超精密加工的发展方向和展望
超精密加工的发展方向和展望
摘要：超精密加工不论是超精密机床、金刚石工具，还是超精密加工工艺已形成了一整套完整的超精密制造技术系统……但是这并不代表了超精密加工技术已经达到了颠峰，它的发展还有很大的空间。这就需要人们发挥自己的潜能去探索这一神秘的领域。
关键字：超精密加工、发展方向和展望、超精密机床、金刚石工具、加工工艺
正文：
在当前必然会谈到的是微机械技术的诞生，为超精密制造技术引来一种崭新的态势，它的微细程度使传统的制造技术面临一种新的挑战。尽管它的诞生时间只是近期的事。人们已公认为它是21世纪的前沿技术。它的发展极为神速，受到全世界的关注，我国也不例外，仅几年时间，许多单位已生产出各种产品，甚至完成了将原子迁移，构成图形或字体等的各种创举。1996年，上海交通大学展示了直径为2mm的微电机，而今天瑞士TECHSTAR GmbH已经将直径3mm电机，转速为100,000r/min的产品作为商品销售，其最小的滚珠轴承外径只有3mm。微机械的发展如此迅速，确实惊人！
面临即将到来的21世纪，我国从事超精密加工的广大科技人员如何努力才能缩短与国外的差距，作为这条战线的一名工作者，确是日有所思，下面提出一些个人的具体想法。
6．1跟踪世界先进科技的发展，大量掌握和利用信息
超精密加工技术是发展科技的重要手段，所以受到世界各国的广泛重视，因此也就不断地获得新的成果，但是因为它的要求都处在精度的极限，传统的、单一的技术往往很难突破，必须综合地利用当前取得的各种成果，通过综合、分析，加以整合、重组，才能进一步满足更高的要求。因此当务之急是如何及时地取得各种有关的信息。自从进入信息时代，获得信息的手段也随之而得到发展，特别是计算机联网的实现，加速了信息传递。因此为信息的及时获得创造了前提，同时已成为竞争的重要手段。前面已提到的金刚石切削刃口圆弧半径的测量，一直是超精密加工技术领域中的一个难题，自从1982年，STM和AFM的发明，应当说为其测量创造了前提，但是当时并未受到应有的重视，直到1993年才从《Precision Engineering》看到美国学者J.Drescher提出这种设想，但并未实现。到了1996年和1998年，才看到我国的华中理工大学和哈工大在这方面相继作出了的有关的报道。表明这些信息的传递，有利于加速技术的发展。但为什么实践如此滞后。也许可以说，信息虽然是有了，但并没有很快得到应用，当时它的出现并非直接为超精密加工领域应用的。不过今天看来这项研究，所以能获得进展，也是因为应用了这个信息。这充分说明信息只是一种素材，有了信息还得进一步经过加工，才能成为真正的手段。
超精密加工技术一直是制造技术的前沿技术，每前进一步，都需付出很大的代价，而且对其要求也是随着时间的推延而不断提高，这就必须广泛的收集信息，虽然工艺信息往往是被视作Know-How而加以保密，所以更增加了它的收集难度，但是信息的渠道是多方面的，另外，得到的信息，大部分仍然需要经过大量筛选，择其有用的为我所用。而信息的收集必须先行，并且需要及时。
比如，当前硬脆材料的加工已是当务之急，历来采用磨削的途径，但是在技术上存在比较难克服的问题，往往满足不了光学等方面的要求，有的还将附加采用难度不小的抛光。为了突破这个难题，世界各国都开始摸索新的途径，后来出现在超精密机床上加工硬脆材料，控制极小切深和走刀量，首先从磨削突破了硬脆材料延性方式的技术，紧接着也很快采用大负前角的金刚石车刀获得成功。当然在掌握上，仍然存在难度。近期又有建议在金刚石的切削上如果复合振动切削，便能更易实现硬脆材料延性方式的切削。这表明技术是在不断推陈出新的。必须时时跟踪，这样才有可能缩短研制的周期，突破难题。
6．2整合、重组思想的运用
超精密加工技术是一项系统工程，它集机床、工具、计量、数控、材料、环境控制等成果于一体，针对不同的加工对象，不同的设计要求，综合地加以利用。这里想以当前的超精密机床为例，可以发现大部分这类机床也是反映出这些特点，它是根据自己所需的产品来设计、制造的。从这类机床的主轴、直到床身，几乎均被认为到了精度的极限，因此每种型号特色都比较明显。而商品化的也有一些，但从已发表的文献中来看，只是少数。前者如美国的LLNL国家实验室的大型光学金刚石车床LODTM等。后者如Pneumo Precision公司的SMG325超精密机床。即使是大量生产磁盘的车床其需要量也是很有限的，以日本东芝机械公司为例，据其公司的介绍，每年在日本的补充量也仅三十多台，或者更少。这是超精密机床的特点。
超精密机床的特点扩大到整个超精密加工技术来看，有类似的情况，超精密加工技术也都是在其有关的各项技术支撑的条件下，逐步发展起来的，同时又往往取各项技术的崭新成果来加以充实、提高。例如金刚石车刀的刃口圆弧半径达到2～4nm，就可切削下小于1nm厚度的切屑，这为更高精度的加工创造了前提；摩擦驱动的出现，完全解决了滚珠丝杆的发热、振动、振摆和噪音等的不足，使获得更佳的质量具有可能性；冷却液的温度能控制到20±0.0005℃，在喷淋下切削可以保证高精度；静压轴承的高精度为主轴的高精度回转提供了条件；双频激光干涉仪达到了当前的最高定位精度；喻为零膨胀系数的微晶玻璃为超精密机床向更高层次的发展提供了可能。这许多崭新的技术成就为整个超精密加工技术向纵深发展创造了依据。今日的超精密加工技术就是以这许多先进技术作为支撑的。但是如何运用好这些技术，还有待更高超的整合和重组的技巧。这是超精密加工技术方面的重要课题。953