超精密加工领域国内外发展状况分析比较

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1、超精密加工领域国内外发展状况分析比较摘要:超精密加工技术的发展程度决定了我国综合国力的发展步速，因此正确、直观、深入的了解超精密加工的国内外发展状况并进行分析比较，对于加快我国工业发展是十分必要和重要的。关键词:超精密加工；国内外；分析比较前言：超精密加工的技术范畴由于加工技术水平的发展，超精密加工划分的界限逐渐向前推移，但在具体数值上没有固定的界定。根据目前技术水平及国内外专家的看法，对中小型零件的加工形状误差△和表面粗糙度Ra的数量级可分为以下档次。精密加工:Δ=1。0~0。1μm，Ra=0。1~0。03μ

2、m；超精密加工：Δ=0。1~0。01μm，Ra=0。03~0。005μm；纳微米加工：Δ<0。01μm，Ra<0。005μm。随着科学技术的飞速发展，超精密加工技术日趋成熟，已形成系列，它包括超精密切削、超精密磨削、超精密微细加工、超精密计量等，并向更高层次发展。超精密加工的影响因素很多，只有广泛研究和综合采用各种新技术，并在各方面精益求精，才能突破目前常规加工技术不能达到的精度界限。实现超精密切削加工的条件主要包括超精密加工机床、超精密切削刀具、超精密加工环境、超精密加工的工件材质、超精密加工用夹具和超精密测

3、控技术等多项技术。超精密加工技术实际上就是这些技术的综合应用。现代科学技术的发展以试验为基础，所需试验仪器和设备几乎无一不需要超精密加工技术的支撑。主体：1.国内外发展现状及比较分析1.1国际上本领域发展状况超精密加工发展到今天，已经取得了重大进展，超精密加工已不再是一种孤立的加工方法和单纯的工艺问题，而成为一项包含内容极其广泛的系统工程。影响超精密加工精度的主要因素包括：超精密机床、超精密加工工具（刀具、磨具、磨料等）、超精密加工工艺、被加工材料、夹具、在线检测与误差补偿、超精密加工环境（包括恒温、隔振、洁净

4、控制等）。只有将各个领域的最新技术成就集成起来，才有可能实现超精密加工。1.1.1国际上本领域基础研究发展状况超精密加工是以每个加工点局部的材料微观变形或去除作用的总和所体现的。其加工机理随着加工单位（加工应力作用的范围）和工件材料的不均质程度（材料缺陷或因加工产生缺陷）不同而异，若在硬脆材料（如陶瓷、硅单晶等）表面用金刚石刃头划个刻痕，硬脆材料则发生脆性破坏，在材料表面残留无数微裂纹。由压入所引起的变形破坏范围的模型为压痕半径，Rs为表面上裂纹长度，c为弹性变形范围的边界。根据这一模型，就可以解释为什么脆性材

5、料磨削过程中不仅有带裂纹的磨痕，同时还掺杂一些由塑性变形而引起的磨痕。但若在磨削及抛光时将加工单位减小，那么就成了因滑移而产生塑性变形的破坏方式来进行加工。虽然，塑性域加工可获得与抛光相当的表面粗糙度，但亚表面损伤（如位错、滑移等）较大。若将加工单位进一步减小至分子或原子级单位，在材料弹性域范围内实现加工，这时材料的化学性能将支配着加工，就可能进行无损伤加工。当加工尺度达到纳米级时，会产生一系列介观物理现象，如：小尺度效应、量子尺寸效应等，此时再用宏观的切削原理来描述加工过程和各种介观现象，解释表面形成机理已力

6、不从心，必须用分子动力学、量子力学、原子物理等近代基础理论来研究这一加工过程，进而建立纳米级加工过程的理论，指导纳米级超精密切削加工实践。分子动力学仿真不受加工设备、加工条件的限制，可以根据需要改变加工条件、材料特性及刀具几何形状的设定。因此，基于分子动力学的纳米切削机理的研究受到研究人员的广泛重视。美国劳伦斯利弗莫尔（Lawrencelivermore,LL）国家实验室与日本大阪大学合作于1986年在世界上成功实现了切削厚度为1nm的稳定切削试验，并于20世纪80年代末首先由美国LL的学者开始应用分子动力学来

7、模拟纳米切削过程，之后日本等其他国家学者也开展了这方面的研究，我国哈尔滨工业大学等单位也开展了相关的基础研究。但是目前的纳米切削机理的分子动力学研究由于计算尺度的限制，存在着被分析的原子数量少、对象材料单一（大多是理想的无缺陷的单晶材料，对多晶材料的研究很少）、仅局限在加工表面的几何特性、机械特性等问题，还无法广泛地对实际的纳米切削加工机理进行合理解释，无法与实际切削试验结果进行对比分析。因此，还需要从微观力学角度研究材料去除机理，创立新的纳米级切削加工及切削表面形成机理等理论体系，建立准确的纳米级加工理论模型

8、，从而实现对实际纳米级超精密切削加工技术的理论指导。2.我国与国际本领域发展水平的差距（1）机床的总体性能：对于一些复杂形状的零件加工，需要两轴以上的超精密机床才能完成，例如Precitech公司和Moore公司已商品化生产五轴超精密切削机床，而国内的金刚石切削机床目前只做到了两轴。（2）综合精度指标及稳定性：国内研制的超精密切削加工设备无论从主轴还是导轨的单项技术指标与国外商品相比已