精密機械加工技術(shù)發(fā)展趨勢

郭杭 葛慶 劉正勇 張銳

摘 要：精密加工所能達到的精度、表面粗糙度、加工尺寸范圍和幾何形狀是一個國家制造技術(shù)水平的重要標志之一。精密與特種加工技術(shù)已經(jīng)成為國際競爭中取得成功的關(guān)鍵技術(shù)。本文主要從精密機械加工技術(shù)的角度討論了精密機械加工的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，闡述了精密機械加工的概念以及未來的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：精密加工；加工精度；發(fā)展趨勢

1 引言

機械制造技術(shù)從提高精度與生產(chǎn)率兩個方面同時迅速發(fā)展起來。在提高生產(chǎn)率方面，提高自動化程度是各國致力發(fā)展的方向，近年來，從CNC到CIMS發(fā)展迅速，并且在一定范圍內(nèi)得到了應用。從提高精度方面，從精密加工發(fā)展到超精密加工，這也是世界各主要發(fā)達國家致力發(fā)展的方向。

隨著精密機械和電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代產(chǎn)品越來越精密。例如：超大規(guī)模集成電路中要求在1mm2平面上集成幾十萬個以上的元件，線條寬度只有1μm，形狀和位置誤差小于0.05μm。于是對相應的機床精度提出更高的要求，加工工藝等也必須相應采取有效措施來保證加工要求。

根據(jù)相關(guān)資料的技術(shù)研究，精密加工目前所能達到的水平為：尺寸公差不大干0.5～1μm，形狀公差不大于0.01μm，表面粗糙度Ra不大于0.01μm。所用的機床有：精密銑床、精密研磨機、光學透鏡精密研磨機、精密寶石研磨加工機、超精密磨加工機等。機床的零部件是動、靜壓軸承和導軌、彈性導軌、滾珠或滾柱預壓含油軸承和導軌，使用的刀具與材料是磨科與金剛石等，控制系統(tǒng)一般為直流伺服電機（DC）——半閉式，帶編碼器最佳控制、邏輯控制或精密直流伺服電機— 閉環(huán)，用微機實現(xiàn)自適應控制。

2 精密機械加工方法

根據(jù)加工方法的機理和特點，精密加工可分為刀具切削加工、磨料加工、特種加工和復合加工四大類。

隨著加工技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的加工機理，因此在精密加工，特別是在微細加工中。根據(jù)零件成形機理和特點。分為去除加工、結(jié)合加工和變形加工三大類。去除加工又稱為分離加工，是利用力、熱、電、光等加工方法從工件去除一部分材料，如切削、磨削、電加工等。結(jié)合加工是利用理化方法在工件表面上附著（沉積）、注入（滲入）、焊接一層不同材料，如電鍍、氣相沉積、氧化、滲碳、粘接、焊接等。變形加工是利用力、熱、分子運動等手段使工件產(chǎn)生變形，改變其尺寸、形狀和性能，如鑄造、鍛壓等。可見加工的概念已突破傳統(tǒng)的去除加工手段，具有堆積、生長、變形等特色，同時強調(diào)了表面處理，形成了表面加工技術(shù)。

3 精密機械（切削）加工的技術(shù)和工藝優(yōu)勢

精密機械（切削）加工與無屑工藝相比，切削加工的優(yōu)點首先在于，既有很高的材料切除率，又有良好的經(jīng)濟性。例如與激光等離子加工工藝相比即如此；這是因為這種工藝目前只有供應很大的能量才能達到較高的材料切除率；另一方面，加工出的工件能否達到尺寸和形狀精度要求尚存問題。無屑壓力加工主要用于大批量生產(chǎn)，往往需要后序切削加工，以獲得最終合格的工件形狀。因此機械（切削）加工的主要優(yōu)點是能使工件達到較高的精度。

精密機械加工應用廣泛，特別是伴隨小批量生產(chǎn)發(fā)腱趨勢，對工件的形狀和尺寸精度要求越來越高，為機械加工開辟了新的更加廣泛的領(lǐng)域。使用車床自然要進行各種車削加工，但還應注意到，鉆削、銑削、磨削以及切齒等加工過程都可集中在一臺車床上完成（工序集成）的趨勢，這就是現(xiàn)在發(fā)展起來的車銑加工中心的復合機床的加工方法。

4 精密機械加工的內(nèi)容

精密機械加工的技術(shù)難度大，影響因素多，涉及面廣，投資強度大，產(chǎn)品個性強，其主要內(nèi)容有以下五個方面：

4.1加工機理。除傳統(tǒng)加工方法的精密化外，非傳統(tǒng)加工（特種加工）方法發(fā)展迅速。當前，傳統(tǒng)加工方法主要有金剛石刀具精密切剛、盤剛石微粉砂輪精密磨削、精密高速切削和精密砂帶磨削等；非傳統(tǒng)加工方法主要有電子束、離子束、激光束等高能束加工、電火花、電化學加工、光刻（刻蝕）等。并出現(xiàn)了具有復合加工機理的電解研磨、磁性研磨、磁流體拋光、超聲珩磨等復合加工方法。加工機理的研究是精密和超精密加工的理論基礎(chǔ)和新技術(shù)的生長點。

4.2被加工材料。精密機械加工的被加工材料在化學成分、物理力學性能、化學性能、加工性能上均有嚴格要求，應該質(zhì)地均勻、性能穩(wěn)定、外部內(nèi)部均無宏觀和微觀缺陷。符合性能要求的被加工材料才能得到精密機械加工的預期效果。

4.3加工設(shè)備和工藝裝備。精密機械加工應有高精度、高剛度、高穩(wěn)定性和自動化的機床，相應的金剛石刀具、立方氮化硼刀具、金剛石砂輪、立方氮化硼砂輪，及相應的高精度、高剛度夾具等工藝裝備，才能保證加工質(zhì)量。

4.4檢測。精密機械加工必須具備相應的檢測技術(shù)，形成加工和檢測一體化。對于精密機械加工的檢測有三種方式：離線檢測、在位檢測和在線檢測。

4.5工作環(huán)境。精密機械加工要求在一定的環(huán)境下工作，才能達到在精度和表面質(zhì)量上的技術(shù)參數(shù)。工作環(huán)境的條件主要有溫度、濕度、凈化、防振等方面的要求，有時尚有噪聲、光、靜電、電磁、放射線等方面的特殊要求。

5 精密機械加工任務的現(xiàn)狀

中國精密機械加工等先進技術(shù)的發(fā)展狀況對于我國機械機構(gòu)和制造來說意義重大。

在設(shè)計方面，計算機助設(shè)計（CAD）技術(shù)普及化。在應用方面，各種高新技術(shù)發(fā)展迅速，并取得了顯著的成效。在管理方面，新生產(chǎn)模式的研究和實踐具有特色，推動了我國制造業(yè)的技術(shù)進步和管理現(xiàn)代化。

技術(shù)在精密機械加工上得到大發(fā)展，精密機械加工再讓制造工藝得以更高效，這樣我們的生產(chǎn)和發(fā)展將進入一個良性循環(huán)的模式。

6 精密機械加工未來發(fā)展預測

近二十年以來機械制造業(yè)正以迅猛的發(fā)展步伐向精密加工、超精密加工發(fā)展，在未來的發(fā)展過程中精密加工、超精密加工將成為在國際競爭、市場競爭中取勝的關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)代制造業(yè)之所發(fā)要致力于提高加工精度，其主要原因在于提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，提高其質(zhì)量的穩(wěn)定性和性能的可靠性，促進產(chǎn)品的小型化、功能性強，零件互換性好，產(chǎn)品的裝配、調(diào)試生產(chǎn)率高，并促進制造裝配自動化。

隨著制造業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在的精密機械加工正在從微米、亞微米級工藝發(fā)展，在今后的加工中，普通機械加工、精密加工與超精密加工精度可分別達到1μm、0.01μm、0.001μm（即1nm），而且超精密加工正在向原子級加工精度逼進（0.1nm）。隨著極限加工精度的不斷提高，為科學技術(shù)的發(fā)展和進步創(chuàng)造了條件，也為機械冷加工提供了良好的物質(zhì)手段。

（作者單位：武漢科技大學國際學院機械工程系）