超精密加工是指亞(ya) 微米級(尺寸誤差為(wei) 0.3～0.03μm，表麵粗糙度為(wei) Ra0.03～0.005μm)和納米級(精度誤差為(wei) 0.03μm，表麵粗糙度小於(yu) Ra0.005μm)精度的加工。實現這些加工所采取的工藝方法和技術措施，則稱為(wei) 超精加工技術。加之測量技術、環境保障和材料等問題，人們(men) 把這種技術總稱為(wei) 超精工程。超精密加工主要包括三個(ge) 領域：超精密切削加工如金剛石刀具的超精密切削，可加工各種鏡麵。它已成功地解決(jue) 了用於(yu) 激光核聚變係統和天體(ti) 望遠鏡的大型拋物麵鏡的加工。超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盤的塗層表麵加工和大規模集成電路基片的加工。超精密特種加工如大規模集成電路芯片上的圖形是用電子束、離子束刻蝕的方法加工，線寬可達0.1μm。如用掃描隧道電子顯微鏡(STM)加工，線寬可達2～5nm。

    　a、超精密切削

    　超精密切削以SPDT技術開始，該技術以空氣軸承主軸、氣動滑板、高剛性、高精度工具、反饋控製和環境溫度控製為(wei) 支撐，可獲得納米級表麵粗糙度。多采用金剛石刀具銑削，廣泛用於(yu) 銅的平麵和非球麵光學元件、有機玻璃、塑料製品(如照相機的塑料鏡片、隱形眼鏡鏡片等)、陶瓷及複合材料的加工等。未來的發展趨勢是利用鍍膜技術來改善金剛石刀具在加工硬化鋼材時的磨耗。此外，MEMS組件等微小零件的加工需要微小刀具，目前微小刀具的尺寸約可達50～100μm，但如果加工幾何特征在亞(ya) 微米甚至納米級，刀具直徑必須再縮小，其發展趨勢是利用納米材料如納米碳管來製作超小刀徑的車刀或銑刀。

    　b、超精密磨削

    　超精密磨削是在一般精密磨削基礎上發展起來的一種鏡麵磨削方法,其關(guan) 鍵技術是金剛石砂輪的修整,使磨粒具有微刃性和等高性。超精密磨削的加工對象主要是脆硬的金屬材料、半導體(ti) 材料、陶瓷、玻璃等。磨削後,被加工表麵留下大量極微細的磨削痕跡,殘留高度極小,加上微刃的滑擠、摩擦、拋光作用,可獲得高精度和低表麵粗糙度的加工表麵，當前超精密磨削能加工出圓度0.01μm、尺寸精度0.1μm和表麵粗糙度為(wei) Ra0.005μm的圓柱形零件。

   　 c、超精密研磨

    超精密研磨包括機械研磨、化學機械研磨、浮動研磨、彈性發射加工以及磁力研磨等加工方法。超精密研磨的關(guan) 鍵條件是幾乎無振動的研磨運動、精密的溫度控製、潔淨的環境以及細小而均勻的研磨劑。超精密研磨加工出的球麵度達0.025μm,表麵粗糙度Ra達0.003μm。

    　d、超精密特種加工

    　超精密特種加工主要包括激光束加工、電子束加工、離子束加工、微細電火花加工、精細電解加工及電解研磨、超聲電解加工、超聲電解研磨、超聲電火花等複合加工。激光、電子束加工可實現打孔、精密切割、成形切割、刻蝕、光刻曝光、加工激光防偽(wei) 標誌；離子束加工可實現原子、分子級的切削加工；利用微細放電加工可以實現極微細的金屬材料的去除,可加工微細軸、孔、窄縫平麵及曲麵；精細電解加工可實現納米級精度,且表麵不會(hui) 產(chan) 生加工應力,常用於(yu) 鏡麵拋光、鏡麵減薄以及一些需要無應力加工的場合。

    　超精密加工技術在國際上處於(yu) 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(jin) 總體(ti) 成套水平高，而且商品化的程度也非常高。美國50年代未發展了金剛石刀具的超精密切削技術，稱為(wei) “SPDT技術”（SinglePointDia-mondTurning）或“微英寸技術”（1微英寸＝0.025μm），並發展了相應的空氣軸承主軸的超精密機床，用於(yu) 加工激光核聚變反射鏡、戰術導彈及載人飛船用球麵、非球麵大型零件等。英國克蘭(lan) 菲爾德技術學院所屬的克蘭(lan) 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(chan) 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，表麵粗糙度Ra<10nm。日本對超精密加工技術的研究相對於(yu) 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。

    　北京機床研究所是國內(nei) 進行超精密加工技術研究的主要單位之一，研製出了多種不同類型的超精密機床、部件和相關(guan) 的高精度測試儀(yi) 器等，如精度達0.025μm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、超精密車床數控係統、複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(yi) 等，達到了國內(nei) 領先、國際先進水平。哈爾濱工業(ye) 大學在金剛石超精密切削、金剛石刀具晶體(ti) 定向和刃磨、金剛石微粉砂輪電解在線修整技術等方麵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、微位移工作台、超精密砂帶磨削和研拋、金剛石微粉砂輪超精密磨削、非圓截麵超精密切削等方麵進行了深入研究，並有相應產(chan) 品問世。我國超精密加工技術與(yu) 美日相比，還有不小差距，特別是在大型光學和非金屬材料的超精加工方麵，在超精加工的效率和自動化技術方麵差距尤為(wei) 明顯。

    　超精密加工將向高精度、高效率、大型化、微型化、智能化、工藝整合化、在線加工檢測一體(ti) 化、綠色化等方向發展。

    　a、高精度、高效率

    　隨著科學技術的不斷進步，對精度、效率、質量的要求愈來愈高,高精度與(yu) 高效率成為(wei) 超精密加工永恒的主題。超精密切削、磨削技術能有效提高加工效率，CMP、EEM技術能夠保證加工精度，而半固著磨粒加工方法及電解磁力研磨、磁流變磨料流加工等複合加工方法由於(yu) 能兼顧效率與(yu) 精度的加工方法，成為(wei) 超精密加工的趨勢。

    　b、大型化、微型化

    　由於(yu) 航天航空等技術的發展，大型光電子器件要求大型超精密加工設備，如美國研製的加工直徑為(wei) 2.4～4m的大型光學器件超精密加工機床。同時隨著微型機械電子、光電信息等領域的發展，超精密加工技術向微型化發展，如微型傳(chuan) 感器，微型驅動元件和動力裝置、微型航空航天器件等都需要微型超精密加工設備。

   　 c、智能化

    　以智能化設備降低加工結果對人工經驗的依賴性一直是製造領域追求的目標。加工設備的智能化程度直接關(guan) 係到加工的穩定性與(yu) 加工效率，這一點在超精密加工中體(ti) 現更為(wei) 明顯。

    　d、工藝整合化

    　當今企業(ye) 間的競爭(zheng) 趨於(yu) 白熱化，高生產(chan) 效率越來越成為(wei) 企業(ye) 賴以生存的條件。在這樣的背景下，出現了“以磨代研”甚至“以磨代拋”的呼聲。另一方麵，使用一台設備完成多種加工(如車削、鑽削、銑削、磨削、光整)的趨勢越來越明顯。

   　 e、在線加工檢測一體(ti) 化

    　由於(yu) 超精密加工的精度很高，必須發展在線加工檢測一體(ti) 化技術才能保證產(chan) 品質量和提高生產(chan) 率。同時由於(yu) 加工設備本身的精度有時很難滿足要求，采用在線檢測、工況監控和誤差補償(chang) 的方法可以提高精度，保證加工質量的要求。#p#分頁標題#e#

   　 f、綠色化

    　磨料加工是超精密加工的主要手段，磨料本身的製造、磨料在加工中的消耗、加工中造成的能源及材料的消耗、以及加工中大量使用的加工液等對環境造成了極大的負擔。我國是磨料、磨具產(chan) 量及消耗的第一大國，大幅提高磨削加工的綠色化程度已成為(wei) 當務之急發達國家以及我國的台灣地區均對半導體(ti) 生產(chan) 廠家的廢液、廢氣排量及標準實施嚴(yan) 格管製，為(wei) 此，各國研究人員對CMP加工產(chan) 生的廢液、廢氣回收處理展開了研究。綠色化的超精密加工技術在降低環境負擔的同時，提高了自身的生命力。

    　麵向21世紀的精密加工技術的發展趨勢體(ti) 現在以下幾個(ge) 方麵：

    　a、精密化

    　精密加工的核心主要體(ti) 現在對尺寸精度、仿形精度、表麵質量的要求。當前精密電火花加工的精度已有全麵提高，尺寸加工要求可達±2-3μm、底麵拐角R值可小於(yu) 0.03mm，最佳加工表麵粗糙度可低於(yu) Ra0.3μm。通過采用一係列先進加工技術和工藝方法，可達到鏡麵加工效果且能夠成功地完成微型接插件、IC塑封、手機、CD盒等高精密模具部位的電火花加工。

    　b、智能化

    　智能化是而向21世紀製造技術的發展趨勢之一。智能製造技術(IMT)是將人工智能融入製造過程的各個(ge) 環節，通過模擬人類專(zhuan) 家的智能活動，取代或延伸製造係統中的部分腦力勞動，在製造過程中係統能自動監測其運行狀態，在受到外界幹擾或內(nei) 部激勵能自動調整其參數，以達到最佳狀態和具備自組織能力。新型數控電火花機床采用了模糊控製技術和專(zhuan) 家係統智能控製技術。模糊控製技術是由計算機監測來判定電火花加工間隙的狀態，在保持穩定電弧的範圍內(nei) 自動選擇使加工效率達到最高的加工條件；自動監控加工過程，實現最穩定的加工過程的控製技術。采用人機對話方式的專(zhuan) 家係統，根據加工的條件、要求，合理輸入設定值後便能自動創建加工程序，選用最佳加工條件組合來進行加工。在線自動監測、調整加工過程，實現加工過程的最優(you) 化控製。專(zhuan) 家係統在檢測加工條件時，隻要輸入加工形狀、電極與(yu) 工件材質、加工位置、目標粗糙度值、電極縮放量、搖動方式、錐度值等指標，就可自動推算並配置最佳加工條件。專(zhuan) 家係統智能技術的應用使機床操作更容易，對操作人員的技術水平要求更低。
　c、自動化

    　自動化技術的成功應用，不但提高了效率，保證了產(chan) 品質量，還可以代替人去完成危險場合的工作。對於(yu) 批量較大的生產(chan) 自動化，可通過機床自動化改裝、應用自動機床、專(zhuan) 用組合機床、自動生產(chan) 線來完成。小批量生產(chan) 自動化可通過NC，MC，CAM，FMS，CIM，IMS等來完成。在末來的自動化技術實施過程中，將更加重視人在自動化係統中的作用。同時自動化開始麵向中小型企業(ye) ，以經濟實用為(wei) 出發點，滿足不斷發展的產(chan) 品多樣化和個(ge) 性化需要。數控電火花機床具備的自動測量找正、自動定位、多工件的連續加工等功能已較好地發揮了它的自動化性能。自動操作過程不需人工幹預，可以提高加工精度、效率。目前最先進的數控電火花機床在配有電極庫和標準電極夾具的情況下，隻要在加工前將電極裝入刀庫，編製好加工程序，整個(ge) 電火花加工過程便能日以赴繼地自動運轉，幾乎無需人工操作。機床的自動化運轉降低了操作人員的勞動強度、提高生產(chan) 效率。

 　    d、高效化

   　 現代加工的要求為(wei) 數控電火花加工技術提供了最佳的加工模式，即要求在保證加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如手機外殼、家電製品、電器用品、電子儀(yi) 表等領域，都要求減少輔助時間(如編程時間、電極與(yu) 工件定位時間等),同時又要降低粗糙度,從(cong) 原來的Ra0.8μm改進到Ra0.25μm，使放電後不必再進行手工拋光處理。這不但縮短了加工時間且省卻後處理的麻煩，同時提升了模具品質，使用粉末加工設備可達到要求。這就需要增強機床的自動編程功能，配置電極與(yu) 工件定位的夾具、裝置。若在大工件的粗加工中選用石墨電極材料也是提高加工效率的好方法。

    　e、信息化

    　信息、物質和能源是製造係統的三要素。隨著計算機、自動化與(yu) 通訊網絡技術紅製造係統中的應用，信息的作用越來越重要。產(chan) 品製造過程中的信息投入，己成為(wei) 決(jue) 定產(chan) 品成本的主要因素。製造過程的實質是對製造過程中各種信息資源的采集、輸入、加工和處理過程，最終形成的產(chan) 品可看作是信息的物質表現，因此可以把信息看作是一種產(chan) 業(ye) ，包括在製造之中。為(wei) 此一些企業(ye) 開始利用網絡技術、計算機聯網、信息高速公路、衛星傳(chuan) 遞數據等實現異地生產(chan) 。使生產(chan) 分散網絡化，以適應21世紀高柔性生產(chan) 的需要。

    　f、柔性化

    　隨著科學技術的飛速發展和人民生活水平不斷提高，促使產(chan) 品更新換代的速度不斷加快，這就要求現代企業(ye) 必須具備一定的生產(chan) 柔性來滿足市場多變的需要。所謂柔性，是指一個(ge) 製造係統適應各種生產(chan) 條件變化的能力，它與(yu) 係統方案、人員和設備有關(guan) 。係統方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人員柔性是指操作人員能保證加工任務，完成數量和時間要求的適應能力。設備柔性是指機床能在短期內(nei) 適應新零件的加工能力。柔性製造自動化的形式很多，如美國提出的敏捷製造(AM)其主線就是高柔性生產(chan) 。上海同濟大學張曙教授提出的獨立製造島(AMI)也是高柔性生產(chan) 模式。

   　 g、集成化

    　集成的作用是將原來獨立運行的多個(ge) 單元係統集成一個(ge) 能協調工作的和功能更強的新係統。集成不是簡單的連接，是經過統一規劃設計，分析原單元係統的作用和相互關(guan) 係並進行優(you) 化重組而實現的。集成化的目的是實現製造企業(ye) 的功能集成，功能集成要借助現代管理技術、計算機技術、自動化技術和信息技術實現技術集成，同時還要強調人的集成，由於(yu) 係統中不可能沒有人，係統運行的效果與(yu) 企業(ye) 經營思想、運行機製、管理模式都與(yu) 人有關(guan) ，在技術上集成的同時，還應強調管理與(yu) 人的集成。集成化生產(chan) 將成為(wei) 麵向21世紀占主導的生產(chan) 方式。

   　 精密和超精密加工發展策略

   　 精密和超精密加工經過數十年的努力，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製造技術係統，為(wei) 推動機械製造向更高層次發展奠定了基礎，現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。隨著科學技術的飛速發展和市場競爭(zheng) 日益激烈，越來越多的製造業(ye) 開始將大量的人力、財力和物力投入先進的製造技術和先進的製造模式的研究和實施策略之中。

    　1、整合、創新思想的運用

    　精密、超精密加工技術是發展科技的重要手段，所以受到世界各國的廣泛重視，因此也就不斷地獲得新的成果，但是因為(wei) 它的要求都處在精度的極限，傳(chuan) 統的、單一的技術往往很難突破，必須綜合地運用信息化技術，通過綜合、分析，加以整合、重組，進一步滿足更高的要求。#p#分頁標題#e#

    　精密加工技術是一項係統工程，它集機床、工具、計量、數控、材料、環境控製等成果於(yu) 一體(ti) ，針對不同的加工對象，不同的設計要求，綜合地加以利用。超精密加工技術也都是在其有關(guan) 的各項技術支撐的條件下，逐步發展起來的，同時又往往取各項技術的嶄新成果來加以充實、提高。超精密加工技術每前進一步，都離不開創新，這是由超精密加工技術所處的位置決(jue) 定的，因為(wei) 這門技術始終處在發展的前沿。麵對飛速發展的需求就決(jue) 定了它必須創新。

    　2、先進的製造模式應用

    　製造模式是指企業(ye) 體(ti) 製、經營、管理、生產(chan) 組織和技術係統的形態和運作模式。

    　a、敏捷製造

    　美國通用汽車公司與(yu) 裏海大學於(yu) 1988年提出了敏捷製造(AM)，AM是在不可預測的持續變化的競爭(zheng) 環境中取得繁榮成長，並具有能對客戶需求的產(chan) 品和服務驅動市場作出迅速響應的生產(chan) 模式。AM的特征是：

   　 ①企業(ye) 間聯作集成。充分發揮各企業(ye) 的長處，針對限定市場的目標要求共同合作完成任務。

    　②具有高度的製造柔性。製造柔性是指製造企業(ye) 對市場要求迅速轉產(chan) 和能實現產(chan) 品多品種變批量的快速製造。

    　③充分發揮人的作用，不斷提高企業(ye) 職工素質和教育水平，優(you) 化人機功能分配。

    　b、虛擬製造

    　虛擬製造(VM)是國際上提出的新概念。VM與(yu) AM聯係密切。VM的特征是：當市場新的機遇出現時，組織幾個(ge) 有關(guan) 公司聯作，把不同的公司，不同地點的工廠或車間重新組織協調工作。在運行之前必須分析組合是否最優(you) ，能否協調運行，以及投產(chan) 後的效益和風險進行評估，這種聯作公司稱虛擬公司。虛擬公司通過虛擬製造係統運行。因此研究開發虛擬製造技術(VMT)和虛擬製造係統(VMS)意義(yi) 重大，美國稱AM為(wei) 2l世紀製造業(ye) 發展戰略。

   　 c、集成製造

    　美國哈林頓博士在《計算機和集成製造》一書(shu) 中提出計算機和集成製造(CIM)的概念。集成製造的核心內(nei) 容是：製造企業(ye) 從(cong) 市場預測、產(chan) 品設計、加工製造、經營管理克至售後服務是一個(ge) 不可分割的整體(ti) ，需要統籌考慮。整個(ge) 製造過程的實質是信息采集、傳(chuan) 遞和加工過程，最終生產(chan) 的產(chan) 品可看作是信息的物質表現。集成是CIM的核心，這種集成不僅(jin) 是物的集成，更主要的是以信息集成為(wei) 特征的技術集成和功能集成，計算機是集成的工具，計算機和輔助各單元技術是集成的基礎，信息交換是橋梁，信息共享是關(guan) 鍵。集成的目的在於(yu) 製造企業(ye) 組織結構和運行方式的合理化和最優(you) 化，以提高今業(ye) 對市場變化的動態響應速度，並追求最高整體(ti) 效益和長期效益。

   　 d、智能製造

    　智能製造(IM)是美國出版研究IM和IMS書(shu) 籍中首先提出的。它的特征是：在製造工業(ye) 的各個(ge) 環節的高度柔性與(yu) 高度集成的方式，通過計算機和模擬人類專(zhuan) 家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構思和決(jue) 策，旨在取代或延伸製造環境中人的部分腦力勞動，並對人類專(zhuan) 家的製造智能進行收集、存儲(chu) 、完善、共享、繼承與(yu) 發展。製造智能的目的是：通過集成知識工程、製造軟件係統、機器人視覺和機器人控製對製造工人的技能與(yu) 人類專(zhuan) 家知識進行建模，以使智能機器能夠在沒有人幹預的情況下進行小批量生產(chan) 。

    　e、綠色製造

    　綠色製造又稱環境意識製造和麵向環境的製造等。即綜合考慮環境影響和資源消耗的現代製造模式。其目標是使得產(chan) 品從(cong) 設計、製造、包裝、運輸、使用到報廢處理的全生命周期中，廢棄物和有害排放物最小，對環境的負麵影響最小，對健康無害，資源利用率最高，使企業(ye) 經濟效益和社會(hui) 效益更高。

    　結束語

   　 精密和超精密加工，是現代機械製造業(ye) 最主要的發展方向之一,在提高機電產(chan) 品的性能、質量和發展高新技術中起著至關(guan) 重要的作用，並且已成為(wei) 在國際競爭(zheng) 中取得成功的關(guan) 鍵技術。我國的製造業(ye) 發展已進入了高速發展階段，中國民營企業(ye) 已具備足夠的經濟實力來使企業(ye) 邁向現代化，先進設備的引進和大量專(zhuan) 業(ye) 人才的湧入使許多沿海地區的製造業(ye) 水平迅速提高。隨著國家決(jue) 策的科學化、民主化進程不斷深入，相信我國的製造業(ye) 會(hui) 更快速、更健康地發展。