;機床向多功能模塊化方向發展;不斷探討適合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。21世紀初十年將是超精密加工技術達到和完成納米加工技術的關鍵十年。


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