新的名词术语，它与光整加工是对应 的，是指既要降低表面粗糙度和提高 表面层力学机械性质，又要提高加工 精度（包括尺寸、 形状、 位置精度）的加 工方法。 ２．２超精密加工的领域 超精密加工目前包含三个领域： （１）超精密切削。 如超精密金刚石 切削， 可加工各种镜面， 它成功地解决 了高精度大型抛物面镜的加工，用于 激光光核聚变系统和天体望远镜。 （２）超精密磨削研磨。 可以解决大 规模集成电路基片的加工和高精度硬 磁盘的加工等。 （３）精密特种加工。 如电子束、 离 子束加工，使美国超大规模集成电路

　　然金刚石作刀具的切削刃，对有色金 属、玻璃或陶瓷工件进行车削和铣削 加工， 可以加工端面、 球面和抛物面等 曲面。 超精密车削加工中， 金刚石刀具 的刃磨是关键，切削加工法所能达到 的最高水平：面形精度为 ０．０２５ μ ｍ、 表面粗糙度为 Ｒａ ＝ ２～４ｎｍ。 磨削加工法是采用精细磨粒的砂 轮或砂带进行磨削和研、 抛的加工。 此 法多用于硬度较高的黑色金属材料加 工，也可用于玻璃及陶瓷等非金属材 料的加工。它可以加工比用切削法加 工更大的工件表面——平面、 圆柱面、 球面和非球面。平面形镜面的加工主 要采用磨削和研抛工艺方法来加工， 目前此法所能达到的最高平面度０．２μ ｍ／３００ｍｍ，表面粗糙度 Ｒａ＜１ｎｍ。 电物理加工的方半岛彩票法有多种，其中 获得最广泛应用的是电磨料抛光和离 子束表面加工。前者的实质是使电解 加工过程中所产生并留下的氧化膜由 磨料从被加工表面上去掉以获得镜 面；后者则是借助离子发生器射出的 离子束对表面进行研、抛。

　　线超精密加工的方法及分类 根据加工方法的机理和特点，超 精密加工方法可以分为去除加工、结 合加工和变形加工三大类。 （１）去除加工。又称为分离加工， 是从工件上去除一部分材料，是传统 的机械加工方法， 如车削、 铣削、 磨削、 研磨和抛光等，以及特种加工中的电 火花加工、 电解加工等， 均属这种加工 方法。 （２）结合加工。 利用物理和化学方 法， 将不同材料结合在一起。 按结合的 机理、方法、强弱等，它又分为附着、 注入和连接三种。 （３）变形加工。又称为流动加工， 利用力、 分子运动等手段， 热、 使工件 产生变形， 改变其尺寸、 形状和性能。 ２．４影响超精密加工的因素 影响超精密加工的因素很多，主 要有加工机理、 被加工材料、 加工设备 及其基础元部件、 加工工具、 检测与误 差补偿、 工作环境、 工艺过程设计、 夹 具设计、人的技艺等。 ２．４．１ 加工机理 近年来， 在传统加工方法中， 金刚 石刀具超精密切削、金刚石微粉砂轮 超精密磨削、 精密高速切削、 精密砂带 磨削等已占有重要地位；在非传统加 工中， 出现了电子束、 离子束、 激光束 等高能加工、 微波加工、 超声加工、 蚀 刻、 电火花和电化学加工等多种方法， 特别是复合加工， 如磁性研磨、 磁流体 抛光、 电解研磨、 超声珩磨等， 在加工 机理上均有所创新。在加工机理上还 特别提出了以快速成型为代表的“堆 积” 加工半岛彩票， 这在加工技术上具有里程碑 意义。 ２．４．２被加工材料 用于超精密加工的材料，在化学 成分、 物理力学性能、 加工工艺性能上

　　随着科学技术的发展，特别是许 多高新科技的发展，使超精密加工的 市场需求呈现出如下的特点： （１）要求超精密加工的机电产品元 器件越来越多。 （２）相同品名的元器件要求超精密 加工的数量越来越大。 （３）要求超精密加工的表面形状越 来越复杂，精度要求也越来越高。 （４）要求超精密加工的材料也越来 越广泛。 （５）要求超精密加工的零件尺寸在 向大型和微型两极发展。

　　通常， 按加工精度划分， 机械加工 可分为一般加工、 精密加工、 超精密加 工三个阶段。由于生产技术的不断发 展， 划分的界限将逐渐向前推移， 过去 的精密加工对今天来说已是普通加工， 因此， 其划分的界限是相对的， 且在具 体数值上至今没有固定。 一般认为，当前的超精密加工是 指被加工零件的尺寸精度高于 ０．１ μ ｍ，表面粗糙度 Ｒａ 小于 ０．０２５ μ ｍ，以 及所用机床定位精度的分辨率和重复 性高于 ０．０１ μ ｍ 的加工技术，亦称之 为亚微米级加工技术，且正在向纳米 级加工技术发展。 ２．１超精密加工的范畴

　　超精密加工包括微细加工、 超微细 加工、 光整加工、 精整加工等加工技术。 微细加工技术是指制造微小尺寸 零件的加工技术；超微细加工技术是 指制造超微小尺寸零件的加工技术， 它们是针对集成电路的制造要求而提 出的， 由于尺寸微小， 其精度是用切除 尺寸的绝对值来表示，而不是用所加 工尺寸与尺寸误差的比值来表示。 光整加工一般是指降低表面粗糙 度和提高表面层力学机械性质的加工 方法， 不着重于提高加工精度， 其典型 加工方法有珩磨、 研磨、 超精加工及无 屑加工等。 实际上， 这些加工方法不仅 能提高表面质量，而且可以提高加工 精度。精整加工是近年来提出的一个

　　如美国 Ｌ Ｌ Ｌ 实验室和 Ｙ — １ ２ 工厂于 １９８３ 年 ７ 月研制成功的大型超精密金 刚石车床 Ｄ Ｔ Ｍ — ３ 型，加工精度可 达到形状误差为 ２８ｎｍ（半径） ，圆度 和平面度为 １２．５ｎｍ，加工表面粗糙 度为 Ｒａ４．２ｎｍ。 该机床与该实验室于 １ ９ ８ ４ 年研制的 Ｌ Ｏ Ｄ Ｔ Ｍ 大型超精密 车床一起仍是现在世界上公认的技术 水平最高、 精度最高的大型金刚石超 精密车床。 在超精密加工技术领域，英国克 兰菲尔德技术学院所属的克兰菲尔德 精密工程研究所（简称 ＣＵＰＥ）享有较 高声誉，它是当今世界上精密工程的 研究中心之一，是英国超精密加工技 术水平的独特代表。如 Ｃ Ｕ Ｐ Ｅ 生产的 Ｎａｎｏｃｅｎｔｒｅ 纳米加工中心） （ 既可进行 超精密车削， 又带有磨头， 也可进行超 精密磨削，加工工件的形状精度可达 ０．１μｍ， 表面粗糙度Ｒａ＜１０ｎｍ。 日本对超精密加工技术的研究相 对于美、 英来说起步较晚， 但是当今世 界上超精密加工技术发展最快的国家。 我国的超精密加工技术在７０年代 末期有了长足进步，８０ 年代中期出现

　　方 马彦日 （中国石油天然气管道通信电力工程总公司河北廊坊４１０１２８）

　　超精密加工就是在超精密机床设 备上，利用零件与刀具之间产生的具 有严格约束的相对运动， 对材料进行 微量切削，以获得极高形状精度和表 面光洁度的加工过程。 其精度从微米到 亚微米， 乃至纳米， 其应用范围日趋广 泛，在高技术领域和军用工业以及民 用工业中都有广泛应用，尤其是电气 自动化领域， 如超大规模集成电路、 高 密度磁盘、 精密雷达、 导弹火控系统、 精密机床、 精密仪器、 录像机磁头、 复 印机磁鼓、煤气灶转阀等都要采用超 精密加工技术。它与当代一些主要科 学技术的发展有密切的关系，是当代 科学发展的一个重要环节 而且， ； 超精 密加工技术的发展也促进了机械、液 压、 电子、 半导体、 光学、 传感器和测 量技术以及材料科学的发展。 回顾过去的 ２０ 世纪， 人类取得的 每一项重大科技成果，无不与制造技 术， 尤其与超精密加工技术密切相关。 在某种意义上，超精密加工担负着支 持最新科学发现和发明的重要使命。 有人对海湾战争中美国及盟国武器系 统与超精密加工技术的关系做了研究， 发现其中在间谍卫星、超视距空对空 攻击能力、 精确制导的对地攻击能力、 夜战能力和电子对抗技术方面，与超 精密加工技术有密切的关系。 可以说， 没有高水平的超精密加工技术，就不 会有真正强大的国防。另外， 在航天、

　　防原子辐射等，可根据需求进行整体 环境或局部环境的处理。 ２．４．７ 工艺过程设计 工艺过程设计对加工质量、生产 率、 成本往往具有关键性的全局影响， 在超精密加工中更是如此，除应该遵 循一般加工的原则和规律外，还应考 虑以下问题： （ｌ）循序渐近、 严格要求。 （２）正确选择定位基准， 控制定位 基准加工质量。 （３）要注意工件的夹紧变形和加工 中变形。 （４）注意热处理工序的安排。 ２．４．８夹具设计 夹具是构成机械加工工艺系统的 重要组成部分， 在超精密加工中， 可选 用精密通用夹具， 如转台、 卡盘等， 但 多数情况要设计精密专用夹具， 因此， 在设计制造时应注意以下几点： （ｌ）要按精密夹具设计的要求进行 设计、制造。 （２）要注意工件的夹紧变形。 （３）夹具上的定位基准面 “就地加 工” 。 ２．４．９人的技艺 当前，精密加工和超精密加工的 加工质量和水平在一定程度上靠技术 人员和操作工人的技艺来保证。加工 设备的精度、 检测仪器的精度、 技术人 员和操作工人的经验和技艺水平三者 结合起来决定了工件的加工精度。因 此， 人的技术水平、 知识面、 经验和操 作熟练程度，往往是影响精密加工和 超精密加工质量和效率的重要因素。 ２．５超精密加工的工艺方法 根据被加工件的材料和形面的不 同，常用的超精密加工工艺方法主要 分三大类：切削加工法、 磨削加工 （含 研、抛）法和电物理加工法。 切削加工法主要是采用优质的天

　　磁盘加工及检测设备、 微位移工作台、 超精密砂带磨削和研抛、金刚石微粉 砂轮超精密磨削、非圆截面超精半岛彩票密切 削等方面进行了深入研究，并有相应 产品问世。航空航天工业部三○三所 研制的非球面曲面超精密加工机床 ２００３ 年交付验收，车削加工样件的面 形精度 ＰＶ ＝ ０．２２８ μ ｍ半岛彩票，表面粗糙度 Ｒａ ＝ ０．００７８ μ ｍ，这意味着表面粗糙 度仅有不到 ８ｎｍ。

　　均有严格要求；应该质地均匀， 成分 准确， 性能稳定、 一致， 无外部和内部 半岛彩票微观缺陷。 ２．４．３加工设备及其元部件 超精密加工用的加工设备应有以 下一些要求：高精度、高刚度、高稳 定性和保持性以及高自动化。 ２．４．４加工工具 加工工具主要是指刀具、磨具及 刃磨、修整装置。在超精密切削加工 中， 通常进行微量切削精密加工， 刀具是影响加 工精度的重要因素。由刀具造成的零 件加工误差主要体现在以下几个方面： （１）刀具的热变形。 （２）刀具在切削加工中的受力变形。 （３）刀具切削刃的几何精度。 （４）刀具表面粗糙度以及刀具和工 件之间的亲和性。 （５）刀具的磨损。 在实现超精密切削加工中，理想 的刀具材料主要是天然金刚石。 ２．４．５ 检测与误差补偿 精密和越精密加工必须具备相应 的检测技术和手段，不仅要检测零件 的精度和表面粗糙度，而且要检测加 工设备及基础元部件的精度。 误差预防和误差补偿是提高精密 和超精密加工精度的重要措施。误差 预防通过提高机床制造精度、保证加 工环境条件等来减少误差源及其影 响 误差补偿是在误差分离的基础上， ； 利用误差补偿装置对误差值进行静态 和动态补偿， 以消除误差本身的影响。 ２．４．６工作环境 超精密加工的工作环境对加工质 量的影响很大， 工作环境主要有温度、 湿度、 净化和防振等方面的要求 ①恒 ： 温。②恒湿。③净化。④防振。 精密加工和超精密加工有时还需 要一些特殊工作环境，如防磁、防静 电、防电子辐射、防声波、防 Ｘ 射线、

　　航空工业中， 人造卫星、 航天飞机、 民 用客机等，在制造中都有大量的精密 和超精密加工的需求。被送入太空的 哈勃望远镜（ＨＳＴ）， 可摄取亿万千米远 的星球的图像，为了加工该望远镜中 直径为 ２．４ｍ、重达 ９００ｋｇ 的大型反光 镜，专门研制了一台形状精度为０．０１ μ ｍ 的加工光学玻璃的六轴 ＣＮＣ 研磨 抛光机。当前，微型卫星、微型飞机、 超大规模集成电路的发展十分迅猛， 涉及微细加工技术、纳米加工技术和 微型机电系统（ＭＥＭＳ）等，已形成微型 机械制造。这些技术都在精密和超精 密加工范畴内， 与计算机工业、 国防工 业的发展直接相关。