超精密機床研究現(xiàn)狀與展望

梁迎春，陳國達，孫雅洲，陳家軒，陳萬群，于 楠

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)精密工程研究所，150001哈爾濱;2.克蘭菲爾德大學(xué)精密工程研究所，MK43 0AL貝德福德)

超精密加工技術(shù)在國防建設(shè)與國民經(jīng)濟發(fā)展中具有不可替代的作用，它是現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭的重要支撐技術(shù)，也是現(xiàn)代基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要保障.超精密加工技術(shù)在航空航天、精密儀器、軍事工業(yè)、光學(xué)與電通訊、新能源等眾多高技術(shù)領(lǐng)域日益發(fā)揮著巨大作用，與《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中制定的多個重大專項如“載人航天與探月工程”、“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”等直接相關(guān)，它是國家若干重大科技專項實施的技術(shù)基礎(chǔ).從某種意義上說，超精密加工技術(shù)是衡量一個國家科技實力的重要標(biāo)志之一［1-8］.超精密機床是實現(xiàn)超精密加工的關(guān)鍵載體，它直接決定了零件加工的精度、效率和可靠性.多年來，世界各國均十分重視發(fā)展超精密機床及其加工技術(shù)，無論在軍用還是民用領(lǐng)域，都取得了長足發(fā)展，達到了很高的水平.由于超精密機床的重要性和特殊性，發(fā)達國家長期對我國進行技術(shù)封鎖，因此研究和發(fā)展超精密機床對我國科技和工業(yè)的發(fā)展而言既具有重要的現(xiàn)實意義，也是必由之路.

近年來，我國在超精密機床的研發(fā)中作了大量努力，取得了一定進展，但是無論在性能穩(wěn)定性和可靠性，還是在精度水平上與國外先進水平還有一定差距［9］.盡管如此，我國已經(jīng)在國家政策、戰(zhàn)略規(guī)劃層面制定了相應(yīng)的發(fā)展措施，經(jīng)濟投入也在不斷加大，有關(guān)研究單位進行深入研究，與國外的技術(shù)差距并沒有快速擴大，而是呈現(xiàn)縮小趨勢.

本文對國內(nèi)外超精密機床研究現(xiàn)狀和進展進行綜述，介紹了我國在理論和技術(shù)實踐上的最新成果，分析我國在超精密機床研究領(lǐng)域存在的主要問題以及與國外的差距，對超精密機床技術(shù)發(fā)展趨勢進行展望，提出我國本領(lǐng)域基礎(chǔ)研究、技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略與對策，以供同行交流.

1 國外超精密機床研究現(xiàn)狀

超精密加工技術(shù)是指尺寸精度和形位精度優(yōu)于亞微米級，表面粗糙度(Ra)為納米級的加工技術(shù).實際上，超精密的概念既與加工尺寸、形狀精度及表面質(zhì)量的具體指標(biāo)有關(guān)，又與在一定技術(shù)條件下實現(xiàn)該指標(biāo)的難易程度有關(guān)，因此它是與時俱進的.產(chǎn)品的精度越高，其在使用壽命、耗能、環(huán)境友好方面的性能就越好［8-9］.超精密機床作為生產(chǎn)母機，在提高精密產(chǎn)品的精度和質(zhì)量方面具有重要作用.

當(dāng)前，超精密加工技術(shù)處于國際領(lǐng)先地位的主要有美國、英國和日本等，為此他們都曾設(shè)有專門研究機構(gòu)，制定專門的研究計劃，如20世紀(jì)80年代美國制定面向超精密機床研究的 POMA (point one micrometer accuracy)計劃［2］.在超精密機床的研制方面，除美國、英國和日本外，德國、瑞士、荷蘭和韓國也比較先進.俄羅斯、烏克蘭、捷克和法國等歐洲國家也具有不錯的技術(shù)水平，但是國際主流市場和國際公開文獻中少有他們在該方面的介紹或成熟商品.

在工業(yè)界，美國Moore和Precitech等公司，日本Fanuc和Toshiba等公司，德國Kugler公司，英國Tayler/Hobson-Pneumo公司和源于Cranfield大學(xué)精密工程研究所的Cranfield Precision公司、Loxham Precision公司等都研制了多種高端超精密機床，并有成熟的商品化產(chǎn)品.但是，由于超精密機床對國防與高科技領(lǐng)域的重要性和特殊性，上述公司和所在國政府嚴(yán)格控制核心技術(shù)的輸出.

美國是世界上最早研究超精密加工技術(shù)和機床的國家，在20世紀(jì)60年代初就已開發(fā)了單點金剛石刀具切削技術(shù)及相應(yīng)的超精密機床，以應(yīng)對國防航天領(lǐng)域尖端技術(shù)的需要.美國一直在該領(lǐng)域保持領(lǐng)先.不僅有典型的中小型超精密機床，還有大型超精密機床.該領(lǐng)域研究機構(gòu)的典型代表是勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(lawrence livermore national laboratory，LLNL)，該機構(gòu)自20世紀(jì)60年代開始研制超精密車削機床，于1965年和1970年分別研制成功DTM-1和DTM-2型超精密金剛石車床，在1983、1984年間先后研制成功 DTM-3和 LODTM(large optics diamond turning machine)大型超精密金剛石車床［5］. LODTM機床最大可加工直徑1.65 m、高0.5 m、質(zhì)量1 360 kg的工件，其加工精度可達28 nm，主要加工激光核聚變所需的零件和大型天體反射鏡等［10］.圖1所示即為LODTM超精密機床及其典型加工樣件.

圖1 大型光學(xué)金剛石車床(LODTM)及其加工樣件［10］

LLNL還針對美國大型慣性約束激光核聚變工程項目國家點火裝置(national ignition facility，NIF)中終端光學(xué)組件的晶體加工需要研制了部分超精密加工機床.如用于連續(xù)相位板(continuous phase plates，CPP)加工的七軸Q22-950自由曲面磁流變加工機床，該機床也是世界上最精密的磁流變加工機床，可加工范圍達1 200 mm×900 mm，針對面積為430 mm×430 mm的熔融石英基片工件加工面形精度PV值達3.4 μm.光學(xué)組件中頻率轉(zhuǎn)換晶體 KDP (potassium dihydrogen phosphate)是一種具有軟脆、易潮解等特征的難加工材料，針對420 mm× 420 mm×12 mm的工件需要滿足平面度值2 μm、RMS粗糙度值0.7 nm和RMS功率譜密度值1.8 nm的表面加工要求.為滿足KDP晶體的這種極高加工要求，LLNL研制了大型KDP超精密飛切機床，如圖2所示.

圖2 LLNL研制的大型KDP超精密飛切機床

美國LLNL實驗室目前正在開發(fā)下一代超精密機床 POGAL(precision optical grinder and lathe)，在設(shè)計中他們借鑒了在超精密金剛石車削設(shè)備研制中取得的先進經(jīng)驗，如采用基于低熱膨脹系數(shù)材料構(gòu)造的獨立測量框架，精密的溫度控制系統(tǒng)，對刀具和工件回路進行實時檢測和補償?shù)?該機床采用液體靜壓軸承或多孔質(zhì)陶瓷材料空氣軸承提高主軸的剛度、負(fù)載能力和阻尼特性，其主軸的軸向、徑向精度設(shè)計技術(shù)指標(biāo)為50 nm.圖3所示為POGAL機床的結(jié)構(gòu)［11］.

圖3 POGAL機床結(jié)構(gòu)［11］

美國Moore公司的Nanotech系列和Precitech公司的Nanoform系列超精密機床基本代表了當(dāng)今商品化超精密機床的技術(shù)水平和發(fā)展趨勢［2］.圖4所示為Moore公司生產(chǎn)的Nanotech 500FG機床，該機床是典型的多功能超精密機床，通過多種選擇功能可以實現(xiàn)車削、銑削、磨削等加工模式，通過五坐標(biāo)聯(lián)動控制結(jié)合快慢速伺服驅(qū)動技術(shù)、在線檢測可以實現(xiàn)對自由曲面的多種模式的超精密切削及磨削加工［12-13］.圖5、圖6所示分別為Precitech公司 2013年先后推出的新產(chǎn)品Nanoform X和Nanoform L1000超精密機床［14-15］.他們主要為提高針對金剛石車削、銑削和磨削(后者還側(cè)重確定性微磨)的生產(chǎn)效率和靈活性而設(shè)計，主要加工對象為光學(xué)鏡頭、平面鏡、精密機械零件等，機床可擴展至三軸或四軸用于加工球面、非球面和自由曲面，采用振動隔離技術(shù). Nanoform X機床的車削加工可達Ra＜1 nm，面形精度PV值＜0.1 μm，最大可加工工件直徑為440 mm，X和Z向的直線液體靜壓導(dǎo)軌行程均為220 mm，其可編程直線分辨率達0.01 nm，角度分辨率達0.000 000 1°.該機床還擁有獨特的內(nèi)部隔間設(shè)計來改善切屑牽制性(見圖5).Nanoform L1000機床的車削加工可達Ra＜1.25 nm，面形精度PV值＜0.125 μm，最大可加工工件直徑為1 m，X和Z向的直線靜壓導(dǎo)軌行程分別為500 mm和300 mm.該機床還擁有606 mm的Z軸工裝板，能夠容納多種刀具、檢測裝置及銑磨主軸(見圖6右上).

英國是較早從事超精密加工技術(shù)研究的國家之一，Cranfield大學(xué)是該國超精密加工技術(shù)水平的代表［5］.1972年研制成功大型金剛石車床(如圖7左)，用于加工Rosat X射線太空望遠鏡光學(xué)元件.1989年研制成功OAGM2500大型非球面超精密磨床(如圖7右)，該機床最大加工工件為2.5 m×2.5 m×0.61 m，可達1 μm的平面加工精度和2.5 μm的離軸非球面加工精度［2］.1991年研制成功Nanocentre超精密機床，它具有很高的金剛石切削和剪切模式磨削性能［16］.

圖4 Moore公司的Nanotech 500FG機床

圖5 Precitech公司的Nanoform X機床［14］

圖6 Precitech公司的Nanoform L1000機床［15］

圖7 Cranfield大學(xué)研制的大型金剛石車床和OAGM2500磨床

OAGM2500機床與LLNL研制的DTM-3和LODTM是世界公認(rèn)的最高加工精度水平的大型超精密機床.但是，該機床的設(shè)計理念主要源于金剛石車床，其切削力和動態(tài)剛度比較有限而影響了材料去除率，在高頻和大磨削力狀態(tài)下由于機床的運動質(zhì)量較大而導(dǎo)致磨粒切入深度的控制水平極其有限，故而隨高材料去除率所帶來的高亞表面損傷深度限制了其加工有效性.為了提高磨削大自由曲面玻璃或陶瓷材料的生產(chǎn)效率，在2006年Cranfield大學(xué)和Loxham Precision公司研制出名為Big OptiX(BOX)的新一代大型超精密磨床，該機床制造的應(yīng)用背景就在于歐洲超大望遠鏡所需的鏡片加工.當(dāng)時是原型機床，至今仍在進行改進并向商業(yè)化推進.該磨床采用了一種新的設(shè)計理念，即優(yōu)先考慮大載荷條件下磨粒切入深度的動態(tài)控制需要，使得對大尺寸玻璃、陶瓷部件的復(fù)雜形狀、低陡度自由曲面的高精度磨削過程中，能獲得極低的亞表面損傷.該機床結(jié)構(gòu)如圖8所示，設(shè)計中盡量減少結(jié)構(gòu)環(huán)中運動部件的重量和結(jié)合部的數(shù)目，以機床的一階固有頻率高于工作頻率的3倍為設(shè)計目標(biāo)，采用少軸驅(qū)動(三軸)來實現(xiàn)需要四軸或五軸驅(qū)動機床加工自由曲面的方案來提高靜、動態(tài)剛度和獲得高的材料去除率.該機床的直線運動分辨率為1 nm，旋轉(zhuǎn)運動分辨率為0.01″，一階固有頻率高于100 Hz，可用于加工1～2 m直徑的自由曲面光學(xué)玻璃或陶瓷材料，加工面形精度達1 μm［17-21］.2012年，Cranfield大學(xué)和Loxham Precision公司又面向微結(jié)構(gòu)和微小零件制造研制成低能耗的Integ-μ4六軸新型超精密機床，如圖9所示，該機床采用新型的緊湊型箱式結(jié)構(gòu)，使用輕質(zhì)材料，集合金剛石車削、銑削、鉆削、磨削等加工模式于一體，且?guī)в性诰€檢測、誤差補償、自動刀具更換等功能，在線檢測功能和部分加工模式如圖10所示.該機床采用了自行研發(fā)的多孔陶瓷線性空氣軸承技術(shù)，具有1 nm的直線運動分辨率和＜1×10-8rad的旋轉(zhuǎn)運動分辨率，擁有極高的動態(tài)剛度，能加工各種復(fù)雜形狀的軟硬材料，最大加工工件為50 mm× 50 mm×50 mm，具有亞微米的加工精度［22］.

圖8 BOX磨床結(jié)構(gòu)［17］

圖9 Integ-μ4超精密機床

圖10 Integ-μ4超精密機床的在線檢測功能和部分加工模式

英國 Brunel大學(xué)在歐盟第六框架項目MASMICRO的支持下研制了一臺面向微小型零件和微結(jié)構(gòu)加工的小型超精密銑床Ultramill.他們提出一種整體綜合性的動力學(xué)設(shè)計和仿真方法，用于設(shè)計初期階段機床動態(tài)性能的分析和優(yōu)化.在動力學(xué)建模和仿真中考慮了機床結(jié)構(gòu)、運動部件、控制系統(tǒng)和加工過程等多個方面.該機床的直線軸運動精度小于1 μm，轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)精度小于1″，另一旋轉(zhuǎn)軸運動精度＜10″，主軸和直線導(dǎo)軌均采用空氣軸承技術(shù).基于金剛石刀具的微槽加工可獲得10 nm的表面粗糙度和0.28 μm/40 mm的微槽直線度［23-26］.

日本超精密加工技術(shù)與機床的研究相對美國、英國來說雖起步較晚，在20世紀(jì)70年代中期才開始，但是發(fā)展很快，且它的研究重點主要在民品應(yīng)用，目前在中小型超精密機床生產(chǎn)上，已基本與美國并駕齊驅(qū).多功能和高效專用超精密機床在日本發(fā)展較好，促進了日本微電子和家電工業(yè)的發(fā)展［5］.日本東京工業(yè)大學(xué)精密工程研究所是研究超精密加工技術(shù)與裝備的知名機構(gòu)，2008年研制成功一臺名為ANGEL的三軸超精密機床，其結(jié)構(gòu)和設(shè)計理念如圖11所示.該機床采用完全對稱型的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并以減小阿貝誤差、運動誤差和熱誤差為設(shè)計原則.采用新型的氣浮平臺實現(xiàn)X和Y軸運動，Z軸采用氣體靜壓軸承技術(shù)，三軸均實現(xiàn)了納米級控制.該機床采用了主動振動隔離系統(tǒng)和Z軸的非接觸式重力補償裝置.最大可加工工件為230 mm×230 mm×70 mm，可實現(xiàn)20 nm的臺階加工［27-28］.日本生產(chǎn)商業(yè)超精密機床的公司主要有Fanuc、東芝機械、豐田工機、不二越等公司.典型的超精密機床代表為Fanuc公司生產(chǎn)的ROBONANO α-0iB五軸超精密機床，集成了Fanuc多項納米控制技術(shù)于一體［29］.該機床主軸采用空氣軸承，回轉(zhuǎn)精度為0.05 μm，工作臺上回轉(zhuǎn)臺的B軸和銑削主軸傾斜的C軸均可實現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，分辨率為0.000 01°.該機床裝備特有的往復(fù)運動單元，能超精密高效地加工各種微細溝槽，表面粗糙度達2.36 nm.改進所用刀具和輸入控制信號還能高效加工自由曲面.該機床及其布局、自由曲面加工示例如圖12所示.

圖11 ANGEL超精密機床及其設(shè)計理念［27］

圖12 Robo-nano α-0iB機床運動軸的布局及加工的自由曲面［29］

2004年，日本學(xué)者Narita等人提出面向未來的機床(future oriented machine tools，F(xiàn)OMT)創(chuàng)新理念以用于智能制造，主要包括4個功能模塊，分別是管理、預(yù)測、監(jiān)視和決策，其概念如圖13所示.該類機床在制造系統(tǒng)中的設(shè)計、生產(chǎn)規(guī)劃、加工過程和加工后4個階段都有重要參與［30］.2006年，日本學(xué)者Mishima研究了一種基于成形理論和田口方法的機床設(shè)計思路，在其中考慮了機床變形因素［31］.

圖13 FOMT的理念［30］

德國在超精密加工與機床研究方面也表現(xiàn)不俗，典型的研究機構(gòu)和公司有德國弗勞恩霍夫制造技術(shù)研究所(Fraunhofer IPT)、亞琛工業(yè)大學(xué)、Bremen大學(xué)、Kugler公司等.圖14所示為IPT開發(fā)的三軸超精密機床，主軸采用氣體靜壓軸承和螺旋槽的復(fù)合設(shè)計，驅(qū)動進給系統(tǒng)采用摩擦驅(qū)動機構(gòu)［13］.IPT還基于緊湊型的設(shè)計原則開發(fā)了三軸微銑削機床和五軸磨床，如圖15所示.緊湊型的設(shè)計并非使功能部件小型化，而是將功能部件置于一個更小的空間，通過縮小機床總體尺寸以降低熱誤差和阿貝誤差等誤差因素，這樣的設(shè)計同時可以具有高剛度和高精度［32］.Kugler公司在微細加工超精密機床、飛切銑床和模輥車床的開發(fā)方面具有很高的水平，圖16所示為該公司2012年推出的MICROMASTER 5X五軸超精密機床及其部分微細加工示例［33］.

韓國機械材料研究所(Korea Institute of Machinery＆Materials，KIMM)在2008年研制成一臺能實現(xiàn)大面積微結(jié)構(gòu)加工的多功能超精密機床，如圖17所示，該機床能夠在400 mm×400 mm的面積上加工出5 μm的溝槽陣列.實現(xiàn)了在大面積上加工微結(jié)構(gòu)在機床各運動軸都具有較高的運動精度和良好的熱穩(wěn)定性［34］.

圖14 德國IPT開發(fā)的三軸超精密機床［13］

圖15 德國IPT開發(fā)的三軸微銑床(左)和五軸磨床(右)［32］

圖16 Kugler公司的MICROMASTER 5X機床及加工示例［33］

圖17 KIMM研制的超精密機床［34］

然而，大部分的超精密機床尚處于研發(fā)階段，并沒有廣泛地實現(xiàn)商業(yè)化，而且其加工質(zhì)量仍然受困于剛度問題.典型超精密機床的5個子系統(tǒng)(機械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動、刀具與主軸、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng))間的關(guān)系決定了機床性能，進而決定加工質(zhì)量，因此如何在機床整體設(shè)計中合理安排子系統(tǒng)的關(guān)系，成為超精密機床研發(fā)的重點.

2 國內(nèi)超精密機床研究現(xiàn)狀

我國于20世紀(jì)80年代初才開始超精密加工技術(shù)與機床方面的研究，起步較晚，近30年來，經(jīng)過政府和相關(guān)研究單位的努力，取得了很大進步，某些方面達到了世界先進水平，如目前已經(jīng)成功研制出回轉(zhuǎn)精度達0.025 μm的超精密軸系，并裝備到超精密車床和銑床，解決了長期以來由于國外技術(shù)封鎖給超精密機床開發(fā)帶來的巨大阻力.但是，與國外發(fā)達國家相比，總體上還有不小的差距.我國雖已是機床制造大國，但是大量生產(chǎn)的還是普通精度級的機床，亞微米級精度以上的超精密機床尚未進入工業(yè)化生產(chǎn)，個別機床僅為實驗室專用設(shè)備.近年來，國內(nèi)已研制出多臺超精密機床，但不論是性能穩(wěn)定性、可靠性和功能完備性，還是在精度指標(biāo)上都與國外商品有一定的差距［7-9］.

目前，我國研究和開發(fā)超精密機床的單位主要有:北京機床研究所，北京航空精密機械研究所，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，天津大學(xué)等.北京機床研究所研制出多種不同類型的超精密機床，如NAM-800機床.北京航空精密機械研究所在超精密主軸等方面進行了深入研究，研制出Nanosys-300非球面曲面超精密復(fù)合加工機床［3-9］.

哈爾濱工業(yè)大學(xué)精密工程研究所是國內(nèi)率先研發(fā)超精密機床的單位之一，HCM-1亞微米超精密車床是其研發(fā)的首臺超精密機床(如圖18左).該機床主軸采用玉石材料超精密氣體靜壓軸承作支撐，雙向?qū)к壊捎没◢弾r材料的超精密氣體靜壓導(dǎo)軌，位置測量采用了雙頻激光干涉儀，同時還開發(fā)了輔助的超精密溫度控制系統(tǒng)和超精密振動控制系統(tǒng).在突破了多項關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制出了我國第一臺大型非球曲面光學(xué)零件超精密機床(如圖18右)，打破了該領(lǐng)域國外的技術(shù)封鎖，可以實現(xiàn)最大圓周直徑為1 200 mm的光學(xué)零件加工.為滿足大型激光核聚變工程中大尺寸KDP晶體超精密加工的需要，研制成功我國第一臺KDP晶體超精密加工專用銑床，并不斷改進，形成系列化KDP晶體超精密加工機床如圖19所示，該類機床加工可達2 μm的面形精度和4 nm的表面粗糙度.為了滿足微小零件與微結(jié)構(gòu)加工的需要，先后研制成功了臥式三軸聯(lián)動精密微細銑床、立式三軸聯(lián)動精密微細銑床、臥式超精密微細加工車床、五軸聯(lián)動微細加工超精密機床等多臺精密超精密微細加工設(shè)備［35］，部分機床如圖20所示.

圖18 哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的HCM－1超精密機床和大型立式超精密機床

圖19 哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的系列KDP晶體專用超精密機床

圖20 哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的部分微細加工機床

哈爾濱工業(yè)大學(xué)李天箭等人提出了超精密機床多尺度集成設(shè)計方法，以宏觀尺度、介觀尺度、微觀尺度來區(qū)分機械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動部件和控制系統(tǒng)等，建立了多尺度集成設(shè)計模型，并以動導(dǎo)軌微結(jié)構(gòu)設(shè)計對超精密機床宏觀動態(tài)性能的影響為例說明機床設(shè)計時采用多尺度方法的必要性和重要性［36］.

哈爾濱工業(yè)大學(xué)梁迎春教授團隊多年來潛心研究超精密機床設(shè)計理論并應(yīng)用于實踐，取得了一定進展.根據(jù)KDP晶體的加工要求，提出了用于KDP晶體超精密加工機床的設(shè)計原則，并從動力學(xué)角度出發(fā)對不同構(gòu)型的機床進行了比較，得到了合適的機床構(gòu)型，并運用動力學(xué)仿真、表面形貌預(yù)測等手段對機床的加工性能進行預(yù)測，獲得了合理的機床設(shè)計參數(shù)，為超精密機床的設(shè)計提供了理論指導(dǎo)依據(jù)，并采用實驗方法進行了驗證［37-40］.根據(jù)機械設(shè)計原則、機械動力學(xué)及切削原理，并結(jié)合流體力學(xué)建立氣體液體靜壓主軸專家設(shè)計系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了主軸軸承類型的選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計、參數(shù)優(yōu)化以及切削穩(wěn)定性預(yù)測，大大縮短了氣體液體靜壓主軸的設(shè)計周期，并采用系統(tǒng)設(shè)計降低了設(shè)計難度.采用該系統(tǒng)設(shè)計的用于KDP晶體加工的液體靜壓主軸驗證了該設(shè)計系統(tǒng)的有效性［41-42］.考慮到機床誤差的隨機性，提出了一種基于蒙特卡洛方法的機床體誤差分析方法，可為誤差補償和加工工藝規(guī)劃乃至機床設(shè)計提供更充分的誤差信息［43］.為解決現(xiàn)有超精密飛切機床的設(shè)計沒有考慮工件表面頻域誤差要求的問題，提出一種基于頻域誤差分配的超精密飛切機床精度設(shè)計方法，其示意圖如圖21所示，提高了加工適應(yīng)性，可應(yīng)用于大型KDP晶體超精密加工機床，提高KDP晶體應(yīng)用于激光核聚變工程中終端光學(xué)組件的可靠性［44］.面向五軸超精密機床的設(shè)計制造方法進行了五軸超精密機床的體誤差建模和敏感度分析，針對特定刀具軌跡下不同位置進行體誤差敏感度分析，共分析了37項誤差元對體誤差的影響.研究結(jié)果可為基于給定工件加工要求的超精密機床設(shè)計方法研究提供理論支持［45-46］.此外，該團隊還對超精密機床的動態(tài)精度設(shè)計理論，機床內(nèi)外環(huán)境多因素耦合設(shè)計理論等展開研究，以期應(yīng)用于未來的超精密機床設(shè)計與制造之中.

圖21 基于頻域誤差分配的超精密飛切機床精度設(shè)計方法［44］

3 超精密機床領(lǐng)域發(fā)展趨勢

超精密機床技術(shù)的發(fā)展趨勢總體上向極端化、智能化、綠色化、服務(wù)化方向發(fā)展.極端化是指機床的研制向極限制造技術(shù)方面發(fā)展，如更高精度、更高性能和效率、極限尺度加工、面向極端環(huán)境等.智能化是指機床無論在硬件還是軟件上的功能具備智能化和信息化特征，如在工況感知、性能預(yù)測、工藝規(guī)劃、伺服驅(qū)動、系統(tǒng)控制與維護等方面.綠色化是指在機床從設(shè)計、制造、運輸、使用、維護以及報廢過程的全生命周期中綜合考慮環(huán)境影響和資源效益，實現(xiàn)環(huán)境友好和資源效益的最佳化.這里面需要考慮多項相關(guān)技術(shù)，如設(shè)計、制造、材料等的綠色化技術(shù).服務(wù)化是指制造商和專業(yè)服務(wù)商逐漸重視售后服務(wù)支撐技術(shù)的開發(fā)，必要時實施遠程的在線服務(wù)，服務(wù)功能趨向集成化、信息化.需要指出，極端化、智能化、綠色化、服務(wù)化并非完全獨立，而是具有相互融合性.

從超精密機床的常規(guī)加工精度看，面形精度將從亞微米級精度(0.3～0.9 μm)向深亞微米級精度(＜0.3～0.9 μm)發(fā)展，表面粗糙度從納米級精度(1～90 nm)向亞納米級精度(0.1～0.9 nm)發(fā)展.

超精密機床的發(fā)展還可以具體歸納為向高精度、高可靠性、高效率、小體積、低成本、低能耗等方向發(fā)展.但是需要指出的是，超精密機床應(yīng)用范圍不如普通精密機床廣泛，前者主要是面向尖端科技領(lǐng)域，對其而言，精度、可靠性和效率的保證是主要目標(biāo)，其他方面諸如成本、能耗、體積等目標(biāo)的最優(yōu)實現(xiàn)是次要目標(biāo).因此，在超精密機床的總體發(fā)展趨勢中，極端化的重要性要高于智能化、綠色化、服務(wù)化.下面從前文所述的機床發(fā)展史和當(dāng)前世界級的項目對超精密加工提出的要求來具體闡述，同時也是對超精密機床總體發(fā)展趨勢的一個佐證.

Cranfield大學(xué)分別在1989年和2006年研制出兩臺功能相近的機床，OAGM2500和BOX機床.他們同屬大型光學(xué)元件加工的超精密機床，然而在結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能性和研發(fā)成本方面都有很大的不同.OAGM2500是針對Keck望遠鏡(20世紀(jì)世界上最大的望遠鏡)的鏡面加工而設(shè)計，總共投入180萬英鎊(1989年)，整機質(zhì)量為120 t.而具備相似生產(chǎn)能力的BOX機床是基于EELT(歐洲超大望遠鏡，預(yù)計在2020年成為世界上最大的地面望遠鏡)項目，其總投入只有150萬英鎊(2013年)，整機重量降低至15噸，而且加工對象范圍大幅度提高，可加工涵蓋 KDP、ULE、Zerodur、SiC等多種材料的光學(xué)元件.這是通過采用人造花崗巖作為床身材料，以及對大量先進的機床零部件的采用(如直線電機、迷你激光干涉儀、空氣軸承LVDT探針等)而實現(xiàn)的.總體上講，超精密機床在繼續(xù)追求精度提升的同時，也在努力加強結(jié)構(gòu)緊湊性，降低成本和能耗，提高通用性和可靠性，即在追求極端化的前提下追求智能化和綠色化.

過去的20年里，在精密微小零件和微結(jié)構(gòu)加工方面，很多研究項目致力于研發(fā)微小型機床.傳統(tǒng)的超精密金剛石車床如Precitech Freeform 700和Moore Nanotech 350FG，成本高而適應(yīng)性有限，限制了其經(jīng)濟實用性.工業(yè)化微銑削精密機床如Kuglar MicroMaster MM2等，雖然應(yīng)用廣泛，但是受制于位置精度，且占用體積大.微小型機床的優(yōu)勢是占用體積小，能耗低，局部環(huán)境容易控制，機動性強，具有很高的成本效率比.基于上述發(fā)展趨勢，Cranfield從2008年開始研發(fā)Integ-μ4機床，其目標(biāo)是將車、銑、鉆、磨的功能結(jié)合，且自動化地實現(xiàn)從車削到銑削的無縫轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)功能復(fù)合化和高效化，其整機尺寸和歐洲標(biāo)準(zhǔn)的洗衣機相當(dāng)，具有小體積和低能耗特點.

超精密加工技術(shù)最終是要解決人類科研和工程領(lǐng)域的重大難題，因此超精密機床的發(fā)展方向始終要面向世界性前沿科學(xué)項目，例如超大望遠鏡EELT、激光核聚變工程NIF(我國的SG系列)、極紫外光刻機EUVL等.以EELT為例，其主鏡直徑近40 m，需要加工子孔徑為1.45 m的鏡面達798塊.上世紀(jì)90年代，Keck望遠鏡中每塊子鏡的平均加工時間為一個月，以此速度來制造EELT，到2020年其主鏡部分的加工仍很難完成.針對該問題，正如前文所述，BOX機床的研發(fā)應(yīng)運而生，同時Cranfield大學(xué)Paul Shore教授提出了一套針對大型鏡面加工的工藝鏈:第一步，運用BOX磨床進行磨削，得到1 μm的RMS面形精度;第二步，運用 Zeeko IRP1600設(shè)備拋光，將RMS面形誤差降低至0.01～0.3 μm;第三步，運用Cranfield與美國RAPT公司開發(fā)的Helios1200等離子體技術(shù)進行表面矯正，最終得到RMS面形誤差為10 nm的超光滑表面.從中可以看出，高效、高質(zhì)、高可靠等已經(jīng)是超精密機床和相應(yīng)工藝發(fā)展的重要特征，這也是應(yīng)對當(dāng)前和未來重大科學(xué)和工程項目挑戰(zhàn)的必然選擇.

從機床部件和系統(tǒng)發(fā)展來看，機床的基座需要具備高剛度、高穩(wěn)定性和低熱膨脹系數(shù)等特點，其制造方式將從當(dāng)前的鑄造向數(shù)字化制造發(fā)展.機床導(dǎo)軌的研磨從當(dāng)前的手工研磨、刮研、拋光向自動化研磨轉(zhuǎn)變，并將利用實時補償?shù)妮S承裝置，導(dǎo)軌運動精度將會不斷提高，其穩(wěn)定性和可靠性也會繼續(xù)提高，穩(wěn)定的直線度將小于0.1 μm/m.直線和旋轉(zhuǎn)軸承需要保證高剛度、優(yōu)阻尼、無粘滯，將從當(dāng)前的滾動、氣體靜壓、液體靜壓、電磁軸承向具有主動補償功能的氣(油)流體膜軸承和超導(dǎo)電磁軸承發(fā)展.位置反饋裝置采用2D和3D線性編碼器與電磁軸承配合使用.在機床傳感器方面，傳感器和位置反饋裝置將趨向使用無線技術(shù)和系統(tǒng).在機床的校準(zhǔn)和測量裝置中，具備自我校準(zhǔn)功能，集成數(shù)據(jù)分析軟件，硬件系統(tǒng)采用USB連接.

此外，作為提高超精密機床精度的兩種基本方法之一的誤差補償及其相關(guān)支撐技術(shù)也是一個具體的發(fā)展點，盡管其對超精密機床精度的提高作用有限，但是其對機床精度的小幅提高和穩(wěn)定性保持仍具重要意義，這也是智能化發(fā)展的需要.對此領(lǐng)域已有大量的研究［47-49］，但是受限于誤差測量辨識、控制等原因，在工業(yè)中的真正廣泛應(yīng)用還不多，未來的發(fā)展主要圍繞動態(tài)誤差補償問題，追求實時性、復(fù)合性、高效性，如實時補償器研制、復(fù)合誤差建模和補償、考慮溫度變化的機床誤差高效測量等.

4 我國與國際發(fā)展水平的差距以及基礎(chǔ)研究、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策

目前，在超精密機床技術(shù)研發(fā)上具有領(lǐng)先地位的主要是美國、英國、日本、德國等國家，典型的研發(fā)機構(gòu)代表是美國的 LLNL實驗室和英國Cranfield大學(xué)的精密工程研究所.這些發(fā)達國家的工業(yè)界在該領(lǐng)域也保持巨大優(yōu)勢，發(fā)展也非常迅速，典型代表如美國的Moore公司和Precitech公司，已占據(jù)了眾多高端市場.他們不但在整體水平上與我國拉開差距，更重要的是在基礎(chǔ)技術(shù)研究水平上也高度領(lǐng)先.我國在超精密機床領(lǐng)域，尚未形成產(chǎn)業(yè)化，個別機床僅為實驗室專用.我國超精密機床存在的突出問題可以概括為:自主開發(fā)能力薄弱，對外依存度高，專業(yè)化的配套體系尚未形成，功能部件發(fā)展滯后，產(chǎn)品自動化水平低，可靠性、精度保持性差，機床的軟件系統(tǒng)開發(fā)能力有限，相關(guān)服務(wù)業(yè)發(fā)展緩慢，沒有形成科學(xué)性的發(fā)展思路.

超精密機床設(shè)計時需要綜合考慮在宏觀、介觀和微觀等多尺度、多因素情況下的性能分析與優(yōu)化.我國目前的超精密機床設(shè)計往往只針對具體應(yīng)用的精度需求，先進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局設(shè)計與分析，缺少部件間動態(tài)綜合、整體系統(tǒng)的無縫解析和系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計.往往是“具體應(yīng)用-經(jīng)驗驅(qū)動”，尚無任何機床系統(tǒng)集成設(shè)計理論體系和方法.國內(nèi)外公開文獻中，很少具體涉及超精密機床的系統(tǒng)集成設(shè)計理論與方法，部分原因在于發(fā)達國家對本領(lǐng)域的技術(shù)保密和封鎖.因此，我國需認(rèn)清形勢，加大投入進行自主研究，以求在超精密機床的設(shè)計理論和研發(fā)水平上縮短與國際本領(lǐng)域最高水平之間的差距.

在超精密機床領(lǐng)域，我國需建立長期可持續(xù)發(fā)展的科研體系，建立穩(wěn)定的科研基地(如國家和省部級重點實驗室、國家和省部級工程實驗中心)，大力引進高端人才.我國迫切需要提高基礎(chǔ)技術(shù)方面的研發(fā)水平，推進產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)學(xué)研建設(shè)，以重大裝備和高端裝備的發(fā)展引領(lǐng)本領(lǐng)域全面發(fā)展.例如，利用國家重大科學(xué)工程(如激光核聚變工程、光刻機)等尖端科技項目來促進超精密機床技術(shù)及其相關(guān)理論的發(fā)展，培養(yǎng)高質(zhì)量的科研隊伍，保證人才和技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展，提高解決重大關(guān)鍵科學(xué)問題的能力.大力培育新興技術(shù)，包括在機床產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量和服務(wù)支撐技術(shù)，提高自主創(chuàng)新能力，逐步建立我國超精密機床及其專用設(shè)備的研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化基地，形成產(chǎn)業(yè)化能力和商品化系列，實現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展.

研究和發(fā)展的重點應(yīng)集中在超精密機床的設(shè)計、制造、控制、檢測和工藝實驗等方面:

1)超精密機床設(shè)計理論與方法.

(1)超精密機床系統(tǒng)建模及優(yōu)化設(shè)計理論與方法;(2)超精密機床的多尺度、多層次耦合特性分析及模型解析;(3)超精密機床精度設(shè)計理論與多因素影響機制;(4)超精密機床環(huán)境設(shè)計理論與方法.

2)控制系統(tǒng)設(shè)計與智能化方法.

(1)超精密機床運動系統(tǒng)控制理論與方法; (2)超精密機床的運動軌跡優(yōu)化理論與方法;(3)超精密機床性能在線觀測與智能化技術(shù);(4)超精密機床復(fù)雜系統(tǒng)多因素耦合最優(yōu)控制技術(shù); (5)超精密機床動態(tài)復(fù)合誤差實時補償技術(shù).

3)基礎(chǔ)部件制造與集成.

超精密機床的基礎(chǔ)部件技術(shù)需要推進氣體靜壓主軸、氣體(液體)靜壓導(dǎo)軌、主動隔振器、直線電機全閉環(huán)驅(qū)動、壓電(電致、磁致)微伸縮伺服系統(tǒng)、高精度光柵尺、激光干涉儀等產(chǎn)品的自主研發(fā)及產(chǎn)品化技術(shù).理論研究方面的重點在于:(1)高精度、高速、智能化運動部件的系統(tǒng)化設(shè)計方法;(2)高阻尼、高剛度、高精度運動部件設(shè)計理論與方法;(3)智能化刀具系統(tǒng)的設(shè)計理論與方法;(4)超精密環(huán)境控制部件的集成化設(shè)計方法.

4)超精密機床檢測理論與方法.

盡管國際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會已對精密機床的誤差檢測等制定了許多標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)外學(xué)術(shù)和工業(yè)界也提出了許多檢測理論和方法，但是對于面向特殊功能需求的超精密機床、復(fù)雜多軸超精密機床等，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)、理論和方法的適用性受到限制，應(yīng)繼續(xù)加強該方面的研究工作，不斷滿足新的需求.理論研究方面的重點在于:(1)超精密機床的多性能檢測理論與方法; (2)面向功能需求化的檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);(3)復(fù)雜物理場下多因素檢測理論與方法.

超精密機床技術(shù)特別是母機的設(shè)計制造依賴于物理、化學(xué)、力學(xué)和材料科學(xué)等多學(xué)科的發(fā)展，也跟機械制造、計算機、儀器測控技術(shù)密不可分，因此在研發(fā)新一代超精密機床中也需要密切關(guān)注學(xué)科交叉技術(shù)，充分考慮與它們的最優(yōu)融合性.

5 結(jié)論

1)超精密機床技術(shù)是關(guān)系國家安全和尖端科技的重要技術(shù)，也是未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心技術(shù).各國高度重視發(fā)展超精密機床技術(shù).近些年來，我國的超精密機床研究水平已經(jīng)取得了一定進展，但與國際先進水平仍然存在很大差距，特別是與具有領(lǐng)先地位的美國、英國、日本、德國等國家相比，不僅在整體發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)上有較大差距，而且基礎(chǔ)技術(shù)研究水平上也落后不少.由于國外發(fā)達國家嚴(yán)格控制超精密機床核心技術(shù)對我國的輸出，所以自主研究和提高超精密機床水平是我國的必然選擇，也是迫切選擇.

2)本文介紹了國內(nèi)外超精密機床技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r和最新進展，在分析我國與國際本領(lǐng)域發(fā)展水平的差距的基礎(chǔ)上，給出了基礎(chǔ)研究、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策.當(dāng)前，國家高度重視高檔機床的研發(fā)和投入，已把“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”列為《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》確定的16個國家科技重大專項之一，超精密機床技術(shù)相關(guān)研究是科技重大專項的重要內(nèi)容.有國家政策、戰(zhàn)略規(guī)劃的支持，在學(xué)術(shù)界、工業(yè)界及有關(guān)單位的努力與合作下，我國的超精密機床技術(shù)發(fā)展前景良好，一定會不斷取得新的突破，逐步縮短與國際最高水平的差距，最終在世界超精密機床產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域占據(jù)一席之地.

致謝:

在本文寫作和修改過程中，得到了歐洲精密工程與納米技術(shù)學(xué)會前任主席、英國克蘭菲爾德大學(xué)Paul Shore教授的積極幫助，作者對此表示最誠摯的感謝.

［1］雷源忠.我國機械工程研究進展與展望［J］.機械工程學(xué)報，2009，45(5):1-11.

［2］李圣怡.超精密加工成就現(xiàn)代國防［J］.國防制造技術(shù)，2009(3):16-21.

［3］楊輝.超精密加工設(shè)備的發(fā)展與展望［J］.航空制造技術(shù)，2008(24):42-46.

［4］李圣怡.超精密加工技術(shù)與機床的新進展［J］.航空精密制造技術(shù)，2009(2):26-28.

［5］袁巨龍，張飛虎，戴一帆，等.超精密加工領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)發(fā)展研究［J］.機械工程學(xué)報，2010，46(15): 161-177.

［6］國家自然科學(xué)基金委員會工程與材料科學(xué)部.機械工程學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略報告(2011-2020)［M］.北京:科學(xué)出版社，2010.

［7］中國機械工程學(xué)會，中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會.2008-2009機械工程學(xué)科發(fā)展報告(機械制造)［M］.北京:科學(xué)出版社，2010.

［8］郭東明，劉戰(zhàn)強，蔡光起，等.中國先進加工制造工藝與裝備技術(shù)中的關(guān)鍵科學(xué)問題［J］.數(shù)字制造科學(xué)，2005(4):1-36.

［9］中國機械工程學(xué)會.中國機械工程技術(shù)路線圖［M］.北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社，2011.

［10］Lawrence Livermore National Laboratory.The world’s most accurate lathe［EB/OL］.［2013-09-21］. https://www.llnl.gov/str/April01/Klingmann.html.

［11］HALE L C，Donaldson R R，Edson S，et al. Hydrostatic bearingsdesigned forprecision optical grinder and lathe［C］//Proceedings from ASPE Summer Topical Meeting on Precision Bearings and Spindles. Raleigh:American Society for Precision Engineering，2007.

［12］WECK M，HENNIG J，HIBING R.Precision cutting processes formanufacturing ofopticalcomponents［C］//Proc SPIE.Bellingham:The International Society for Optical Engineering，2001:145-151.

［13］LUO X，CHENG K，WEBB D，et al.Design of ultraprecision machine tools with applications to manufacture of miniature and micro components［J］. Journal of Materials Processing Technology，2005，167 (2/3):515-528.

［14］AMETEK Precitech Inc.Nanoform X machine brochure［EB/OL］.［2013-09-21］.http://www.precitech. com/products/nanoform-x/nanoform-x.html

［15］AMETEK Precitech Inc.Nanoform L1000 machine brochure［EB/OL］.［2013-09-21］.http://www. precitech.com/products/nanoform-l/nanoform-l.html

［16］Cranfield Precision Ltd.History of cranfield unit for precision enineering［EB/OL］.［2013-09-22］. http://www.cranfieldprecision.com/history5.php

［17］SHORE P，MORANTZ P，LUO X，et al.Big OptiX ultra precision grinding/measuring system［C］//Proc SPIE.Bellingham:The International Society for Optical Engineering，2005:1-8.

［18］SHORE P，LUO X，JIN T，et al.Grinding mode of the“BOX”ultra precision free-form grinder［C］//ASPE Proceedings of the Annual Meeting.Raleigh:American Society for Precision Engineering，2005.

［19］TONNELLIER X.Precision grinding for rapid manufacturing of large optics［D］.Bedford:Cranfield University PhD Thesis，2009.

［20］TONNELLIER X，MORANTZ P，SHORE P，et al. Subsurface damage in precision ground ULE? and Zerodur? surfaces［J］.Optics Express，2007，15 (19):12197-12205.

［21］COMLEY P，MORANTZ P，SHORE P，et al.Grinding metre scale mirror segments for the E-ELT ground based telescope［J］.CIRP Annals-Manufacturing Technology，2011，60:379-382.

［22］SHORE P，MORANTZ P，READ R，et al.Design overview of the μ4 Compact 6 axes ultra precision diamond machining centre［C］//10th International Conference and Exhibition on Laser Metrology，Machine Tool，CMM＆Robotic Performance.Buckinghamshire， UK:European Society for Precision Engineering＆Nanotechnology，2013.

［23］HUO D，CHENG K.A dynamics-driven approach to the design of precision machine tools for micromanufacturing and its implementation perspectives［J］. Journal of Engineering Manufacture，2008，222(1):1-13.

［24］HUO D，CHENG K，WARDLE F.Design of a five-axis ultra-precision micro-milling machine—UltraMill.Part 1:holistic design approach，design considerations and specifications［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2010，47(9): 867-877.

［25］HUO D，CHENG K，WARDLE F.Design of a five-axis ultra-precision micro-milling machine—UltraMill.Part 2:integrated dynamic modelling，design optimisation and analysis［J］.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2010，47(9):879-890.

［26］HUO D，CHENG K，WARDLE F.A holistic integrated dynamic design and modelling approach applied to the development of ultraprecision micro-milling machines［J］.InternationalJournalofMachineToolsand Manufacture，2010，50(4):335-343.

［27］YOSHIOKA H，SHINNO H.Design concept and structural configuration of advanced nano-pattern generator with large work area“ANGEL”［J］.International Journal of Automation Technology，2011，5(1):38-44.

［28］SHINNO H，YOSHIOKA H，TANIGUCHI K.A newly developed linear motor-driven aerostatic X－Y planar motion table system for nano-machining［J］.CIRP Annals-Manufacturing Technology，2011，56(1):369-372.

［29］FANUC Corporation.ROBONANO α-0iB machine brochure［EB/OL］.［2013-09-22］.http://www.fanuc.co. jp/en/product/catalog/index.html.

［30］NARITA H，SHIRASE K，ARAI E，et al.Proposal of a concept of future oriented machine tools for advanced manufacturing systems［J］.International Journal of Production Research，2004，42(17):3657-3673.

［31］MISHIMA N.Development of a design tool for machine tools combining conceptual design support and detail design method［C］//The 11th International Conference on Precision Engineering(ICPE).London:Springer，2006.

［32］BRECHER C，UTSCH P，KLAR R，et al.Compact design for high precision machine tools ［J］. International Journal of Machine Tools and Manufacture，2010，50(4):328-334.

［33］KUGLER LLC.MICROMASTER 3/5X machine brochure［EB/OL］.［2013-09-22］.http://www.kugler-precision. com/index.php?MICROMASTER-3-5X.

［34］PARK C，SONG C，HWANG J，et al.Development of an ultra precision machine tool for micromachining on large surfaces［J］.International Journal of Precision Engineering and Manufacturing，2009，10(4):85-91.

［35］孫雅洲，梁迎春，董申.微小型化機床的研制［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，37(5):591-593.

［36］李天箭，丁輝，程凱.超精密機床多尺度設(shè)計方法和仿真研究［J］.制造技術(shù)與機床，2012(1):27-30.

［37］LIANG Y C，CHEN W Q，BAI Q S，et al.Design and dynamic optimization ofan ultraprecision diamond flycutting machine tool for large KDP crystal machining［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2013，69(1/2/3/4):237-244.

［38］LIANG Y C，CHEN W Q，SUN Y Z，et al.Dynamic design approach of an ultra-precision machine tool used for optical parts machining［J］.Journal of Engineering Manufacture，2012，226(11):1930-1936.

［39］CHEN W Q，LIANG Y C，SUN Y Z，et al.Design philosophy of an ultra-precision fly cutting machine tool for KDP crystal machining and its implementation on the structure design［J］.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2014，70(1/2/3/ 4):429-438.

［40］LIANG Y C，CHEN W Q，SUN Y Z，et al.A mechanicalstructure-based design method and its implementation on a fly-cutting machine tool design［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2014，70(9/10/11/12):1915-1921.

［41］LIANG Y C，CHEN W Q，SUN Y Z，et al.An expert system for hydro/aero static spindle design used in ultra precision machine tool［J］.Robotics and Computer-Integrated Manufacturing，2014，30:107-113.

［42］CHEN W Q，SUN Y Z，LIANG Y C，et al.Hydrostatic spindle dynamic design system and its verification［J］. Journal of Engineering Manufacture，2014，228(1): 149-155.

［43］LIANG Y C，CHEN G D，CHEN W Q，et al.Analysis of volumetric error of machine tool based on Monte Carlo Method［J］.Journal of Computational and Theoretical Nanoscience，2013，10(5):1290-1295.

［44］梁迎春，陳國達，孫雅洲.誤差預(yù)算在精密與超精密機床中應(yīng)用的研究概述［J］.制造技術(shù)與機床，2014 (2):32-36.

［45］CHEN G D，LIANG Y C，SUN Y Z，et al.Volumetric error modeling and sensitivity analysis for designing a five-axis ultra-precision machine tool［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2013，68(9/10/11/12):2525-2534.

［46］CHEN G D，LIANG Y C，SUN Y Z，et al.Study on the direct relation between machine error and machined form accuracy［C］//Proceedings ofthe 13th euspen International Conference.Bedfordshire:European Society for Precision Engineering＆Nanotechnology，2013.

［47］楊建國.數(shù)控機床誤差補償技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.航空制造技術(shù)，2012(5):40-45.

［48］崔崗衛(wèi)，高棟，姚英學(xué).重型數(shù)控機床熱誤差的分離與建模［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，44(9):51-56.

［49］SCHWENKE H，KNAPP W，HAITJEMA H，et al. Geometric errormeasurementand compensation of machines:An update ［J］. CIRP Annals—Manufacturing Technology，2008，57(2):660-675.