精(jing)(jing)密(mi)超精(jing)(jing)密(mi)加工(gong)(gong)(gong)技術的(de)(de)(de)(de)起源從(cong)一(yi)定(ding)意義上可以上溯到(dao)原始社會：當原始人類學會了(le)制(zhi)(zhi)作(zuo)具有(you)一(yi)定(ding)形狀且鋒利(li)的(de)(de)(de)(de)石器工(gong)(gong)(gong)具時，可以認為(wei)出(chu)現(xian)(xian)了(le)最原始的(de)(de)(de)(de)手工(gong)(gong)(gong)研磨加工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)；到(dao)了(le)青銅(tong)器時代后人類制(zhi)(zhi)作(zuo)了(le)各(ge)類表(biao)面光滑(hua)的(de)(de)(de)(de)銅(tong)鏡，這種制(zhi)(zhi)作(zuo)方式(shi)就是(shi)研磨及拋光工(gong)(gong)(gong)藝(yi)。但是(shi)到(dao)了(le)近代才出(chu)現(xian)(xian)了(le)真正意義上的(de)(de)(de)(de)精(jing)(jing)密(mi)加工(gong)(gong)(gong)，最典型的(de)(de)(de)(de)例子就是(shi)精(jing)(jing)密(mi)鏜(tang)床的(de)(de)(de)(de)發明。1769年(nian)瓦特取得(de)實用(yong)蒸(zheng)汽機專利(li)后，汽缸(gang)(gang)加工(gong)(gong)(gong)精(jing)(jing)度(du)的(de)(de)(de)(de)高(gao)低就成(cheng)了(le)蒸(zheng)汽機能否提高(gao)效率并(bing)得(de)到(dao)實際應用(yong)的(de)(de)(de)(de)關鍵問(wen)題。1774年(nian)英國人威爾金森發明了(le)炮筒鏜(tang)床，可用(yong)于加工(gong)(gong)(gong)瓦特蒸(zheng)汽機的(de)(de)(de)(de)汽缸(gang)(gang)體(ti)。1776年(nian)他又(you)制(zhi)(zhi)造了(le)一(yi)臺更為(wei)精(jing)(jing)確的(de)(de)(de)(de)汽缸(gang)(gang)鏜(tang)床，加工(gong)(gong)(gong)直徑為(wei)75inch（1inch=2.54cm）的(de)(de)(de)(de)汽缸(gang)(gang)，誤(wu)差(cha)還不到(dao)一(yi)個硬幣的(de)(de)(de)(de)厚度(du)。加工(gong)(gong)(gong)精(jing)(jing)度(du)的(de)(de)(de)(de)提高(gao)促使了(le)蒸(zheng)汽機的(de)(de)(de)(de)大規模(mo)應用(yong)，從(cong)而推動了(le)第(di)一(yi)次工(gong)(gong)(gong)業革命的(de)(de)(de)(de)發展。
20世(shi)(shi)紀(ji)60年(nian)(nian)代(dai)初(chu)期(qi)，隨著航天、宇航的發展，精(jing)密(mi)超精(jing)密(mi)加工技術首先(xian)在美國被(bei)提出，并(bing)由于(yu)得到(dao)了政府和軍方的財政支持(chi)而迅速(su)發展。到(dao)了20世(shi)(shi)紀(ji)70年(nian)(nian)代(dai)，日(ri)本也成立了超精(jing)密(mi)加工技術委員會并(bing)制(zhi)定了相應發展規(gui)劃(hua)，將(jiang)該技術列入(ru)高(gao)新技術產(chan)業，經過(guo)多年(nian)(nian)的發展，使(shi)得日(ri)本在民用(yong)光學(xue)、電子及信息產(chan)品等產(chan)業處于(yu)世(shi)(shi)界領(ling)先(xian)地(di)位。
近年(nian)來，美(mei)國(guo)(guo)開(kai)始實施了(le)“微米(mi)和(he)納(na)米(mi)級技(ji)(ji)術(shu)(shu)”國(guo)(guo)家關鍵技(ji)(ji)術(shu)(shu)計(ji)劃，國(guo)(guo)防部成(cheng)立了(le)特別委員會，統(tong)一協調研(yan)(yan)究(jiu)工(gong)(gong)(gong)作。美(mei)國(guo)(guo)目前至少(shao)有(you)30多家公(gong)司(si)研(yan)(yan)制(zhi)和(he)生(sheng)產(chan)各類(lei)超(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)機(ji)(ji)床，如國(guo)(guo)家勞(lao)倫斯(si)利佛摩爾實驗室（LLNL）、摩爾（Moore）公(gong)司(si)等(deng)在國(guo)(guo)際超(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)技(ji)(ji)術(shu)(shu)領域久負盛名。同(tong)時利用(yong)這些超(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)設備(bei)進行(xing)(xing)(xing)了(le)陶瓷、硬質合金、玻璃和(he)塑料等(deng)材料不(bu)同(tong)形狀和(he)種類(lei)零件的超(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)，應用(yong)于(yu)航(hang)空、航(hang)天、半導體、能源、醫療器(qi)械等(deng)行(xing)(xing)(xing)業。日(ri)本現(xian)有(you)20多家超(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)機(ji)(ji)床研(yan)(yan)制(zhi)公(gong)司(si)，重(zhong)點開(kai)發民(min)用(yong)產(chan)品所需的超(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)設備(bei)，并成(cheng)批生(sheng)產(chan)了(le)多品種商品化的超(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)機(ji)(ji)床，日(ri)本在相機(ji)(ji)、電視(shi)、復印機(ji)(ji)、投影儀等(deng)民(min)用(yong)光學(xue)行(xing)(xing)(xing)業的快(kuai)速發展(zhan)與(yu)超(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)技(ji)(ji)術(shu)(shu)有(you)著直接的關系。英國(guo)(guo)從60年(nian)代起開(kai)始研(yan)(yan)究(jiu)超(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)技(ji)(ji)術(shu)(shu)，現(xian)已成(cheng)立了(le)國(guo)(guo)家納(na)米(mi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)戰略委員會，正在執行(xing)(xing)(xing)國(guo)(guo)家納(na)米(mi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)研(yan)(yan)究(jiu)計(ji)劃，德國(guo)(guo)和(he)瑞士(shi)也以生(sheng)產(chan)精(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)設備(bei)聞名于(yu)世。1992年(nian)后，歐(ou)洲實施了(le)一系列的聯合研(yan)(yan)究(jiu)與(yu)發展(zhan)計(ji)劃，加(jia)(jia)強和(he)推動了(le)精(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)超(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)技(ji)(ji)術(shu)(shu)的發展(zhan)。
國(guo)(guo)內(nei)真正系統地(di)提(ti)出(chu)(chu)超(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)概念是從20世紀80年代(dai)(dai)~90年代(dai)(dai)初，由于(yu)航空、航天等(deng)(deng)軍工(gong)(gong)(gong)(gong)行(xing)(xing)業(ye)(ye)的(de)(de)(de)發展對零部件的(de)(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)度和表面質量都提(ti)出(chu)(chu)了更高(gao)的(de)(de)(de)要求，這(zhe)些(xie)軍工(gong)(gong)(gong)(gong)行(xing)(xing)業(ye)(ye)投入了資金支持(chi)行(xing)(xing)業(ye)(ye)內(nei)的(de)(de)(de)研究所(suo)(suo)和高(gao)校開(kai)(kai)始(shi)進行(xing)(xing)超(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)技(ji)術(shu)基(ji)(ji)礎研究。由于(yu)當時超(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)技(ji)術(shu)屬于(yu)軍用(yong)技(ji)術(shu)，無論從設備(bei)還是工(gong)(gong)(gong)(gong)藝等(deng)(deng)方面，國(guo)(guo)外都實施(shi)了技(ji)術(shu)封鎖，所(suo)(suo)以(yi)國(guo)(guo)內(nei)超(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)開(kai)(kai)展基(ji)(ji)本都是從超(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)設備(bei)的(de)(de)(de)研究開(kai)(kai)始(shi)。由于(yu)組成(cheng)超(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)設備(bei)的(de)(de)(de)基(ji)(ji)礎是超(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)元(yuan)部件，包(bao)括空氣(qi)靜壓主(zhu)軸及導軌、液(ye)體靜壓主(zhu)軸及導軌等(deng)(deng)，所(suo)(suo)以(yi)各家單(dan)位(wei)也正是以(yi)超(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)基(ji)(ji)礎元(yuan)部件及超(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)切(qie)削(xue)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)用(yong)的(de)(de)(de)天然(ran)金剛石(shi)刀具等(deng)(deng)為突破口(kou)，并(bing)很快就(jiu)取得(de)了一些(xie)進展。哈爾濱工(gong)(gong)(gong)(gong)業(ye)(ye)大學、北京航空精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)機(ji)械(xie)研究所(suo)(suo)等(deng)(deng)單(dan)位(wei)陸續研制了超(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)主(zhu)軸及導軌等(deng)(deng)元(yuan)部件，并(bing)進行(xing)(xing)了天然(ran)金剛石(shi)超(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)切(qie)削(xue)刀具刃磨(mo)機(ji)理及工(gong)(gong)(gong)(gong)藝研究，同(tong)時陸續搭建了一些(xie)結(jie)構功能簡單(dan)的(de)(de)(de)超(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)車床、超(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)鏜(tang)床等(deng)(deng)超(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)設備(bei)，開(kai)(kai)始(shi)進行(xing)(xing)超(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)切(qie)削(xue)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝實驗。
非球(qiu)面(mian)曲面(mian)超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)設備(bei)(bei)的(de)(de)研(yan)(yan)制(zhi)成功(gong)(gong)是(shi)國(guo)(guo)內(nei)超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)技(ji)術(shu)(shu)發(fa)展的(de)(de)里程碑，非球(qiu)面(mian)光(guang)學零件由于(yu)具(ju)有(you)獨特(te)的(de)(de)光(guang)學特(te)性在(zai)航(hang)空、航(hang)天、兵(bing)器以(yi)及(ji)(ji)民(min)用(yong)光(guang)學等(deng)行業開始得到(dao)應用(yong)，從(cong)而簡化(hua)了(le)(le)產(chan)(chan)品結(jie)構并提(ti)高(gao)了(le)(le)產(chan)(chan)品的(de)(de)性能。當時加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)設備(bei)(bei)只(zhi)有(you)美國(guo)(guo)、日本及(ji)(ji)西歐等(deng)少數(shu)國(guo)(guo)家能夠生產(chan)(chan)，國(guo)(guo)內(nei)引進受到(dao)嚴(yan)格(ge)限制(zhi)而且價格(ge)昂貴，國(guo)(guo)家從(cong)“九(jiu)五”開始投入了(le)(le)人力物力支持(chi)研(yan)(yan)發(fa)超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)設備(bei)(bei)。到(dao)“九(jiu)五”末期(qi)，北京航(hang)空精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)機械(xie)研(yan)(yan)究所、哈爾濱工(gong)(gong)(gong)(gong)業大(da)(da)學、北京興華機械(xie)廠、國(guo)(guo)防(fang)科技(ji)大(da)(da)學等(deng)單位陸續(xu)研(yan)(yan)制(zhi)成功(gong)(gong)代表(biao)當時超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)最高(gao)技(ji)術(shu)(shu)水平的(de)(de)非球(qiu)面(mian)超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)切削(xue)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)設備(bei)(bei)，徹底打破了(le)(le)國(guo)(guo)外(wai)(wai)的(de)(de)技(ji)術(shu)(shu)封(feng)鎖。之后其他各(ge)類超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)設備(bei)(bei)，如超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)磨(mo)削(xue)設備(bei)(bei)、小(xiao)計算機數(shu)控磨(mo)頭拋光(guang)設備(bei)(bei)、磁(ci)流變拋光(guang)設備(bei)(bei)、離子束拋光(guang)設備(bei)(bei)、大(da)(da)口徑(jing)非球(qiu)面(mian)超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)設備(bei)(bei)（如圖1所示）、自由曲面(mian)多(duo)軸超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)設備(bei)(bei)、壓(ya)印模(mo)輥超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)設備(bei)(bei)等(deng)也陸續(xu)研(yan)(yan)制(zhi)成功(gong)(gong)，縮(suo)小(xiao)了(le)(le)超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)技(ji)術(shu)(shu)國(guo)(guo)內(nei)外(wai)(wai)的(de)(de)差(cha)距。同時由于(yu)有(you)了(le)(le)超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)設備(bei)(bei)的(de)(de)支撐，在(zai)超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)方面(mian)也有(you)了(le)(le)很大(da)(da)進展，如ELID超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)鏡(jing)面(mian)磨(mo)削(xue)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)、磁(ci)流變拋光(guang)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)、大(da)(da)徑(jing)光(guang)學透鏡(jing)及(ji)(ji)反射鏡(jing)超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)研(yan)(yan)拋及(ji)(ji)測量工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)、自由曲面(mian)的(de)(de)超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)及(ji)(ji)測量工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)、光(guang)學薄膜模(mo)輥超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)，超(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)應用(yong)領域也從(cong)軍工(gong)(gong)(gong)(gong)行業轉向(xiang)了(le)(le)民(min)用(yong)行業。
超(chao)(chao)精密加(jia)(jia)工(gong)技術的(de)發展(zhan)(zhan)隨(sui)著時代的(de)進步其加(jia)(jia)工(gong)精度也不(bu)斷提高，目(mu)前已經進入(ru)到納(na)米(mi)(mi)(mi)制(zhi)造(zao)階段。納(na)米(mi)(mi)(mi)級制(zhi)造(zao)技術是(shi)目(mu)前超(chao)(chao)精密加(jia)(jia)工(gong)技術的(de)巔峰，其研(yan)究需(xu)要具有雄(xiong)厚的(de)技術基(ji)(ji)礎和物(wu)質(zhi)基(ji)(ji)礎條件，美國(guo)、日本及(ji)歐(ou)洲一些國(guo)家以(yi)及(ji)我國(guo)都在進行一些研(yan)究項(xiang)目(mu)，包括聚焦(jiao)電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)束曝光、原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)力(li)顯(xian)微鏡納(na)米(mi)(mi)(mi)加(jia)(jia)工(gong)技術等(deng)，這些加(jia)(jia)工(gong)工(gong)藝可(ke)以(yi)實(shi)現分子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)或原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)級的(de)移動，從而可(ke)以(yi)在硅(gui)、砷化(hua)鎵等(deng)電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)材料以(yi)及(ji)石英、陶瓷(ci)、金屬、非(fei)金屬材料上(shang)加(jia)(jia)工(gong)出納(na)米(mi)(mi)(mi)級的(de)線條和圖形，最終(zhong)形成所需(xu)的(de)納(na)米(mi)(mi)(mi)級結構，為微電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)和微機電(dian)系統的(de)發展(zhan)(zhan)提供(gong)技術支持。
1 ;精密(mi)超精密(mi)加(jia)工技術可促進現代基(ji)(ji)礎科學(xue)和(he)應用基(ji)(ji)礎科學(xue)的發展
量子(zi)力(li)(li)學和相(xiang)對(dui)(dui)論(lun)是近代物理(li)學和其他基礎(chu)科(ke)學的(de)核(he)心，20世紀30年(nian)代已經建立，但是其中(zhong)一些(xie)理(li)論(lun)還未(wei)得到(dao)實驗(yan)(yan)驗(yan)(yan)證，例如(ru)愛因(yin)斯坦的(de)廣義相(xiang)對(dui)(dui)論(lun)中(zhong)的(de)2個(ge)預言，即重力(li)(li)場彎曲(qu)效(xiao)應(ying)和慣性(xing)系拖(tuo)曳效(xiao)應(ying)，這(zhe)(zhe)(zhe)些(xie)理(li)論(lun)在天(tian)(tian)文(wen)學、空間(jian)探測等方(fang)面有著重要的(de)指(zhi)導意義。例如(ru)航天(tian)(tian)器圍繞地(di)球(qiu)旋轉，在牛頓的(de)宇宙模型中(zhong)指(zhi)針(zhen)(zhen)會(hui)指(zhi)向(xiang)同一方(fang)向(xiang)，而在愛因(yin)斯坦的(de)模型中(zhong)，由于地(di)球(qiu)對(dui)(dui)周圍時空的(de)扭曲(qu)和拖(tuo)拽，陀螺儀指(zhi)針(zhen)(zhen)會(hui)傾斜一個(ge)非(fei)常(chang)小的(de)角(jiao)度（一年(nian)內指(zhi)針(zhen)(zhen)僅(jin)移動6000mas），這(zhe)(zhe)(zhe)就(jiu)是所謂(wei)的(de)重力(li)(li)場彎曲(qu)效(xiao)應(ying)和慣性(xing)系拖(tuo)曳效(xiao)應(ying)，這(zhe)(zhe)(zhe)兩種(zhong)現象十分(fen)微弱，通過實驗(yan)(yan)室驗(yan)(yan)證是不可想象的(de)。
美國航空航天局（NASA）為了(le)驗證愛(ai)因斯坦廣(guang)義相(xiang)對論(lun)的(de)上述(shu)2項預言從1963年開始計劃，但直到(dao)2004年才發射了(le)一個利(li)用(yong)高(gao)精(jing)度(du)陀(tuo)(tuo)(tuo)螺儀(yi)的(de)測量(liang)裝置——引力探測器，用(yong)于檢測地(di)球重力對周(zhou)圍時(shi)空影響。其(qi)中陀(tuo)(tuo)(tuo)螺儀(yi)的(de)核心(xin)部(bu)件——石英(ying)轉(zhuan)子（φ38.1mm）的(de)真球度(du)達到(dao)了(le)7.6nm，若將該轉(zhuan)子放(fang)大到(dao)地(di)球的(de)尺寸，要求地(di)球表面(mian)波(bo)峰波(bo)谷誤差僅為2.4m，如(ru)此高(gao)的(de)加工(gong)精(jing)度(du)可以(yi)說將超精(jing)密加工(gong)技(ji)術發揮到(dao)了(le)極限，最終陀(tuo)(tuo)(tuo)螺精(jing)度(du)達到(dao)了(le)0.001角秒(miao)/年。
20世紀80年代(dai)以前，太赫(he)茲(zi)（THz）波段（介于(yu)微波與紅外之間(jian)）的研究結果(guo)和數(shu)據非常(chang)少，主要是(shi)受到(dao)有效(xiao)太赫(he)茲(zi)產生源和靈敏探測器的限(xian)制。隨(sui)著(zhu)80年代(dai)一系列新(xin)(xin)技術、新(xin)(xin)材料、新(xin)(xin)工藝的發展，使得太赫(he)茲(zi)技術得以迅速(su)發展。近年來由(you)于(yu)太赫(he)茲(zi)的獨特(te)性能將給寬(kuan)帶通信、雷達、電(dian)(dian)子對抗、電(dian)(dian)磁武器、天文學、醫學成(cheng)像、無損檢(jian)測、安全(quan)檢(jian)查等領域帶來了深遠的影(ying)響，太赫(he)茲(zi)基(ji)礎及應(ying)用基(ji)礎技術已經逐漸成(cheng)為研究熱點。
太(tai)(tai)赫茲(zi)技(ji)術(shu)在航空領域的(de)(de)重要(yao)(yao)(yao)應用(yong)是太(tai)(tai)赫茲(zi)雷達(da)可用(yong)于隱(yin)身飛行器探測，其中(zhong)束控元件是太(tai)(tai)赫茲(zi)探測系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)重要(yao)(yao)(yao)功能部(bu)件，其透鏡主(zhu)要(yao)(yao)(yao)采(cai)用(yong)硅基遠紅外透射材(cai)料(liao)，反射元件面(mian)(mian)(mian)形(xing)(xing)有(you)拋(pao)物(wu)面(mian)(mian)(mian)、橢球(qiu)面(mian)(mian)(mian)、離軸非球(qiu)面(mian)(mian)(mian)以及賦形(xing)(xing)曲(qu)面(mian)(mian)(mian)等(deng)，采(cai)用(yong)鋁等(deng)金(jin)屬基材(cai)料(liao)。我國正研的(de)(de)主(zhu)反射元件尺寸已(yi)有(you)φ300mm、φ800mm、φ1000mm等(deng)，面(mian)(mian)(mian)形(xing)(xing)精(jing)(jing)度要(yao)(yao)(yao)求已(yi)要(yao)(yao)(yao)求達(da)微米級，表面(mian)(mian)(mian)質量為鏡面(mian)(mian)(mian)，并(bing)且要(yao)(yao)(yao)求零(ling)件精(jing)(jing)度質量具有(you)良好的(de)(de)穩定(ding)性。我國中(zhong)期發展的(de)(de)太(tai)(tai)赫茲(zi)系(xi)(xi)統(tong)擬采(cai)用(yong)φ4~5m的(de)(de)主(zhu)鏡，遠期主(zhu)鏡直徑將達(da)30m或更(geng)大(da)，太(tai)(tai)赫茲(zi)系(xi)(xi)統(tong)束控主(zhu)反射元件面(mian)(mian)(mian)形(xing)(xing)也將采(cai)用(yong)主(zhu)動控制的(de)(de)拼接式平面(mian)(mian)(mian)、離軸非球(qiu)面(mian)(mian)(mian)等(deng)形(xing)(xing)狀。基于上(shang)述要(yao)(yao)(yao)求，需要(yao)(yao)(yao)大(da)型(xing)單點金(jin)剛石超(chao)精(jing)(jing)密車(che)削設備、復(fu)(fu)雜曲(qu)面(mian)(mian)(mian)超(chao)精(jing)(jing)密加工工藝技(ji)術(shu)、大(da)型(xing)復(fu)(fu)雜曲(qu)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)高精(jing)(jing)度三坐標測量技(ji)術(shu)等(deng)支撐。
2 精密(mi)超精密(mi)加工技術(shu)是現代(dai)高新技術(shu)產(chan)業發(fa)展的基礎
國(guo)家目(mu)前(qian)非常重視交(jiao)通、能(neng)源、信息、生物(wu)醫藥(yao)等(deng)高(gao)(gao)新技術產(chan)業的(de)發(fa)(fa)展，但(dan)是目(mu)前(qian)這些產(chan)業的(de)核(he)心技術國(guo)內還(huan)沒有(you)掌握，關鍵(jian)設備或(huo)零部(bu)件(jian)仍然依賴進口。如高(gao)(gao)性能(neng)軸(zhou)承(cheng)是飛機(ji)發(fa)(fa)動(dong)機(ji)、高(gao)(gao)鐵、風(feng)電等(deng)產(chan)品的(de)關鍵(jian)，但(dan)由于(yu)目(mu)前(qian)國(guo)內材(cai)料、工(gong)(gong)藝(yi)等(deng)方面的(de)原因，其使用壽(shou)(shou)命遠(yuan)遠(yuan)不能(neng)滿(man)足要(yao)求(qiu)，其他一(yi)些承(cheng)受高(gao)(gao)頻載荷的(de)部(bu)件(jian)同樣面臨這些問(wen)題。近年國(guo)內開始研究的(de)抗疲(pi)勞(lao)(lao)制造(zao)技術則是以被(bei)加工(gong)(gong)件(jian)的(de)抗疲(pi)勞(lao)(lao)強(qiang)度及疲(pi)勞(lao)(lao)壽(shou)(shou)命為判據，其中的(de)核(he)心技術之(zhi)一(yi)是精密(mi)超精密(mi)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)，可提高(gao)(gao)表(biao)面質量、改善表(biao)面應(ying)力狀態(tai)，從而(er)提高(gao)(gao)零件(jian)的(de)疲(pi)勞(lao)(lao)壽(shou)(shou)命，這不僅要(yao)求(qiu)具有(you)超精密(mi)加工(gong)(gong)設備及工(gong)(gong)藝(yi)，而(er)且還(huan)需(xu)研制材(cai)料及零部(bu)件(jian)的(de)疲(pi)勞(lao)(lao)壽(shou)(shou)命精密(mi)測試(shi)設備（如圖2所示(shi)）。
新能源產(chan)業(ye)（如太陽能）國內(nei)(nei)雖然發展很快，但核心技術還是掌握在(zai)國外，如硅片切割、研磨、拋(pao)光、刻劃設(she)備，高(gao)(gao)倍聚光菲涅爾透(tou)鏡(jing)模具超(chao)精(jing)密加工設(she)備等與國外還存在(zai)較大(da)(da)(da)差距。信(xin)息產(chan)業(ye)的(de)發展推(tui)動(dong)了(le)芯片、存儲等發展，隨(sui)著(zhu)存儲密度(du)越來越大(da)(da)(da)，對(dui)磁盤的(de)表(biao)面(mian)粗糙度(du)以及(ji)相(xiang)應的(de)讀寫設(she)備的(de)懸浮(fu)高(gao)(gao)度(du)及(ji)磁頭的(de)上下跳動(dong)量的(de)要(yao)求大(da)(da)(da)大(da)(da)(da)提高(gao)(gao)，目前(qian)國外已經可(ke)以把磁頭、磁盤的(de)相(xiang)對(dui)間(jian)隙最高(gao)(gao)控制在(zai)1nm左(zuo)右。在(zai)醫療器(qi)(qi)械行(xing)業(ye)，超(chao)精(jing)密加工技術也起著(zhu)很大(da)(da)(da)的(de)作用(yong)，人造關節采用(yong)鈦合金或其他貴金屬材(cai)料，這些高(gao)(gao)精(jing)度(du)零件的(de)表(biao)面(mian)處理對(dui)清潔度(du)、光整度(du)和表(biao)面(mian)粗糙度(du)具有極高(gao)(gao)要(yao)求，需要(yao)進行(xing)超(chao)精(jing)密研拋(pao)，形(xing)狀要(yao)根據個人的(de)身體結構定制，國外價格昂貴，而國內(nei)(nei)無論(lun)從使(shi)用(yong)壽(shou)命和安全性等方面(mian)存在(zai)較大(da)(da)(da)差距。其他如微(wei)型內(nei)(nei)窺鏡(jing)中的(de)微(wei)小透(tou)鏡(jing)及(ji)器(qi)(qi)件、心臟搭(da)橋(qiao)及(ji)血管擴(kuo)張(zhang)器(qi)(qi)、醫用(yong)微(wei)注射頭陣列等國內(nei)(nei)現在(zai)還無法(fa)生產(chan)。
3 精(jing)密(mi)超(chao)精(jing)密(mi)加工技(ji)術(shu)是現代高技(ji)術(shu)戰爭的重要(yao)技(ji)術(shu)支撐
超(chao)精密加工技術對國防武器(qi)裝(zhuang)備的(de)發(fa)展具有(you)重(zhong)大影響，掌握超(chao)精密加工技術并(bing)具備相應的(de)生產能力是國防工業涉入(ru)現代國防科技和(he)武器(qi)裝(zhuang)備尖端(duan)技術領域的(de)必要手段， 20世(shi)紀(ji)90年代初(chu)，美(mei)國就將其列為21項美(mei)國國防關(guan)鍵技術之一(yi)。
超(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)加工(gong)技術(shu)的(de)(de)(de)發展對(dui)飛(fei)機、導彈等慣性器(qi)件的(de)(de)(de)發展做(zuo)出了(le)(le)(le)突(tu)(tu)出貢獻。美國1962年就(jiu)研(yan)制成(cheng)功了(le)(le)(le)激(ji)光(guang)陀螺(luo)(luo)，但因未突(tu)(tu)破硬脆材(cai)料的(de)(de)(de)陀螺(luo)(luo)腔體和反射鏡的(de)(de)(de)超(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)加工(gong)技術(shu)，使(shi)激(ji)光(guang)陀螺(luo)(luo)在飛(fei)機上的(de)(de)(de)應用(yong)整(zheng)整(zheng)延遲(chi)了(le)(le)(le)20年，超(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)車削(xue)(xue)、磨(mo)削(xue)(xue)、研(yan)磨(mo)以及(ji)離(li)子束(shu)拋光(guang)等工(gong)藝的(de)(de)(de)相繼(ji)突(tu)(tu)破才使(shi)激(ji)光(guang)陀螺(luo)(luo)投入了(le)(le)(le)批生產(chan)，并將(jiang)陀螺(luo)(luo)性能(neng)指標提(ti)高(gao)了(le)(le)(le)2個數量級。半球諧振(zhen)(zhen)陀螺(luo)(luo)儀中半球諧振(zhen)(zhen)子采用(yong)超(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)振(zhen)(zhen)動切削(xue)(xue)工(gong)藝達到了(le)(le)(le)精(jing)(jing)度和性能(neng)指標。激(ji)光(guang)加工(gong)和離(li)子刻(ke)蝕等超(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)加工(gong)技術(shu)是制造硅(gui)微型(xing)慣性傳感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)重要(yao)工(gong)藝，這將(jiang)對(dui)飛(fei)機和導彈慣性系統的(de)(de)(de)小型(xing)化起(qi)重要(yao)作用(yong)。采用(yong)超(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)銑削(xue)(xue)工(gong)藝及(ji)超(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)研(yan)拋工(gong)藝提(ti)高(gao)了(le)(le)(le)慣性傳感(gan)器(qi)中撓性件的(de)(de)(de)精(jing)(jing)度和尺寸穩定(ding)性。此(ci)外，飛(fei)控系統中的(de)(de)(de)液壓零件采用(yong)超(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)磨(mo)削(xue)(xue)及(ji)研(yan)磨(mo)拋光(guang)、超(chao)(chao)(chao)精(jing)(jing)密(mi)(mi)(mi)清(qing)洗工(gong)藝，對(dui)提(ti)高(gao)飛(fei)機的(de)(de)(de)可(ke)靠性、可(ke)維修性和壽命起(qi)到了(le)(le)(le)至關重要(yao)的(de)(de)(de)作用(yong)。
發動機(ji)(ji)(ji)噴嘴零(ling)(ling)件(jian)（如(ru)旋流槽(cao)、微小孔等(deng)特(te)征）的(de)(de)精(jing)密(mi)加工與檢(jian)(jian)(jian)測(ce)技術、發動機(ji)(ji)(ji)葉片型面及進排氣邊的(de)(de)精(jing)密(mi)加工與檢(jian)(jian)(jian)測(ce)技術、整體葉盤的(de)(de)精(jing)密(mi)加工與檢(jian)(jian)(jian)測(ce)技術等(deng)發展為航(hang)空發動機(ji)(ji)(ji)零(ling)(ling)部件(jian)的(de)(de)加工與檢(jian)(jian)(jian)測(ce)提供了可(ke)靠保(bao)證，促進了航(hang)空發動機(ji)(ji)(ji)性能的(de)(de)提升。圖(tu)3為發動機(ji)(ji)(ji)零(ling)(ling)部件(jian)專用(yong)五軸非接(jie)觸(chu)掃描精(jing)密(mi)測(ce)量(liang)機(ji)(ji)(ji)。
超(chao)精密加工(gong)技術使導彈(dan)(dan)(dan)關鍵元器(qi)件(jian)的精度和(he)質量產生了(le)飛躍，進而大大提(ti)高了(le)導彈(dan)(dan)(dan)的命中率(lv)。例如導彈(dan)(dan)(dan)頭罩(zhao)形狀(zhuang)由(you)球形向(xiang)適應空氣動力學的復(fu)雜形狀(zhuang)發展，材(cai)料(liao)由(you)紅外(wai)材(cai)料(liao)向(xiang)藍(lan)寶石(shi)乃至金剛石(shi)發展，這也對超(chao)精密加工(gong)設備和(he)超(chao)精密加工(gong)工(gong)藝提(ti)出(chu)了(le)新的要求(qiu)。
1 超精(jing)密(mi)加工技術基礎理論和實驗還需(xu)進一步不斷發展
所謂超(chao)精(jing)密加(jia)工(gong)技(ji)術基(ji)礎理論，是指在了解并掌握超(chao)精(jing)密加(jia)工(gong)過程的(de)(de)基(ji)本規(gui)律和現象的(de)(de)描述后才(cai)能駕馭(yu)這一過程，取得(de)預期結果。例如(ru)上世(shi)紀90年(nian)代(dai)初，日本學者(zhe)用金剛石車刀在LLNL的(de)(de)DTM3上加(jia)工(gong)出最(zui)薄的(de)(de)連(lian)續切屑的(de)(de)照片，當(dang)時認為達到了1nm的(de)(de)切削(xue)(xue)厚度(du)，已成為世(shi)界最(zui)高(gao)水平，并至今無人突破（如(ru)圖4）。那么(me)超(chao)精(jing)密切削(xue)(xue)極限尺(chi)度(du)是多少、材料此(ci)時是如(ru)何去除的(de)(de)，此(ci)外超(chao)精(jing)密加(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)系(xi)(xi)統(tong)在力、熱、電、磁、氣等多物理量/場復雜耦合下的(de)(de)作用機(ji)理是什么(me)、此(ci)時系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)動態特(te)性、動態精(jing)度(du)及穩(wen)定性如(ru)何保證(zheng)等都需要得(de)到新理論的(de)(de)支持。
隨著計算機(ji)技(ji)術的(de)發(fa)展，分(fen)(fen)子動(dong)力(li)學(xue)(xue)仿真(zhen)技(ji)術從(cong)20世紀90年代開始在物(wu)理、化學(xue)(xue)、材料學(xue)(xue)、摩擦學(xue)(xue)等領域得到了(le)很好(hao)的(de)應用，美國、日本等國首先應用該技(ji)術研究納米級機(ji)械加(jia)工(gong)過程(cheng)，國內從(cong)21世紀初在一些(xie)高校開始應用分(fen)(fen)子動(dong)力(li)學(xue)(xue)仿真(zhen)技(ji)術對納米切(qie)削及磨削過程(cheng)進行研究，可描述原子尺寸(cun)、瞬態(tai)的(de)切(qie)削過程(cheng)，在一定(ding)程(cheng)度上反映(ying)了(le)材料的(de)微觀去除機(ji)理，但這一切(qie)還有(you)待于(yu)實驗驗證。
2 被加工材料和工藝方法也(ye)在不斷擴(kuo)展
鈦(tai)合(he)金是(shi)(shi)航空最常用(yong)的(de)(de)材料(liao)之(zhi)一，氫作為有害雜質元(yuan)素對鈦(tai)合(he)金的(de)(de)使用(yong)性(xing)能有極其不利的(de)(de)影(ying)響，如(ru)會引起鈦(tai)合(he)金氫脆(cui)、應(ying)(ying)力腐蝕及延遲斷裂(lie)等(deng)，但(dan)是(shi)(shi)近年(nian)來(lai)(lai)研究(jiu)表(biao)明通過合(he)理(li)有效地控制滲氫、相變(bian)及除氫等(deng)過程，獲得(de)鈦(tai)合(he)金組織結構的(de)(de)變(bian)化，從而可以改善其加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)性(xing)能，提(ti)高加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)表(biao)面(mian)質量和效率。同樣(yang)通常認為黑(hei)色金屬是(shi)(shi)無(wu)(wu)法(fa)利用(yong)天然金剛石進行超精密切削加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)的(de)(de)，多年(nian)來(lai)(lai)也一直在進行各種工(gong)(gong)(gong)(gong)藝研究(jiu)，如(ru)利用(yong)低(di)溫流(liu)體（液氮或二氧化碳(tan)）冷(leng)卻(que)切削區進行低(di)溫冷(leng)卻(que)車削、采(cai)(cai)用(yong)超聲振動切削黑(hei)色金屬、采(cai)(cai)用(yong)金剛石涂層刀具等(deng)，采(cai)(cai)用(yong)離(li)子滲氮和氣體滲氮工(gong)(gong)(gong)(gong)藝對模具鋼進行處理(li)，但(dan)上述方法(fa)到目前為止還無(wu)(wu)法(fa)工(gong)(gong)(gong)(gong)程化應(ying)(ying)用(yong)。近年(nian)來(lai)(lai)通過離(li)子注入(ru)輔助(zhu)方式改變(bian)被加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)材料(liao)表(biao)層的(de)(de)可加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)性(xing)能，實現硅(gui)等(deng)硬脆(cui)材料(liao)復雜形狀的(de)(de)高效超精密切削。
抗疲(pi)勞(lao)制造技(ji)術(shu)的發展(zhan)為超(chao)(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)加(jia)工(gong)(gong)(gong)技(ji)術(shu)提出(chu)(chu)了新的發展(zhan)方向，超(chao)(chao)(chao)硬材(cai)料的精(jing)密(mi)(mi)加(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)要(yao)求(qiu)(qiu)(qiu)控(kong)制表層及(ji)亞表層的損傷及(ji)組(zu)織結(jie)構、應力(li)狀(zhuang)態(tai)等參數，如航空發動(dong)機(ji)軸承材(cai)料M50NiL表面(mian)處理后硬度超(chao)(chao)(chao)過了HRC70。隨(sui)(sui)著單晶渦輪葉(xie)盤和(he)(he)單晶渦輪葉(xie)片在航空發動(dong)機(ji)上的應用，要(yao)求(qiu)(qiu)(qiu)被加(jia)工(gong)(gong)(gong)材(cai)料沒有重融層和(he)(he)變質層，從而對精(jing)密(mi)(mi)加(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)提出(chu)(chu)了新要(yao)求(qiu)(qiu)(qiu)。隨(sui)(sui)著導彈馬(ma)赫數的增加(jia)，要(yao)求(qiu)(qiu)(qiu)頭(tou)罩材(cai)料的抗耐磨性(xing)提高，已從紅外材(cai)料向藍寶石(shi)材(cai)料頭(tou)罩乃(nai)至金剛石(shi)材(cai)料發展(zhan)，形狀(zhuang)也從球形向非球面(mian)乃(nai)至自由曲面(mian)發展(zhan)，對超(chao)(chao)(chao)精(jing)密(mi)(mi)加(jia)工(gong)(gong)(gong)設備、工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)及(ji)檢測技(ji)術(shu)提出(chu)(chu)了新的要(yao)求(qiu)(qiu)(qiu)。
3 微納結構(gou)功能(neng)表(biao)面的超精密加工(gong)技術(shu)
微結(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)功(gong)能(neng)(neng)(neng)表(biao)面(mian)具有特(te)(te)(te)(te)定的(de)(de)(de)拓(tuo)撲形(xing)狀(zhuang)，結(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)尺寸一(yi)般(ban)為10~100μm，面(mian)形(xing)精度小(xiao)于0.1μm，其表(biao)面(mian)微結(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)具有紋理結(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)規則、高深寬(kuan)比、幾何特(te)(te)(te)(te)性(xing)確定等(deng)(deng)(deng)特(te)(te)(te)(te)點，如凹槽陣(zhen)列、微透鏡陣(zhen)列、金字塔陣(zhen)列結(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)等(deng)(deng)(deng)，這些表(biao)面(mian)微結(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)使得元件具有某(mou)些特(te)(te)(te)(te)定的(de)(de)(de)功(gong)能(neng)(neng)(neng)，可(ke)以(yi)傳遞材料的(de)(de)(de)物理、化學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)等(deng)(deng)(deng)，如粘附(fu)性(xing)、摩(mo)擦性(xing)、潤滑性(xing)、耐磨損(sun)性(xing)，或者具備特(te)(te)(te)(te)定的(de)(de)(de)光學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)等(deng)(deng)(deng)。例(li)如在航空、航天(tian)飛行器宏觀表(biao)面(mian)加工(gong)出微納結(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)形(xing)成功(gong)能(neng)(neng)(neng)性(xing)表(biao)面(mian)，不僅(jin)可(ke)以(yi)減(jian)小(xiao)飛行器的(de)(de)(de)風阻、摩(mo)阻，減(jian)小(xiao)摩(mo)擦，還可(ke)以(yi)避(bi)免結(jie)冰(bing)層(ceng)形(xing)成，提高空氣(qi)動力學(xue)和熱(re)力學(xue)功(gong)能(neng)(neng)(neng)，從(cong)而達到(dao)增速、增程、降噪等(deng)(deng)(deng)目的(de)(de)(de)，同(tong)時表(biao)面(mian)特(te)(te)(te)(te)定的(de)(de)(de)微結(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)特(te)(te)(te)(te)征還能(neng)(neng)(neng)起到(dao)隱身功(gong)能(neng)(neng)(neng)，增強突防(fang)能(neng)(neng)(neng)力。
在民用(yong)方面(mian)最典型的例(li)子是(shi)游泳運動(dong)(dong)員的泳衣(yi)表面(mian)增加了一些(xie)微(wei)(wei)結(jie)構(gou)，俗(su)稱鯊魚皮泳衣(yi)，結(jie)果使運動(dong)(dong)員的成績有了大幅度的提高，使國際泳聯不得不禁止使用(yong)這種(zhong)(zhong)高科技(ji)的泳衣(yi)。此外微(wei)(wei)結(jie)構(gou)功能表面(mian)在光(guang)學(xue)(xue)系(xi)統、顯示(shi)(shi)設備(bei)、聚(ju)(ju)光(guang)光(guang)伏產業、交通(tong)標志標牌、照(zhao)明等領域被(bei)廣泛(fan)應用(yong)，如LCD 顯示(shi)(shi)器的背光(guang)模組(zu)的各種(zhong)(zhong)光(guang)學(xue)(xue)膜(mo)片，背光(guang)模組(zu)關鍵件—導光(guang)板(ban)、擴散板(ban)、增光(guang)膜(mo)等，聚(ju)(ju)光(guang)光(guang)伏太(tai)陽能CPV 系(xi)統的菲涅爾(er)透(tou)鏡，道路(lu)標示(shi)(shi)用(yong)微(wei)(wei)結(jie)構(gou)光(guang)學(xue)(xue)膜(mo)片、新一代(dai)LED 照(zhao)明用(yong)高效配光(guang)結(jie)構(gou)等。
在未(wei)來(lai)零(ling)(ling)部(bu)(bu)件(jian)(jian)設(she)計與(yu)制(zhi)造(zao)(zao)將會增加(jia)(jia)一(yi)項功能表面結構的設(she)計與(yu)制(zhi)造(zao)(zao)，通過在零(ling)(ling)件(jian)(jian)表面設(she)計和加(jia)(jia)工不(bu)同形狀的微結構，從(cong)而提高零(ling)(ling)部(bu)(bu)件(jian)(jian)力學、光學、電磁(ci)學、升學等功能，這將是微納(na)(na)制(zhi)造(zao)(zao)的重(zhong)要應用領域，2006年成立的國際(ji)納(na)(na)米制(zhi)造(zao)(zao)學會經專家討(tao)論(lun)并認同，納(na)(na)米制(zhi)造(zao)(zao)中的核(he)心技術將從(cong)目(mu)前以(yi)MEMS技術逐步轉向超(chao)精密加(jia)(jia)工技術。
4 超(chao)精密加工開始追(zhui)求高效
超(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)密加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)技術從(cong)發展之初(chu)是(shi)(shi)(shi)為了(le)保證一(yi)些(xie)關鍵零(ling)部件的(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)終精(jing)(jing)(jing)度，所以當初(chu)并不(bu)是(shi)(shi)(shi)以加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)效率(lv)為目(mu)標，更多關注的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)(shi)精(jing)(jing)(jing)度和(he)表(biao)面(mian)質量(liang)，例如(ru)(ru)一(yi)些(xie)光(guang)學元件最(zui)初(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)周期是(shi)(shi)(shi)以“年(nian)(nian)”為加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)周期。但是(shi)(shi)(shi)隨著零(ling)件尺(chi)寸的(de)(de)(de)(de)(de)進一(yi)步加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)增(zeng)(zeng)大(da)(da)和(he)數(shu)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)多，目(mu)前對(dui)超(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)密加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)的(de)(de)(de)(de)(de)效率(lv)也(ye)提出(chu)了(le)要(yao)求。例如(ru)(ru)為了(le)不(bu)斷提高觀(guan)察天(tian)體(ti)范圍和(he)清晰度，需(xu)不(bu)斷加(jia)(jia)(jia)大(da)(da)天(tian)文(wen)望(wang)(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)口徑，這(zhe)就(jiu)同樣存在(zai)天(tian)文(wen)版的(de)(de)(de)(de)(de)摩爾(er)(er)定律，即(ji)每隔若(ruo)干年(nian)(nian)，光(guang)學望(wang)(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)口徑增(zeng)(zeng)大(da)(da)一(yi)倍，如(ru)(ru)建(jian)于1917年(nian)(nian)位于美國威爾(er)(er)遜山(shan)天(tian)文(wen)臺的(de)(de)(de)(de)(de)Hooker望(wang)(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)口徑為2.5m，是(shi)(shi)(shi)當年(nian)(nian)全世界最(zui)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)天(tian)文(wen)望(wang)(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)；到(dao)(dao)1948年(nian)(nian)被(bei)Hale望(wang)(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)取代，其(qi)口徑達到(dao)(dao)了(le)5m；1992年(nian)(nian)新建(jian)成的(de)(de)(de)(de)(de)Keck望(wang)(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)口徑達到(dao)(dao)了(le)10m，目(mu)前仍在(zai)發揮著巨大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)作用。目(mu)前正在(zai)計劃制造(zao)的(de)(de)(de)(de)(de)巨大(da)(da)天(tian)文(wen)望(wang)(wang)遠鏡(jing)(jing)(jing)OWL主(zhu)鏡(jing)(jing)(jing)口徑達到(dao)(dao)100m，由(you)3048塊六(liu)邊形球面(mian)反射鏡(jing)(jing)(jing)組成，次(ci)鏡(jing)(jing)(jing)由(you)216塊六(liu)邊形平面(mian)反射鏡(jing)(jing)(jing)組成，總(zong)重約1~1.5萬t，按照目(mu)前現有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)，可能需(xu)要(yao)上百年(nian)(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)間才能完成。此外，激(ji)光(guang)核聚(ju)變點火裝置（NIF）需(xu)要(yao)7000多塊400mm見方的(de)(de)(de)(de)(de)KDP晶體(ti)，如(ru)(ru)果(guo)沒有(you)高效超(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)密加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)，加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)時(shi)間也(ye)無法想象。為此需(xu)要(yao)不(bu)斷開發新的(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)密加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)設(she)備和(he)超(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)密加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)來滿(man)足高效超(chao)(chao)精(jing)(jing)(jing)密加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)的(de)(de)(de)(de)(de)需(xu)求。
5 超精(jing)密加工(gong)技術將向極致方向發展(zhan)
隨著科技(ji)的(de)(de)進步，對超(chao)精(jing)密加工技(ji)術已(yi)經提出了新的(de)(de)要求(qiu)，如(ru)要求(qiu)極(ji)大零件(jian)的(de)(de)極(ji)高精(jing)度(du)(du)、極(ji)小零件(jian)及特征的(de)(de)極(ji)高精(jing)度(du)(du)、極(ji)復雜(za)環境下的(de)(de)極(ji)高精(jing)度(du)(du)、極(ji)復雜(za)結構(gou)的(de)(de)極(ji)高精(jing)度(du)(du)等。
歐洲南方(fang)天文臺正在研制的(de)超(chao)大天文望遠鏡VLT反射鏡為一(yi)塊直徑8.2m、厚200mm的(de)零膨脹玻璃，經(jing)過減重后重量仍然達到(dao)了(le)21t。法國REOSC公(gong)司負責(ze)加(jia)(jia)工(gong)(gong)，采(cai)用了(le)銑(xian)磨、小磨頭拋(pao)光(guang)(guang)等(deng)(deng)加(jia)(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝，加(jia)(jia)工(gong)(gong)周期為8~9個月，最(zui)終滿足了(le)設計要(yao)求，目前(qian)許(xu)多新的(de)超(chao)精(jing)(jing)密加(jia)(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝如應力盤拋(pao)光(guang)(guang)、磁流變拋(pao)光(guang)(guang)、離(li)子束拋(pao)光(guang)(guang)等(deng)(deng)出現為大鏡加(jia)(jia)工(gong)(gong)提供了(le)技(ji)術支撐。前(qian)面提到(dao)的(de)微(wei)(wei)納結構功能表面結構尺(chi)寸(cun)小到(dao)幾個微(wei)(wei)米(mi)，如微(wei)(wei)慣性傳感(gan)器中(zhong)的(de)敏感(gan)元件撓(nao)性臂特征尺(chi)寸(cun)為9μm，而其尺(chi)寸(cun)精(jing)(jing)度卻要(yao)求±1μm。
美國國家標準計量(liang)(liang)局研制(zhi)的(de)納米(mi)三(san)坐標測量(liang)(liang)機（分(fen)子測量(liang)(liang)機）是實現如何在(zai)極(ji)復雜環(huan)(huan)境下的(de)極(ji)高精度(du)(du)測量(liang)(liang)的(de)典型例子，該儀器(qi)測量(liang)(liang)范圍50mm×50mm×100μm，精度(du)(du)達(da)到(dao)了(le)1nm，對環(huan)(huan)境要(yao)求及(ji)(ji)其嚴格，最(zui)內(nei)層(ceng)殼(ke)溫度(du)(du)控制(zhi)17±0.01℃，次層(ceng)殼(ke)采用主(zhu)動隔(ge)振(zhen)，高真空層(ceng)工作環(huan)(huan)境保持1.0×10-5Pa，最(zui)外層(ceng)殼(ke)用于(yu)噪聲隔(ge)離，最(zui)后將整體結構(gou)安(an)裝在(zai)空氣彈(dan)簧上進行被動隔(ge)振(zhen)。自(zi)由曲(qu)面(mian)光(guang)學曲(qu)面(mian)精度(du)(du)要(yao)求高、形狀復雜，有(you)的(de)甚(shen)至(zhi)無法(fa)用方程表示（如賦(fu)值曲(qu)面(mian)），但(dan)由于(yu)其具有(you)卓越的(de)光(guang)學性(xing)能(neng)近年來應用范圍不斷擴(kuo)大，但(dan)自(zi)由曲(qu)面(mian)光(guang)學零件的(de)設計、制(zhi)造及(ji)(ji)檢測等技術還有(you)待于(yu)進一(yi)步(bu)發展。
6 超精密(mi)加工(gong)技術將向超精密(mi)制造技術發展
超(chao)(chao)精密(mi)(mi)(mi)加工技(ji)術以前(qian)往往是用在零(ling)件(jian)的最終工序或(huo)者某(mou)(mou)幾(ji)個工序中，但(dan)目前(qian)一些(xie)領(ling)域中某(mou)(mou)些(xie)零(ling)部件(jian)整(zheng)個制(zhi)(zhi)造(zao)過程或(huo)整(zheng)個產品的研(yan)制(zhi)(zhi)過程都要用到超(chao)(chao)精密(mi)(mi)(mi)技(ji)術，包括超(chao)(chao)精密(mi)(mi)(mi)加工加工、超(chao)(chao)精密(mi)(mi)(mi)裝配調試(shi)以及超(chao)(chao)精密(mi)(mi)(mi)檢測等，最典型的例子(zi)就是美國(guo)的美國(guo)國(guo)家點火(huo)裝置（NIF）。
為了解決人類的(de)(de)(de)(de)(de)能源(yuan)危(wei)機(ji)，各國都在研究新的(de)(de)(de)(de)(de)能源(yuan)技術(shu)，其(qi)中利用(yong)(yong)氘、氚的(de)(de)(de)(de)(de)聚(ju)變反(fan)應產(chan)生巨大能源(yuan)可供利用(yong)(yong)，而且(qie)不產(chan)生任何放射(she)性(xing)污染，這(zhe)就是美國國家(jia)點火工(gong)(gong)程。我國也開始(shi)了這(zhe)方面的(de)(de)(de)(de)(de)研究，被(bei)稱為神光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)工(gong)(gong)程。NIF整個系(xi)統約有2個足(zu)球場(chang)大小(xiao)(xiao)，共有192束強(qiang)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)進(jin)入直徑(jing)(jing)10m的(de)(de)(de)(de)(de)靶室，最終(zhong)將能量集(ji)中在直徑(jing)(jing)為2mm的(de)(de)(de)(de)(de)靶丸上。這(zhe)就要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)反(fan)射(she)鏡的(de)(de)(de)(de)(de)數量極(ji)(ji)(ji)多（7000多片(pian)），精度(du)和表面粗糙度(du)極(ji)(ji)(ji)高（否(fou)則(ze)強(qiang)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)會(hui)燒毀鏡片(pian)），傳輸路徑(jing)(jing)調試安裝(zhuang)精度(du)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)極(ji)(ji)(ji)高，工(gong)(gong)作(zuo)環(huan)境控制要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)極(ji)(ji)(ji)高。對于(yu)直徑(jing)(jing)為2mm的(de)(de)(de)(de)(de)靶丸，壁(bi)厚僅為160μm，其(qi)中充氣小(xiao)(xiao)孔的(de)(de)(de)(de)(de)直徑(jing)(jing)為5μm，帶(dai)有一(yi)直徑(jing)(jing)為12μm、深(shen)4μm的(de)(de)(de)(de)(de)沉孔。微孔的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)困難在于(yu)其(qi)深(shen)徑(jing)(jing)比大、變截面，可采用(yong)(yong)放電加(jia)工(gong)(gong)、飛秒(miao)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)加(jia)工(gong)(gong)、聚(ju)焦離(li)子(zi)束等工(gong)(gong)藝(yi)，或采用(yong)(yong)原子(zi)力顯微鏡進(jin)行超精密(mi)加(jia)工(gong)(gong)。系(xi)統各路激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)空間(jian)幾何位置對稱性(xing)誤(wu)差要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)小(xiao)(xiao)于(yu)1%、激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)到(dao)達表面時間(jian)一(yi)致性(xing)誤(wu)差小(xiao)(xiao)于(yu)30fs、激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)能量強(qiang)度(du)一(yi)致性(xing)誤(wu)差小(xiao)(xiao)于(yu)1%等。如(ru)此(ci)復(fu)雜高精度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)系(xi)統無論從組成的(de)(de)(de)(de)(de)零部(bu)件(jian)加(jia)工(gong)(gong)及裝(zhuang)配(pei)調試過程時刻都體現了超精密(mi)制造技術(shu)