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【兆恒機械】超精密加工技術應用領域的關鍵技術

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  • 添加日期:2021年(nian)06月26日



超精密加工技術是適應現代高技術需要而發展起來的先進制造技術,它綜合應用了機械技術發展的新成果以及現代電子、傳感技術、光學和計算機等高新技術,是高科技領域中的基礎技術,在國防科學技術現代化和國民經濟建設中發揮著至關重要的作用,同時作為現代高科技的基礎技術和重要組成部分,它推動著半導體技術、光電技術、材料科學等多門技術的發展進步。超精密加工技術已成為國防工業研制現代化武器裝備的關鍵技術,也是衡量一個國家科學技術水平的重要標志。

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1從現代幾次戰爭的特點認識超精密加工技術的重要性

從上個世紀九十年代開始的幾次局部戰爭中,包括第一次海灣戰爭(1992年)、科索沃戰爭(1996年)、阿富汗戰爭(1999年)以及剛剛結束的第二次海灣戰爭(2003年),世界各國已經越來越清楚地認識到高科技對戰爭進程及最終結果的影響。如果說過去的戰爭主要靠“數量”和“速度”的話,現在高科技、智能化武器則起了決定作用。高技術、智能化武器具有高能效、高精度等特點,武器的高精度必然要求其元部件的高精度,從而必須具備高精度的制造技術才能生產出來。美國及其盟國正是由于多年來大力發展包括超精密加工技術在內的先進制造技術,突破了制造技術中的許多關鍵使其發展到實用階段,才具備了生產精確制導、夜視設備等高技術武器的能力。

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1.1精確制導武器的大量使用和超視距攻擊能力的提高

剛剛結束的第二次海灣戰爭與第一次海灣戰爭、科索沃以及阿富汗戰爭相比,使用精確制導炸彈的比例已經從6.8%、34%、66%上升到這次的接近 100%,制導方式也由慣性制導(INS)向激光制導、數字景像匹配末端制導以及全球衛星定位系統(GPS)制導方式發展,其中應用最廣的激光制導中所用的許多激光元件如激光反射鏡、激光陀螺腔體、非球面透鏡等都要求非常高的精度和表面質量,這些元件將直接影響到制導精度。激光反射鏡的高精度高反射率的平面、數字景像匹配末端制導需用的紅外探測及接受、紅外成像(碲鎘汞)等要求的高表面質量平面,只能通過超精密研磨才能進行高質量批量生產,而非球面反射鏡和透鏡可利用CNC超精密車削、磨削及拋光制成。

機載雷達是空中超視距攻擊的關鍵,其中微波器件波導管的制造技術對雷達性能有重要影響,波導管的品質因素與其表面粗糙度、精度有關,用超精密車削技術可以較容易地保證要求,從而最終保證雷達的性能。

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1.2夜戰能力的提高

夜戰是未來戰爭空襲的主要手段,它可以使許多不受電子干擾而使用光學瞄準系統的常規武器失效,從而減小攻擊方的傷亡。夜戰中可利用前視紅外探測器、激光測距器、微光夜視以及光柵電視等清楚的看到地面成像。夜視設備的使用包含直升機、裝夾車輛、導彈、人員等。由于沙漠氣候炎熱,為了便于晚間作戰,這次海灣戰爭中美國為每個士兵都配備了高清晰度的夜視設備,而且與前幾次戰爭相比重量大大減輕(400g),可以直接固定在頭盔上,從而提高了士兵作戰的靈活性。上述裝置中,紅外成像是關鍵技術,其中關鍵元件碲鎘汞晶體要求很高的表面質量(低粗糙度、無劃痕、無變質層),需要用特殊的超精密研磨(如非接觸研磨、機械化學研磨等)加工。夜視設備中同樣用到了非球面曲面光學元部件。

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1.3電子對抗技術的進步

第二次海灣戰爭美軍大量使用了電子干擾和反輻射導彈壓制了伊軍的通訊與雷達,使伊軍徹底失去了指揮、預警等能力,由于各地駐軍失去了與指揮部的聯系,只能各自為戰,所以美軍的進展異常順利。電子對抗中本方的電子裝備必須具有極好的抗干擾能力與快速反應能力,利用砷化鎵半導體制成的大規模集成電路與傳統的半導體硅相比,具有速度快、工作可靠、抗輻射能力強等特點。砷化鎵半導體器件的制造需要一整套超精密磨削、研磨、拋光工藝以及刻劃等外延設備。此外,美國軍用大規模集成電路的刻劃必須要有一整套超精密加工及微細加工設備。

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1.4軍用衛星系統的發展


現代戰爭已經不能離開各種衛星,如偵查用間諜衛星、GPS用的衛星網等。目前世界上正在運行的衛星導航定位系統有美國的全球定位系統(GPS)和俄羅斯的G23N4SS,二者都提供軍碼和民碼兩種信號,主要用于戰機及作戰部隊的導航定位、精確制導以及救援服務等用途,與第一次海灣戰爭相比,GPS制導占精確制導的比例已由10%提高到這次海灣戰爭的90%,而且與激光制導相比,GPS制導具有精度更高,不受氣候條件等外界因素干擾等優點。但美、俄目前 GPS開放的僅僅是民碼,如果不盡快發展本國的衛星導航定位系統,勢必在未來戰爭中受制于人,處于被動挨打的局面,我國近年來也開始研制導航定位衛星正是在努力改變這種局面。

衛星上的姿態控制極為重要,必須有超精密的真空無潤滑軸承,其孔軸幾何精度為毫微米級,表面粗糙度為納米級,必須用超精密磨削與研磨才能達到。此外對于偵查用的間諜衛星,必須裝備先進的光學望遠系統、高分辨率電視攝像系統、高靈敏度紅外成像系統等,這其中高精度非球面透鏡、高分辨率電視中的光柵、紅外成像的碲鎘汞半導體元件等都必須用超精密加工技術才能制造出來。GPS系統中也要求具有抗干擾、反應快等特點,同樣也離不開砷化鎵半導體制成的大規模集成電路。

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1.5軍用微型武器系統是未來的發展趨勢

微小型武器是20世紀90年代美國等先進工業國家開始發展的新概念武器,它不但在基礎理論、設計、制造與計量測試技術等方面是革命性創新,而且對21世紀戰爭的模式將會帶來變革性的影響。基于微米、納米、微機電系統技術發展起來的微小型武器技術的內涵是:根據微小型武器特殊功能和特性,應用微機電系統(MEMS)、計算機、感知、控制等先進技術,通過軟、硬件接口,綜合集成為微小型武器系統的光機電一體化技術。

微小型武器的種類主要包括微型飛行器、微小型水下無人潛器、微小型軍用機器人技術、微小型偵察傳感器系統。微小型武器具有以下重大作用:微小型無人武器由于體積小、隱蔽性好、快速反應、機動性好、生存能力強、成本低等特點,特別適用于城市和惡劣環境下(如核、生、化戰場等)的局部戰爭。

由于微小型武器系統的發展,許多非硅材料以及其他結構材料的應用,只靠傳統的(光刻掩模、電鑄、LIGA等)MEMS加工工藝已經無法滿足要求,而普通精密加工又無法滿足尺度及精度的要求,所以可以利用超精密加工技術的特點,對一些非硅結構材料進行加工,滿足使用要求。

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2超精密加工技術的發展思路及面臨的任務

2.1超精密加工技術的發展思路

對于超精密加工技術來說,最大的需求就是國防軍事工業。我國的超精密加工技術與國外,特別是美、俄等發達國家相比,落后較多,面臨的最大任務是根據目前的需求如何在較短的時間內盡快提高超精密加工技術(包括設備及工藝)的水平,使之能夠適應應用要求。主要包括以下幾個方面:

重(zhong)視超精密(mi)(mi)加工(gong)工(gong)藝和(he)特種(zhong)超精密(mi)(mi)加工(gong)設備的研究(jiu)

美國、俄羅斯在超精密加工技術的研究上發展思路完全不同。美國充分利用其科技優勢,研制了一系列先進的超精密加工設備和超精密檢測儀器,利用這些先進的設備加工出高精度的零件。而俄羅斯則很少有非常先進的超精密加工設備,但是同樣能夠加工出所需的高精度零件,原因在于它掌握著先進的工藝。例如從有關資料分析俄羅斯研磨機的性能指標并不先進,甚至不如國內某些實驗室設備,但是他們有自己獨特的工裝夾具以及研磨工藝,最終加工零件的精度及其穩定性卻優于國內。所以根據我國的國情,盲目地靠引進先進設備和儀器只能受制于人,況且許多超精密加工設備儀器禁運。而在一定時期內要靠自行研制所有超精密加工設備和儀器也不現實,所以應該走俄羅斯的路子,即重視超精密加工工藝的研究。

國內目前還有進(jin)口了(le)先(xian)進(jin)設備(bei),卻由于(yu)工(gong)藝(yi)不過關(guan)無(wu)法加(jia)工(gong)出(chu)合格的(de)產品的(de)例(li)子,如Nanoform250非球面超(chao)精(jing)密加(jia)工(gong)設備(bei)國內引進(jin)了(le)有多臺,但只有某家研究所由于(yu)有以前(qian)的(de)工(gong)藝(yi)經驗而使用(yong)效率以及使用(yong)效果(guo)較好(hao)。

對于一些特殊要求零件的加工,可以在現有成熟的超精密元部件如超精密主軸、高精度導軌等基礎上,并利用模塊化技術,研制一些特種超精密加工設備,這樣既能縮短研制周期,又能降低研制成本。

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注重降低超(chao)精密加(jia)工(gong)技(ji)術(shu)研究成本,擴(kuo)展超(chao)精密加(jia)工(gong)技(ji)術(shu)的應用范圍(wei)

由于超精密加工技術的研究需要潔凈的環境、嚴格的溫度控制、昂貴的加工設備及檢測設備,這一切都需要高投入,這在一定程度上限制了其研究和應用。可以通過各種途徑,例如應用模塊化技術降低超精密加工設備研制成本,采用局部小環境控制技術降低對整體環境的控制成本等。在此基礎上,可以將先進的超精密加工技術應用于某些民用行業,取得較好的經濟效益。

在國防預研的基(ji)礎上,加強應用性(xing)以及可靠性(xing)、快速響應性(xing)的研究

我國在八五、九五期間,在國防預研上取得了一些具有先進水平的成果,但是目前這些成果還局限于實驗室,離實際工程應用還有一定距離,或者說其加工效率以及穩定性還有待提高。所以在繼續重視先進技術預研的同時,更重要的是加強成果的應用,使之能夠及時服務于先進武器裝備系統和其它民用行業。

需(xu)求為牽引,強強聯合

由于超精密加工技術的研究是一項需要高投入的項目,所以國內各單位不能各自為戰,應當充分發揮國家重點實驗室的龍頭作用,聯合行業內的人力、物力努力提高我國的超精密加工水平。此外在現階段,根據我國的實際情況,進行超精密加工技術的研究應該強調以需求為牽引,這樣可以爭取更大的投資,也才可能更快地取得成果,直接應用于武器型號任務。

2.2超精密加工技術目前面臨的研究任務

超精密(mi)加工設備及工藝的研(yan)究(jiu)

經過多年的努力,國內超精密加工設備的研制已經初具規模,包括非球面曲面復合加工系統在內的許多設備的指標已經達到或接近世界先進水平,但是從設備的可靠性、可操作性等方面來看還有一定的差距,如何更好地發揮設備的作用,需要進一步的人力、物力投入。

隨著科技的發展,將有更多先進的新型功能材料及結構材料得到應用,包括新型高強度、高硬度材料、智能材料、新型半導體材料等,首先要解決的是其加工問題。例如在衛星相機上用的SiC增強復合材料的加工工藝的研究,紅外材料諸如鍺、單晶硅、氟化鈣玻璃的超精密車削工藝研究,KDP晶體(激光核聚變)飛切加工工藝的研究等。

復雜(za)曲面超(chao)精密加(jia)工及檢測技術研究

非球面零件的應用十分廣泛,它可以減輕光學系統重量,提高成像質量,提高系統的可靠性。特別是非軸對成非球面曲面的應用,更是將整個系統的性能大大提升,目前國內還不能加工此類曲面。

大(da)中型非球面(mian)曲面(mian)超精密加工(gong)設(she)備及(ji)工(gong)藝研究


目前國外對于非球面的加工設備已經部分解禁,如Nanoform250國內已經進口了幾臺,但是對于加工口徑在300mm以上的非球面加工設備嚴格禁運,但是這部分零件數量在某些行業占有相當大的比例,所以盡快研制中大型非球面曲面超精密加工設備已經成為當務之急。包括實驗室在內的國內幾家單位對非球面曲面超精密加工設備及加工工藝的研究已經有了一定的技術積累,應在此基礎上聯合力量集中攻關。

非軸對稱光(guang)學曲(qu)面加(jia)工設(she)備的研制(五(wu)軸CNC超精密加(jia)工中心)


非軸對稱光學曲面的性能比軸對稱非球面曲面更加優越,目前只有美國、俄羅斯能夠加工此類產品。國內雖有不少大專院校進行了非軸對稱光學曲面各種加工工藝的研究,如用數控拋光、超精密車削等方法,但是還不能真正加工出產品。所以國內應加緊研制五軸CNC超精密加工中心,并在此基礎上進行非軸對稱光學曲面加工工藝的研究。

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非球面曲(qu)面超精密檢測技術研究


非(fei)球(qiu)面(mian)(mian)(mian)檢(jian)測技(ji)術是光(guang)學(xue)非(fei)球(qiu)面(mian)(mian)(mian)加工首先要解(jie)決(jue)的關鍵問題(ti),特別是針對(dui)(dui)我(wo)國的國情,至少在目(mu)前還只能(neng)靠人工輔助(zhu)研(yan)磨加工光(guang)學(xue)非(fei)球(qiu)面(mian)(mian)(mian),測量問題(ti)顯得(de)更為突出。只有(you)準確、快速測量出加工過程中零(ling)(ling)件的誤差,工人才有(you)可能(neng)相應研(yan)磨從而(er)獲得(de)高精(jing)度(du)的非(fei)球(qiu)面(mian)(mian)(mian)光(guang)學(xue)零(ling)(ling)件。相對(dui)(dui)于非(fei)球(qiu)面(mian)(mian)(mian)加工技(ji)術來說,其測量技(ji)術與(yu)國外相比落后(hou)更多。光(guang)學(xue)非(fei)球(qiu)面(mian)(mian)(mian)檢(jian)測技(ji)術應當具(ju)備能(neng)在鏡面(mian)(mian)(mian)加工過程中迅速判斷(duan)面(mian)(mian)(mian)型誤差狀況,隨機反饋給出進一步修正指令,又要解(jie)決(jue)零(ling)(ling)件的終了檢(jian)驗。


目前非球(qiu)面面型測(ce)(ce)量(liang)應用最多的方法是(shi)光波的干涉(she)測(ce)(ce)量(liang)法,具有較高的測(ce)(ce)量(liang)精(jing)度和較好的空間分辨(bian)率(lv)。它(ta)可以快速進(jin)行整(zheng)個表面的測(ce)(ce)量(liang),最高分辨(bian)率(lv)可達到(dao)亞納米級。但是(shi)對(dui)于不同的光學非球(qiu)面,必須(xu)準備相應的光學模板才能(neng)進(jin)行測(ce)(ce)量(liang),這(zhe)套測(ce)(ce)量(liang)系統(tong)通常結構非常復雜(za)。


利用(yong)(yong)全(quan)(quan)息(xi)(xi)(xi)干涉(she)法可(ke)以測量(liang)(liang)非球(qiu)面(mian),但是無論是采(cai)用(yong)(yong)標準(zhun)非球(qiu)面(mian)還(huan)是采(cai)用(yong)(yong)計算機生成(cheng)(CGH)都必須(xu)制作一(yi)張(zhang)全(quan)(quan)息(xi)(xi)(xi)片,而(er)且(qie)對(dui)于(yu)(yu)不同方程的(de)非球(qiu)面(mian)就必須(xu)有相應的(de)全(quan)(quan)息(xi)(xi)(xi)片。但是直(zhi)到目(mu)前(qian)為止國內制作全(quan)(quan)息(xi)(xi)(xi)片的(de)工藝(yi)還(huan)只局限于(yu)(yu)一(yi)些傳統的(de)工藝(yi),對(dui)于(yu)(yu)非球(qiu)面(mian)超精(jing)密測量(liang)(liang)所(suo)(suo)需的(de)全(quan)(quan)息(xi)(xi)(xi)片基本上依(yi)賴于(yu)(yu)進口(kou),這極大(da)(da)(da)地限制了光學非球(qiu)面(mian)零件的(de)測試(shi)及加(jia)工。目(mu)前(qian)進口(kou)一(yi)張(zhang)非球(qiu)面(mian)超精(jing)密測量(liang)(liang)用(yong)(yong)的(de)全(quan)(quan)息(xi)(xi)(xi)片大(da)(da)(da)約需要一(yi)萬(wan)多美(mei)金,而(er)且(qie)需要告訴對(dui)方非球(qiu)面(mian)的(de)方程,對(dui)于(yu)(yu)型號任務這就牽涉(she)到保密等(deng)問題。特別(bie)是對(dui)于(yu)(yu)一(yi)些預(yu)研(yan)或(huo)在研(yan)以及沒有定型的(de)項目(mu),由于(yu)(yu)牽涉(she)到非球(qiu)面(mian)的(de)種類和(he)數量(liang)(liang)較大(da)(da)(da),所(suo)(suo)需經(jing)費(fei)十分可(ke)觀,所(suo)(suo)以自行研(yan)制非球(qiu)面(mian)測量(liang)(liang)用(yong)(yong)的(de)全(quan)(quan)息(xi)(xi)(xi)片已(yi)經(jing)成(cheng)為當務之急。


國外目前最先進的工藝是采用計算機直接生成測量非球面用全息片(ComputergeneratedHologram)并采用激光直接刻劃技術(LaserWritingSystem)制作全息片,不僅大大降低了制作成本,而且還縮短了制作周期。最典型的樣機德國斯圖加特大學研制的 LaserplotterCLWS300激光刻劃系統,激光記錄點直徑為0.5μm,徑向坐標定位精度為0.08μm(RMS),角方向定位精度為 0.1s'(RMS)。

高精度(du)激光刻劃系統主要包括以下幾(ji)個方面:

  • 光學(xue)部分:包括激光器(qi)、聲光調制器(qi)、自動聚(ju)焦系統(tong)以及光路總(zong)體設(she)計(ji)及布置等;

  • 機械部分:高精度(du)空氣軸承(cheng)、高精度(du)運動導軌、隔振平臺等;

  • 電控(kong)部分:高精度機械系統的(de)(de)運(yun)動(dong)及定位控(kong)制(zhi),激光器(qi)、調制(zhi)器(qi)以及自動(dong)聚焦(jiao)的(de)(de)控(kong)制(zhi),同時包括機械、光學系統的(de)(de)協(xie)調控(kong)制(zhi);

  • 軟件(jian)(jian)部分:機械、光學系統的控(kong)制(zhi)軟件(jian)(jian)、計算機生成(cheng)非球(qiu)面(mian)測(ce)量(liang)用全息片(pian)的軟件(jian)(jian)。


非(fei)硅材料三(san)維微小型零(ling)件(jian)超精密加工技術的研究(jiu)


MEMS加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)技(ji)術主要(yao)有從半導(dao)體(ti)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)中發展起來(lai)的硅平(ping)面工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)和(he)體(ti)硅工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)。八(ba)十(shi)年代(dai)中期以后利用(yong)X射(she)線光刻、電鑄、及注塑(su)的LIGA技(ji)術誕生,形成(cheng)了 MEMS加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)的另一個(ge)體(ti)系。MEMS的加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)技(ji)術可包(bao)括硅表面加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)和(he)體(ti)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)的硅微(wei)細(xi)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)、LIGA加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)和(he)利用(yong)紫(zi)外光刻的準(zhun)LIGA加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)、微(wei)細(xi)電火花加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(EDM)、超(chao)聲波加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)、等離(li)子(zi)體(ti)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)、激(ji)光加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)、離(li)子(zi)束(shu)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)、電子(zi)束(shu)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)、立體(ti)光刻成(cheng)形等。


但(dan)是構成(cheng)這(zhe)些(xie)微(wei)(wei)(wei)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)機(ji)(ji)(ji)械(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)零件是各(ge)種(zhong)各(ge)樣而紛繁復(fu)雜的(de)(de)(de)(de)(de),要想使微(wei)(wei)(wei)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)機(ji)(ji)(ji)械(xie)性能真(zhen)正(zheng)(zheng)地過關并達到實(shi)用的(de)(de)(de)(de)(de)程度(du),必須(xu)要盡快(kuai)地提高微(wei)(wei)(wei)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)機(ji)(ji)(ji)械(xie)零件的(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)(yi)與(yu)設(she)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)水平。目前微(wei)(wei)(wei)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)機(ji)(ji)(ji)械(xie)零件的(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)(yi)最為(wei)成(cheng)熟的(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)術就是光刻,許多(duo)經典(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)(wei)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)機(ji)(ji)(ji)械(xie)零件制(zhi)(zhi)造(zao)的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)果,基本上都是采用光刻或(huo)電鑄(zhu)技(ji)(ji)術完成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)。然而這(zhe)些(xie)成(cheng)熟的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)藝(yi)(yi)方法(fa)所(suo)加(jia)工(gong)的(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)(wei)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)機(ji)(ji)(ji)械(xie)零件只(zhi)能是二維的(de)(de)(de)(de)(de)(或(huo)準三維),而實(shi)際(ji)真(zhen)正(zheng)(zheng)的(de)(de)(de)(de)(de)三維形狀零件用光刻技(ji)(ji)術是完成(cheng)不了的(de)(de)(de)(de)(de)。在(zai)(zai)(zai)微(wei)(wei)(wei)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)機(ji)(ji)(ji)械(xie)中,存(cun)在(zai)(zai)(zai)著(zhu)許多(duo)三維的(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)(wei)小(xiao)(xiao)零件,如(ru)微(wei)(wei)(wei)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)模具、直徑(jing)(jing)為(wei)70μm的(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)(wei)小(xiao)(xiao)螺紋、微(wei)(wei)(wei)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)齒條、直徑(jing)(jing)為(wei)50μm的(de)(de)(de)(de)(de)銷子、各(ge)段(duan)直徑(jing)(jing)分別為(wei)200μm、100μm、50μm的(de)(de)(de)(de)(de)階梯軸、外徑(jing)(jing)為(wei)300μm的(de)(de)(de)(de)(de)旋轉拋(pao)物(wu)面(mian)等(deng)(deng),這(zhe)些(xie)典(dian)(dian)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)三維微(wei)(wei)(wei)小(xiao)(xiao)零件的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong),不僅用光刻、三束加(jia)工(gong)等(deng)(deng)工(gong)藝(yi)(yi)方法(fa)實(shi)現(xian)不了,用傳統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)(ji)械(xie)制(zhi)(zhi)造(zao)系(xi)統(tong)(tong)也是不可能實(shi)現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)。因此,必須(xu)針對三維微(wei)(wei)(wei)小(xiao)(xiao)機(ji)(ji)(ji)器的(de)(de)(de)(de)(de)特點(dian),開發和(he)(he)研制(zhi)(zhi)微(wei)(wei)(wei)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)制(zhi)(zhi)造(zao)系(xi)統(tong)(tong),在(zai)(zai)(zai)這(zhe)種(zhong)新(xin)概(gai)念(nian)(nian)制(zhi)(zhi)造(zao)系(xi)統(tong)(tong)中實(shi)現(xian)微(wei)(wei)(wei)小(xiao)(xiao)機(ji)(ji)(ji)器零件的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)、檢測(ce)和(he)(he)裝(zhuang)配。由(you)微(wei)(wei)(wei)小(xiao)(xiao)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)設(she)備(bei)組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)造(zao)微(wei)(wei)(wei)小(xiao)(xiao)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)機(ji)(ji)(ji)器的(de)(de)(de)(de)(de)系(xi)統(tong)(tong)稱為(wei)微(wei)(wei)(wei)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)制(zhi)(zhi)造(zao)系(xi)統(tong)(tong),其中技(ji)(ji)術難題包括微(wei)(wei)(wei)小(xiao)(xiao)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)機(ji)(ji)(ji)器零件的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)、檢測(ce)和(he)(he)裝(zhuang)配等(deng)(deng),關于這(zhe)方面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)研究工(gong)作主要集(ji)中在(zai)(zai)(zai)日本和(he)(he)美國。日本在(zai)(zai)(zai)這(zhe)方面(mian)首(shou)先提出了微(wei)(wei)(wei)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)桌(zhuo)面(mian)工(gong)廠(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)概(gai)念(nian)(nian)。


但是加(jia)工(gong)(gong)(gong)微機(ji)(ji)械零(ling)件不(bu)一定非要用微型加(jia)工(gong)(gong)(gong)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang),例如(ru)加(jia)工(gong)(gong)(gong)儀表零(ling)件機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)特(te)點(dian)并不(bu)是其(qi)(qi)體(ti)積(ji)有多小,而是與普通機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)相(xiang)比精度較高。所以微機(ji)(ji)械零(ling)件的(de)機(ji)(ji)械加(jia)工(gong)(gong)(gong)設備的(de)最關鍵指標是機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)精度,況且一味地(di)追求(qiu)減小機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)體(ti)積(ji)只能加(jia)大成本(ben)。超精密加(jia)工(gong)(gong)(gong)技術由于其(qi)(qi)加(jia)工(gong)(gong)(gong)精度高、切(qie)削力小等特(te)點(dian),特(te)別適合(he)進行微機(ji)(ji)械零(ling)件的(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong),這(zhe)也將為(wei)微機(ji)(ji)械零(ling)件的(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)開辟了(le)一條(tiao)新的(de)途徑。


超精密加工技術的最大的需求是先進的武器裝備系統,軍事需求直接推動著超精密加工技術的發展。針對我國目前超精密加工技術領域的發展狀況,應根據國情加大對超精密加工工藝以及特種超精密加工設備的研究,并力圖降低超精密加工技術的成本,拓寬超精密加工技術的應用領域。