10.3.1　概述

1．超精密加工的概念

精密和超精密加工已经成为全球市场竞争取胜的关键技术，因为许多现代技术产品需要高精度制造。发展尖端技术、发展国防工业、发展微电子工业等都需要精密和超精密加工制造出来的仪器设备。当代的精密工程、微细工程和纳米技术是现代制造技术的前沿，也是明天制造技术的基础。

按加工精度和加工表面质量的不同，通常可以把机械加工分为一般加工（粗加工、半精加工和精加工）、精密加工和超精密加工。所谓超精密加工技术，并不是指某一特定的加工方法，也不是指比某一特定的加工精度高一个数量级的加工技术，而是指在一定的发展时期中，加工精度和加工表面质量达到最高水平的各种加工方法的总称。超精密的概念是相对的，是与某个时代的加工与测量水平密切相关的。例如，在20世纪50年代，能达到1μm级加工精度的加工技术就可称为超精密加工技术了；而今，一般把按照超稳定、超微量切除等原则实现加工尺寸误差和形状误差在0.1μm以下的加工技术，称为超精密加工技术。

在当今技术条件下，一般加工、精密加工、超精密加工的加工精度可以作如下的划分：

（1）一般加工。加工精度在1μm、表面粗糙度R_a在0.1μm以上的加工方法。

（2）精密加工。加工精度在0.1～1μm、表面粗糙度R_a在0.01～0.1μm之间的加工方法，如金刚车、精镗、精磨、研磨、珩磨等加工等。

（3）超精密加工。加工精度高于0.1μm、表面粗糙度小于0.01μm的加工方法。一般可分为以下四类：

1）超精密切削加工，如金刚石刀具超精密车削、微孔钻削等。

2）超精密磨料加工，如超精密磨削、超精密研磨等。

3）超精密特种加工，如电子束、离子束加工及光刻加工等。

4）超精密复合加工，如超声研磨、机械化学抛光等。

上述方法中，最具代表性的是超精密切削加工和超精密磨削加工。

2．发展超精密加工技术的重要性

现代机械制造业之所以要致力于提高加工精度，其主要的原因在于：可提高产品的性能和质量，提高其稳定性和可靠性；促进产品的小型化；增强零件的互换性，提高装配生产率，促进自动化装配。

超精密加工技术在尖端产品和现代化武器的制造中占有非常重要的地位。例如，导弹的命中精度是由惯性仪表的精度决定的，而惯性仪表的关键部件是陀螺仪。如果1吨重的陀螺转子，其质量中心偏离对称轴0.5nm，则会引起100m的射程误差和50m的轨道误差。美国民兵Ⅲ型洲际导弹系统陀螺仪的精度为0.03°～0.05°，其命中精度的圆概率误差为500m；而MX战略导弹（可装载10个核弹头）制导系统陀螺仪精度比民兵Ⅲ型导弹高出一个数量级，从而保证命中精度的圆概率误差只有50～150m。

人造卫星的仪表轴承是真空无润滑轴承，其孔和轴的表面粗糙度达到lnm，其圆度和圆柱度均以nm为单位。红外探测器中接收红外线的反射镜是红外导弹的关键性零件，其加工质量的好坏决定了导弹的命中率，要求反射镜表面的粗糙度达到R_a＜0.01～0.015μm。

再如，若将飞机发电机转子叶片的加工精度由60μm提高到12μm，而加工表面粗糙度由0.5μm减少到0.2μm，则发电机的压缩效率将从89%提高到94%。传动齿轮的齿形及齿距误差若能从目前的3～6μm降低到1μm，则单位齿轮箱重量所能传递的扭矩将提高近一倍。

计算机磁盘的存储量在很大程度上取决于磁头与磁盘之间的距离（即所谓“飞行高度”），目前已达到0.3μm，近期内可争取达到0.15μm。为了实现如此微小的“飞行高度”，要求加工出极其平坦、光滑的磁盘基片及涂层。

从上所述可以看出，只有采用超精密加工技术才能制造精密陀螺仪、精密雷达、超小型电子计算机及其他尖端产品。近十几年来，随着科学技术和人们生活水平的提高，精密和超精密加工不仅进入了国民经济和人民生活的各个领域，而且从单件小批量生产方式走向大批量的产品生产。在工业发达国家，已经改变了过去那种将精密机床放在后方车间仅用于加工工具、量具的陈规，已将精密机床搬到前方车间直接用于产品零件的加工。