淺析超精密微機械制造技術研究進展

王冠明

（季華實驗室，廣東 佛山 528200）

航空航天、生物工程、國防工業、顯示裝備等產業發展過程中，對于設備模組的加工精度有著嚴格的要求，通過加工精度的保證，使得模組構件聯動能力更強，設備運轉的成效更明顯。基于這種認知，研發團隊通過超精密微機械制造技術，對設備模組的結構參數等，按要求開展加工制備工作，以實現加工精度的穩步提升，更好地推動制造產業的升級，打造成熟、高效的機械設備加工技術體系。

1 超精密微機械制造技術概述

對超精密微機械制造技術內涵的梳理，有助于技術人員在思維方面形成正確的認知，準確把握不同領域下，超精密微機械制造技術的應用需求，實現超精密微機械制造技術的合理化應用。超精密微機械制造技術作為成熟的技術體系，與傳統的制造技術有著明顯的差異，其在加工對象、精細度等方面有著更嚴格的要求。現階段，超精密微機械制造技術主要基于10納米到10微米的尺寸材料，開展材料的制造與加工。例如，在國防工業領域，借助超精密微機械制造技術，工作人員可以快速完成彈藥引信、微型傳感器、光學元件等核心部件的加工。借助超精密微機械制造技術，不僅可以大幅度提升機械設備的零部件加工能力，降低零部件加工制備差錯，避免額外費用的產生，實現加工成本的管控。并且在超精密微機械制造技術的支持下，推動了整個產業技術加工能力的升級，對我國加工制造產業的發展提供了堅定的技術支撐。

2 國內外超精密微機械制造研究進展

為更好地明確國內外超精密微機械制造研究的進展情況，總結相關技術的發展經驗，工作人員應當細致歸納，現階段國內外超精密微機械制造技術研究的進展情況，通過思路的把握與明確，明確超精密微機械制造的發展方向，旨在推動超精密微機械制造技術的創新性發展，以更好地提升超精密微機械制造技術的實用性，持續提升超精密微機械制造技術的可操作性，為后續技術的創新與升級奠定了堅實基礎。

隨著航空航天、國防工業、微電子產業以及生物工程的快速發展，呈現出微型化、精細化的態勢，微小三維組件的使用數量呈現出上升趨勢，特形化的結構、特殊的材質，使得原有的加工制造技術方案越來越難以滿足實際的使用需求。超精密微機械制造技術在很大程度上適應了現階段精細化加工的相關要求，由于其技術價值，微制造技術被稱為20世紀十大關鍵技術，超精密微機械制造技術植根于微制造技術，通過相應的技術性能優化，穩步強化制造環節的精細度、靈活度等。日本、美國以及德國等國家投入大量資源，組織專業研發隊伍，開展超精密微機械制造技術的研發工作，并取得了長足的進展。例如，日本在2000年，由國家主導，投入250億日元，進行各類超精密微機械加工設備的研發；德國在2004年依托歐盟，制定了跨國性的超精密微機械制造技術研發計劃，先后投入15億歐元，對超精密微機械制造加工技術進行升級。日本經過年多的技術深耕，在3D復雜曲面超精密微機械制造加工領域取得了突破性進展，依托合理的技術處理方案，實現了對淬火鋼、硬鋁材料等微小零部件的切削處理，不僅加工精度高，并且加工周期較短，實現了機械設備加工成效的提升。德國阿亨工業大學與大眾等汽車企業合作，試制轉速達到160000rpm的超精密微小銑床，實現了對微小型零件部件的快速加工。這種制造加工設備有效解決了以往微小零部件加工過程出現的壞損率高、制造周期長等問題，并在此基礎上，進行了技術的迭代升級，形成了具有較強實用性的超精密微機械加工系統。近年來，我國也逐步認識到超精密微機械制造技術的重要性，制定了相應的技術發展規劃，整合人力資源、物力資源，實現了超精密微機械制造技術的跨越式發展。例如，哈爾濱大學精密工程研究所在2007年，研制出微小型超精密三軸聯動數控銑床，這種新型銑床轉速控制精度較高，可以實現有效的加工區域定位。在外國進口刀具的支持下，可以實現0.15毫米寬度的切割。與日本、德國等國家的技術差距逐步縮小。但是，必須清楚地認識到，國內超精密微機械制造技術暴露出一定的短板，例如，超精密微機械制造設備盡管開展了相應的技術升級，但是，設備整體加工精準度不高，加工誤差難以得到有效控制。同時相關配套設施不完備，對于制造過程中涉及的裝夾具、刀具等配套組件，在很大程度上，對外依賴較為嚴重，國產化水平相對較低。即便部分國內生產企業進行了相應的研發、生產的嘗試，但是，設備參數管控水平不佳，生產流程的可控性不強，無法真正滿足實際的設備加工與使用需求。基于國內外超精密微機械制造技術的研究現狀，國內技術研發團隊著眼于實際，統籌考量，綜合分析，采取系統性舉措，有針對性地推動超精密微機械制備技術的創新、研發以及升級，以保證超精密微機械制造技術的先進性。

3 超精密微機械制造技術發展趨勢

超精密微機械制造技術的發展，要求研發團隊、技術人員從實際出發，通過對超精密微機械制造技術內含的把握、研究現狀的梳理，逐步明確超精密微機械制造技術的發展趨向，對于技術的升級有著極大的裨益，避免超精密微機械制造技術發展的盲目性。

3.1 超精密微機械制造技術發展方向

超精密微機械制造技術在微小尺寸零部件的加工過程中，具有較強的可操作性。日本、德國等國家經過多年的技術深耕，在超精密微機械制造技術的研發、升級方面取得了巨大的優勢，積累了豐富的經驗，尤其在部分關鍵技術領域，實現了技術的實用化。例如，目前較為成熟的微小零部件加工演示系統，其可以較好地滿足微小零部件的加工要求，實現了機械制造的精細化。我國的超精密微機械制造技術在發展過程中，著眼于與國外技術的差距，制定細致、全面的技術研發計劃，針對于超精密微機械制造理論、加工技術方案等領域，加大研究的力度，通過這種手段，持續提升超精密微機械制造技術體系的系統化與完備化，以實現技術優勢的發揮，促進超精密微機械制造技術體系在實踐領域中的應用，切實滿足航空航天、軍工產業的發展訴求。

3.2 超精密微機械切削技術發展趨勢

切削技術作為超精密微機械體系的重要組成部分，其通過高速軸系統、零件定位、運動控制等各類切削技術手段，確保切削工具可以在較短的時間內，順利完成微小零部件的切割，并在切割的過程中，對切削動作開展實時監控，一旦在監控環節發生問題，相關應急系統會快速作出反應，停止切削動作，以此達到控制加工誤差的目的。為達到這一目的，研發團隊還需要做好為切削工具、快速裝夾、監測體系等配套設施合適的定向升級，以針對性強化切削技術能力。

3.3 超精密微機械加工技術發展趨勢

超精密微機械加工技術在發展的過程中，可以借鑒日本的相關經驗，通過總結、梳理日本微機械加工技術的特點，結合國內的研發力量，針對性地做好超精密微機械加工技術的創新工作，在技術發展過程中，基于成本投入的考量，可以對原有的設備進行定向升級，在降低技術發展前期投入的基礎上，確保各類技術可以快速投入實踐生產環節，實現超精密微機械加工技術的實用性，推動產業體系的成熟。

4 結語

超精密微機械制造技術對于我國工業體系的健全、生產能力的提升，有著極大的裨益。為更好地發揮其技術優勢，本文著眼于實際，通過梳理國內外超精密微機械制造技術的研究情況，結合工業發展訴求，明確超精密微機械制造技術的發展趨勢，梳理技術創新要求以及提升方向，為超精密微機械制造技術的升級、應用奠定了堅實基礎。