空間基礎零部件超精密拋光技術研究進展

江亮，鄭佳昕，彭武茂，李文輝，韓艷君，張韶華，周寧寧，卿濤，錢林茂

特邀綜述

空間基礎零部件超精密拋光技術研究進展

江亮1，鄭佳昕1，彭武茂1，李文輝1，韓艷君1，張韶華2，周寧寧2，卿濤2，錢林茂1

（1.西南交通大學 牽引動力國家重點實驗室摩擦學研究所，成都 610031；2.北京控制工程研究所 精密轉動和傳動機構長壽命技術北京市重點實驗室，北京 100094）

軸承、齒輪、陀螺儀諧振子、反射鏡等是實現航天器旋轉支撐、動力傳遞、姿態控制、空間探測等功能的核心基礎零部件，直接影響航天器的性能、壽命和可靠性。為了確保航天任務順利進行，空間基礎零部件必須擁有優異的使役性能、高的可靠性和長的壽命，其工作面的狀態是關鍵影響因素。為此，基于制造角度，必須不斷提高工作面的精度和表面質量。然而，空間基礎零部件的工作面多為復雜曲面，且材料包含多種元素和金相組織，可控拋光難度大。從軸承、齒輪、陀螺儀諧振子、反射鏡等4種空間基礎零部件的特點出發，簡要陳述了各自的超精密拋光需求及必要性，分類總結了現有的超精密拋光技術，如應用于軸承的雙盤研磨拋光、電化學機械拋光、流變拋光，應用于齒輪的磨粒流拋光、流變拋光、電化學機械拋光，應用于陀螺儀諧振子的流變拋光、飛秒激光和離子束質量調平，以及應用于反射鏡的磁流變拋光、計算機控制光學表面成型、氣囊拋光、離子束修形拋光等，闡述了各種拋光技術的原理和效果，最后展望了超精密拋光技術的發展方向，以期為空間基礎零部件的超精密加工提供借鑒。

基礎零部件；軸承；齒輪；諧振子；反射鏡；拋光；超精密

以空間站、人造地球衛星、太空望遠鏡及空間探測器等為代表的航天器對國家安全、國民經濟和科學研究具有重要意義。如圖1所示，在航天器中，軸承（文中指滾動軸承）、齒輪、陀螺儀諧振子、反射鏡等基礎零部件主要用于實現旋轉支撐、動力傳遞、姿態控制、空間探測等功能，直接影響航天器的性能、壽命和可靠性[1-11]。隨著我國航天強國建設的不斷推進，航天器的發射頻率和在軌時間日益增加，航天任務日益復雜，這就要求航天器具有高精度、低振動、低噪聲、高穩定度、高可靠性和長壽命等。以衛星為例，我國低軌遙感衛星的設計壽命已從之前的3～5年普遍提高到5～8年，高軌通信衛星的設計壽命已從之前的8年提高到12～15年，甚至更長。為了確保航天任務順利進行，作為航天器的關鍵環節，空間基礎零部件必須擁有優異的使役性能、高可靠性和長壽命。

空間基礎零部件通常工作在真空、微重力、強輻射、高低溫、高低速、高比負荷、多次啟停、交變載荷、間歇操作等極端服役環境和工況下，高的精度和表面質量對獲得優異的使役性能至關重要。張森等[12]對1975—2007年間的272次國內外衛星故障進行了統計分析，結果表明，53次為瞬時故障，219次為永久故障，37%的故障發生在姿態和軌道控制分系統，其中36%的故障與飛輪、控制力矩陀螺、陀螺儀等活動部件有關。軸承等的加工缺陷或機械磨損是引起上述部件故障的重要原因[13]。目前，工業界主要采用切削、磨削和研磨等傳統技術來加工空間基礎零部件。上述加工技術受到純機械去除原理的限制，在去除時接觸壓力需要達到材料的屈服極限，最小去除厚度受限，精度和表面質量難以進一步提高，并且在熱力耦合作用下不可避免地會產生各種形式的損傷，如微裂紋和劃痕，極有可能影響空間基礎零部件的使役性能。為此，必須發展超精密拋光技術，不斷提高空間基礎零部件的精度和表面質量，以保障航天器在空間環境中長壽命安全可靠運行。

圖1 空間基礎零部件及其在航天器中的應用[3-11]（經SPIE同意后復制自參考文獻[6]）

超精密拋光通常被作為最后一道精加工工序，用以獲得優異的精度和表面質量。目前，研究人員已經發展出各種各樣的超精密拋光技術，依據材料去除原理，大致可以分為3類：主要利用單一的機械滾軋和刻劃作用，如磨粒流拋光、磁流變拋光、電流變拋光、力流變拋光、射流拋光等；利用機械、化學、電化學等多源能量復合作用，如化學機械拋光、電化學機械拋光、計算機控制光學表面成型（Computer?Controlled Optical Surfacing，CCOS，又稱數控小工具拋光）、氣囊拋光（搭配能與工件發生化學反應的拋光液）、等離子體拋光等；利用微觀粒子的物理濺射作用，如離子束修形拋光等。隨著空間技術的高速發展，對空間基礎零部件精度和表面質量的要求不斷提高，這就需要深入理解現有超精密拋光技術的加工原理，在此基礎上，不斷發展新型的超精密拋光技術，將加工精度逐漸從亞微米級、納米級提升至亞納米級、原子級[14-20]，以滿足空間技術的發展需求。

文中選擇軸承、齒輪、陀螺儀諧振子、反射鏡為典型的空間基礎零部件，簡要總結相關的超精密拋光技術，包括拋光需求、必要性、原理、效果，最后對超精密拋光技術的下一步發展進行展望。

1 軸承超精密拋光技術

軸承是空間精密旋轉機構的重要支撐件，它廣泛應用于航天器中，如飛輪、控制力矩陀螺、太陽帆板驅動裝置、機械陀螺儀等[1-2]。以飛輪為例，它是衛星姿態控制系統的重要執行機構，長期工作在較高轉速或反復加減速等環境中。飛輪按照姿態控制系統指令，提供合適的控制力矩，校正衛星的姿態偏差或完成某種預定的姿態調整。如圖2所示，軸承是飛輪的關鍵零件，直接決定飛輪的使役性能。

圖2 軸承及其在飛輪中的應用[21-22]（根據知識共享署名許可協議復制自文獻[22]）

軸承主要由滾動體（包括球、圓柱滾子、圓錐滾子等）、內外套圈和保持架等核心元件組成。核心元件的精度和表面質量直接決定軸承的使役性能。

1）摩擦磨損。為了獲得穩定的摩擦力矩，空間軸承通常采用微量油進行潤滑，此時油膜厚度非常薄，可能薄至0.1 μm[23]。如果軸承核心元件的表面粗糙度較大，膜厚比（油膜厚度與表面粗糙度之比）較小，當軸承工作時，其潤滑狀態可能為混合潤滑或者邊界潤滑。如圖3a所示，此時軸承表面粗糙度越大，摩擦因數越大，同時磨損也越嚴重[24-25]。

2）振動。軸承的振動水平與表面粗糙度密切相關，當軸承處于混合潤滑乃至邊界潤滑狀態時，表面粗糙峰會發生碰撞，從而引發振動[26]，造成摩擦力矩波動。這可能引發控制精度的下降，甚至影響航天器的工作性能，如遙感相機精度。

3）噪聲。振動會引發噪聲[27]，對于空間站的航天員，如果長期工作在噪聲環境中，會影響其身心健康。

4）可靠性和壽命。以反作用輪（飛輪的一種）為例，其工作轉速通常為±1 000 r/min[2]。當軸承工作面的表面質量不高時，反作用飛輪在轉速過零時會產生一個較大的摩擦力矩沖擊，這會對航天器產生較大的擾動。為了降低對航天器的摩擦力矩擾動，應盡可能避免反作用飛輪處于過零工作狀態，采用多個反作用飛輪同時工作，且在高速模式下進行控制。然而，這會顯著增加姿態控制系統的復雜性，降低系統的可靠性。

此外，如圖3b所示，國際知名軸承廠商日本NSK公司的Ueda等[28]采用6206深溝球軸承進行了壽命測試實驗。其中，滾道的表面粗糙度為0.039 μm，球的表面粗糙度從0.024 μm變化至0.007 μm。實驗結果表明，隨著球的表面粗糙度的降低，凹痕引發的剝落壽命（Dent initiated flaking life）得到了極大改善。這主要是因施加在滾道表面的切向力減小。綜上所述，為了提高軸承的使役性能和壽命，亟須改善軸承核心元件的精度和表面質量。

目前，通常采用無心外圓磨削、無心外圓超精研、定心往復超精研等傳統技術來加工軸承核心元件，其精度和表面質量有待進一步提高[29-30]。如前所述，空間軸承常常工作在高低溫、高低速、多次啟停等極端環境和工況下，此時潤滑狀態極有可能進入混合潤滑乃至邊界潤滑狀態，其精度和表面質量越差，軸承的使役性能越差。為此，研究人員發展了多種超精密拋光技術，如化學機械拋光、電化學機械拋光、力流變拋光、磁流變拋光等，以提高核心元件的形狀精度和一致性，降低表面粗糙度，將膜厚比提高至4以上，避免了工作面粗糙峰的直接接觸，實現了全膜潤滑，降低了振動和噪音，提高了軸承的使役性能和壽命，最終保障航天器安全可靠運行。下面對相關的超精密拋光技術作簡要介紹。

1.1 機械研磨和化學機械拋光

這里將機械研磨和化學機械拋光放在一起進行總結。在滾動體的成形原理上，雙盤（或稱雙平面）機械研磨和雙盤化學機械拋光基本一致，設備也可以共用，不同之處在于機械研磨主要利用機械滾軋和刻劃作用，而化學機械拋光主要利用化學反應和機械力的協同作用，因此化學機械拋光需要將剛性研磨盤替換為柔性拋光墊，將硬質磨粒（如金剛石、氧化鋁等）替換為由具有化學反應活性的軟質磨粒（如二氧化硅、二氧化鈰等）和化學試劑（如氧化劑、絡合劑、緩蝕劑、表面活性劑、鹽、pH調節劑等）組成的拋光液。

圖3 表面粗糙度對軸承使役性能的影響

在傳統的滾動體批量加工中，球主要采用基于傳統V形槽方式的球體概率法研磨，圓柱滾子主要采用貫穿式無心外圓磨削。上述加工方法從成形原理上決定了滾動體表面各點去除概率具有隨機性，難以獲得高的形狀精度一致性，在加工完成后需要通過分選獲得高形狀精度一致性的滾動體，存在成本高、效率低等缺點[29-30]。為此，浙江工業大學袁巨龍研究團隊提出了滾動體加工軌跡均勻包絡成形原理，通過控制研磨盤的轉速來改變滾動體的自轉角，調整滾動體的運動姿態，使加工軌跡均勻包絡加工面，實現滾動體表面各點的等概率去除。基于該成形原理，如圖4a所示，針對球發明了雙自轉式球體加工方法，包括雙自轉盤同心方式[31]、雙自轉盤偏心方式[32-34]。如圖4b所示，在此基礎上提出了變曲率溝槽球體加工方法，通過溝槽滾道曲率的變化來改變球體的運動姿態，實現球的高一致性精密加工[35-38]。周芬芬等[37-38]研制了變曲率溝槽球體加工實驗平臺，采用研拋工藝，使鋼球的批直徑變動量達到0.25 μm，球度誤差均值達到0.122 μm，表面粗糙度均值達到11 nm；陶瓷球的批直徑變動量達到0.19 μm，球度誤差均值達到0.115 μm，表面粗糙度均值達到12 nm，優于G5級的精度指標，如圖4d所示。如圖4c所示，針對圓柱滾子，發明了偏心轉擺式雙平面圓柱加工方法[39-42]。姚蔚峰等[41-42]研制了雙平面圓柱外圓加工實驗平臺，采用研拋工藝加工圓柱滾子，獲得了良好的圓度和表面質量，如圖4d所示。

天津大學任成祖研究團隊[43-44]提出了圓柱滾子和圓錐滾子雙盤研磨技術。陳洋等[43]研究了圓柱滾子在雙盤直槽研磨下的自轉運動，獲得了可實現圓柱滾子穩定且連續自轉的最優參數組合。梁磊等[44]對圓錐滾子雙盤研磨螺旋槽工作面進行了求解與形面分析，研究表明，螺旋槽工作面1和工作面2的軸截面廓形都是相對于基準直線的內凹曲線。

在機械研磨技術的基礎上，袁巨龍研究團隊引入了化學機械拋光技術，對氮化硅陶瓷球進行了超精密低損傷加工。袁巨龍、朱從容等[45-47]采用二氧化鈰作為磨粒，利用其與氮化硅之間的摩擦化學固相反應，實現了氮化硅陶瓷球的超光滑近無損傷拋光，表面粗糙度達到4 nm。

清華大學雒建斌研究團隊與袁巨龍研究團隊合作，將化學機械拋光技術應用于圓柱滾子加工。如圖5所示，通過機械研磨和化學機械拋光兩步工藝，其中，機械研磨采用球墨鑄鐵盤和4000#氧化鋁磨粒，化學機械拋光采用IC1010/Suba Ⅳ聚氨酯拋光墊和拋光液，精拋的拋光液組分（均用質量分數計）包含膠體二氧化硅（4.0%）、氨基乙酸（0.75%）、過氧化氫（1.0%）、苯并三氮唑（0.12%），pH=4，將軸承鋼圓柱滾子的圓度（RONt）從0.97 μm降至0.40 μm，將表面粗糙度從76 nm降至16.6 nm[48-49]。

近年來，西南交通大學錢林茂研究團隊[50-59]對軸承鋼的化學機械拋光機理和工藝進行了深入研究。在微觀去除機理方面，仲夏[56]的研究結果表明，軸承鋼的化學機械拋光是一個典型的納米腐蝕磨損過程，機械犁溝效應在材料去除中占據主導地位，為此，可以通過調節拋光液的腐蝕效果來改變軸承鋼表面反應膜的致密性和強度，進而調控其拋光速率和表面質量。在拋光工藝方面，劉進偉等[51]選擇含有疏水基團的5?甲基苯并三氮唑作為緩蝕劑，替代之前的苯并三氮唑，使GCr15軸承鋼的表面粗糙度達到了1.5 nm。在此基礎上，劉進偉等[58]選擇5?甲基苯并三氮唑和噻唑作為復合緩蝕劑，利用兩者的物理和化學協同吸附效應，使GCr15軸承鋼的表面粗糙度達到了0.8 nm（掃描范圍97.9 μm × 97.9 μm）和0.3 nm（掃描范圍1 μm × 1 μm），亞表面晶格完整，無加工損傷，并且發展了“兩步法”拋光工藝，在拋光21 min后，將GCr15軸承鋼的表面粗糙度從263 nm降至0.8 nm，如圖6a所示。劉進偉等[57]發展了綠色環保的“兩步法”拋光工藝，選擇乙二胺二琥珀酸作為絡合劑，選擇1,2,4?三唑作為緩蝕劑，通過優化拋光工藝，在拋光

16 min后，將GCr15軸承鋼的表面粗糙度從287 nm降至1.8 nm。隨后，劉進偉等[59]利用羧基對鐵離子的強絡合效應，通過優化草酸和過氧化氫的協同作用，發展了“一步法”拋光工藝，中間無需更換拋光液，在拋光14 min后，將GCr15軸承鋼的表面粗糙度從249.3 nm降至約2.0 nm，如圖6b所示。此外，錢林茂研究團隊還研發了9Cr18Mo不銹軸承鋼的化學機械拋光工藝，通過調控鐵和鉻元素的腐蝕磨損去除，其表面粗糙度可以達到亞納米級。上述拋光工藝有望與雙盤機械研磨工藝相結合，或者將化學機械拋光與數控相結合，發展數控?化學機械拋光技術，并應用于軸承核心元件的高質高效加工。

圖4 軸承滾動體雙平面機械研磨

圖5 圓柱滾子雙平面機械研磨和化學機械拋光（經Springer Nature同意后復制自文獻[49]）

1.2 電化學機械拋光

電化學機械拋光技術主要利用電化學、化學和機械的協同作用實現表面超精密加工。電場的引入，一方面可以提高金屬的氧化溶解速率，實現高效去除；另一方面，可以精準調控金屬的表面狀態，包括氧化物的種類和比例，實現高質去除。在拋光過程中，陽極工件表面在電化學和化學作用下生成了一層薄的反應膜，然后在磨粒的機械作用下實現去除，同時暴露新鮮表面，繼續生成反應膜，反復交替實現材料的去除。大連理工大學徐文驥、魏澤飛等[60-61]將電化學機械拋光技術應用于軸承核心元件的超精密加工。徐文驥等[60]開展了軸承圓柱滾子的電化學機械拋光研究，建立了預測模型。將銅作為陰極，將圓柱滾子作為陽極，在驅動輪帶動下進行旋轉運動，并與磨削工具接觸，從而實現材料的去除。通過優化工藝參數，在拋光后材料的表面粗糙度降至0.023 μm，圓度（RONt）降至0.39 μm。魏澤飛等[61]開展了軸承凸度滾道的電化學機械拋光研究，將套圈作為陽極，隨著主軸旋轉，將具有凸度的銅塊作為陰極，將砂帶作為加工工具，在拋光4 min內，將滾道的表面粗糙度從0.58 μm降至0.03 μm，并且獲得了良好的凸度。

1.3 流變拋光

流變拋光技術利用外場作用（如力、光、電、磁等）改變拋光液的流變特性，使其從液體瞬時轉變為類固體，把持磨粒，形成柔性拋光頭，剪切去除工件表面材料，實現超精密低損傷加工。對于子口徑拋光方式（如磁流變拋光），可以通過控制拋光區域的去除函數和駐留時間，實現確定性拋光。目前，研究人員發展了多種流變拋光技術，并應用于軸承核心元件的超精密加工，如力流變拋光、磁流變拋光等[62]。

袁巨龍研究團隊[63-71]提出了力流變拋光技術，構建了力流變拋光的材料去除模型和表面粗糙度預測模型，形成了力流變拋光工藝，并應用于軸承核心元件的超精密加工。如圖7a所示，從原理上來講，力流變拋光技術主要利用非牛頓流體在剪切應力作用下的增稠效應把持磨粒，形成柔性固著磨具，剪切去除工件表面材料。拋光液通常采用多羥基聚合物作為非牛頓流體，采用金剛石或氧化鋁作為磨粒，通過改變水的含量將拋光液的黏度調節至合適范圍。如圖7b、c所示，李敏等[64,68]自主搭建了力流變拋光實驗平臺，對軸承鋼圓柱滾子進行了拋光。在拋光過程中，工件通過固定軸和夾具進行夾持固定，并與拋光液保持一定的接觸深度，拋光液在主軸帶動下相對于工件進行運動。在拋光90 min后，工件的表面粗糙度從105.95 nm降至5.99 nm，材料去除速率高達2.1 μm/h，實現了圓柱滾子的高效高質拋光。李敏等[70]對陶瓷圓柱滾子進行了力流變拋光，在拋光120 min后，圓度誤差RONt從初始的1.418 μm降至0.360 μm，表面粗糙度從初始的107.2 nm降至6.5 nm。如圖7d所示，王旭等[72]對內外套圈進行了力流變拋光，在拋光15 min后，其表面粗糙度從初始的300 nm左右降至20 nm左右。

圖6 軸承鋼化學機械拋光（經Springer Nature同意后復制自文獻[58-59]）

如圖8所示，廣東工業大學閻秋生研究團隊[73]提出了集群磁流變拋光技術，并應用于陶瓷球的超精密加工。從成形原理上講，集群磁流變拋光技術與雙盤機械研磨技術類似，不同之處在于集群磁流變拋光技術將剛性研磨盤替換為磁流變柔性拋光墊。實驗結果表明，當加工間隙為0.8 mm，偏心距為10 mm，旋轉比為3/4時，在拋光60 min后，陶瓷球的表面粗糙度從63 nm降至4.35 nm，球度從0.18 μm降至0.11 μm。

河南科技大學張占立等[74]將磁流變拋光技術與超聲振動技術相結合，將鉆銑床改裝成滾子拋光機，并在主軸單元中加裝超聲振動裝置。通過優化工藝參數，陶瓷滾子的表面粗糙度從0.26 μm降至0.025 μm。

圖7 軸承核心元件力流變拋光

圖8 集群磁流變拋光技術及其在陶瓷球超精密加工中的應用（根據知識共享署名許可協議復制自文獻[73]）

2 齒輪超精密拋光技術

隨著空間技術的不斷發展，高精度空間機械臂、高靈敏度航天熱控制系統等已經成為航天器中不可或缺的輔助作業裝置，齒輪作為關鍵零件，廣泛應用于這些裝置中[75-76]。如圖9所示，德國宇航中心機器人與機電一體化研究所開發了一款CAESAR（Compliant Assistance and Exploration SpAce Robot）空間機械臂，主要用于低地球軌道和地球同步軌道上開展的組裝、維護、維修和碎片清理等任務。CAESAR空間機械臂的關節部件采用諧波齒輪傳動機構進行動力傳遞。采用諧波齒輪，一方面可以提升操作精度；另一方面可以實現高傳動比和輕質化[77-78]。此外，在航天熱控制系統中，將齒輪泵用于實現航天器熱量的精準控制[76]。

齒輪的精度和表面質量對其使役性能具有重要影響。研究表明，提高齒輪的表面質量，可以達到以下效果：改善噪聲水平[81-83]，如圖10所示；減小摩擦和磨損[82-83]；提升抗疲勞強度[83]。

與軸承相比，齒輪的齒廓形狀更復雜，齒面各點均勻去除的難度更大。目前，工業上主要采用磨削和珩磨技術來終加工齒輪表面。磨削后齒輪的表面粗糙度可以達到0.5 μm[84]，珩磨后的齒輪表面粗糙度可以達到0.2 μm[85]。由于熱力耦合作用，加工后的齒輪表面存在一些缺陷（如裂紋、劃痕），這可能會影響齒輪的使役性能和壽命。為了進一步提高齒輪的精度和表面質量，研究人員針對性地發展了多種精密和超精密拋光技術（如磨粒流拋光、磁流變拋光、力流變拋光、電化學機械拋光等），下面分別作簡要介紹。

圖9 齒輪在航天器中的應用

圖10 齒輪表面粗糙度h與聲壓級之間的關系（經SAGE同意后復制自文獻[81]）

2.1 磨粒流拋光

目前，工業界采用磨粒流拋光來去除齒輪表面的毛刺，提高了表面質量。磨粒流拋光采用黏彈性磨料作為拋光介質，在壓力作用下對工件表面進行反復刻劃去除，實現了表面質量的提升[86]。長春理工大學李俊燁研究團隊[87]開展了齒輪磨粒流拋光研究，針對直齒內齒輪，研究了關鍵工藝參數的影響規律，實驗結果表明，在入口速度為60 m/s、磨料質量分數為40%、磨料粒徑為400目、加工次數為40的條件下，齒輪的表面粗糙度降至0.361 μm。印度理工學院Petare等[88]采用磨粒流拋光提升了直齒輪的微觀幾何形狀和表面質量，實驗結果表明，采用黏度為135 kPa·s的介質拋光25 min后，其微觀幾何形狀得到改善，表面裂紋、切削紋路、熱變形被消除，表面粗糙度從1.7 μm降至0.57 μm。印度理工學院Venkatesh等[89]將超聲引入磨粒流拋光中，發展了超聲輔助磨粒流拋光技術。相較于傳統的磨粒流拋光技術，在引入超聲后，磨粒會以更高的速度去除工件表面的微粗糙峰，同時有效磨粒數增加，表面質量的改善效率得到提高。

由于磨粒流拋光通常采用碳化硅等硬質磨粒，存在硬度大、邊緣不規則等缺陷，因此其精度和表面質量有待進一步提高。

2.2 流變拋光

研究人員采用磁流變拋光和力流變拋光來提高齒輪表面質量。如圖11a所示，印度理工學院Kumar等[90-93]針對性地研制了一種新型限流器，并應用于齒輪磁流變拋光。從外形上看，該限流器是齒輪的復制陰模。在拋光時，在液壓缸作用下磁流變液會上下連續流動。將永磁體固定安裝在黃銅材質的工件夾具周圍，以提供磁場。當磁流變液經過齒輪與限流器之間的有限空間時，在磁場作用下磁流變液瞬時變成柔性拋光頭，剪切去除齒輪表面材料。其中，磁流變拋光液的組分（均以體積分數計）：800#鐵微粒（22%）、800#碳化硅磨粒（15%）、油脂（10%）、石蠟（53%）。實驗結果表明，未使用限流器時，拋光后齒輪的表面粗糙度為46.1 nm；使用限流器后，齒輪的表面粗糙度從265 nm降至24.1 nm，且沿著漸開線齒廓更為均勻[90]。在此基礎上，為了進一步改善均勻性，增加1個三相感應電機，用于在拋光時使永磁體旋轉運動。實驗結果表明，未使用限流器時，拋光后齒根、齒中、齒頂、端面的表面粗糙度分別為22.1、34.3、46.5、19.6 nm，且其表面存在孔洞、劃痕、凹坑等缺陷；使用限流器后，拋光后齒輪的齒根、齒中、齒頂、端面的表面粗糙度分別為24.3、24.5、23.9、25.2 nm，齒面更加均勻，且無變形[92]。

如圖11b所示，越南胡志明工業大學Nguyen等[94]使用自制的力流變拋光裝置對齒輪進行了拋光，拋光液組分為多羥基聚合物和5000#金剛石（質量分數25%），研究了主要的工藝參數對齒輪表面粗糙度的影響，如齒輪與拋光液池內壁的間距、拋光液速度、齒輪傾角，其中對齒輪表面粗糙度的影響較大。在此基礎上，采用多響應優化法對工藝參數進行了優化。當為15 mm，為1.5 m/s，為32°時，齒輪的表面粗糙度最小可以達到13 nm。

圖11 齒輪流變拋光技術（經Elsevier同意后復制自文獻[92, 94]）

2.3 電化學機械拋光

華東理工大學易建軍等[82]采用脈沖電化學機械拋光技術對齒輪進行了拋光，拋光裝置主要由陽極齒輪工件、陰極齒輪和珩磨齒輪組成，在拋光時，陽極齒輪工件與陰極齒輪之間充滿了電解質液，在脈沖電場的作用下，陽極齒輪工件表面首先形成一層薄的鈍化膜，然后被珩磨齒輪去除，在拋光后，齒輪的表面粗糙度可以達到0.1 μm。新疆大學阿達依·謝爾亞孜旦等[95]將電化學光整技術應用于螺旋錐齒輪拋光，表面粗糙度達到0.1 μm，加工精度由DIN10提高至DIN7。由此可見，齒輪電化學機械拋光技術需要繼續深入研究，不斷提高其精度和表面質量。

3 陀螺儀諧振子超精密拋光技術

陀螺儀可以簡單分為機械陀螺儀、光學陀螺儀、振動陀螺儀等[96-97]。如圖12a[5]所示，以半球諧振子陀螺儀為代表的振動陀螺儀具有抗干擾能力強、穩定時間快、體積小、成本低等優點，已經逐步應用于衛星等的姿態控制。如圖12b[98]所示，半球諧振子陀螺儀主要由諧振子、基座、電極等組成，它利用球殼表面上彈性駐波的慣性效應來精確測量角速度。

諧振子的精度和表面質量對其使役性能具有重要影響。Lin等[99-100]研究了諧振子的表面粗糙度與品質因素的關系。使用4種氟化物（MgF2、CaF2、SrF2、LiF）制作了直徑約為12 mm的回音壁式諧振子，并利用磨削和拋光工藝獲得了不同的表面粗糙度。如圖13所示，實驗結果和理論公式均表明，當表面粗糙度均方根值降低1個量級時，品質因素可以提升約2個量級。

圖12 半球諧振子陀螺儀

此外，諧振子的質量分布也對使役性能具有重要影響。McWilliam等[101]分析了一個具有個節徑的非理想圓環的頻率裂解Δ，如式（1）所示。

式中：0n為理想圓環的固有頻率；0為理想圓環的質量；α為徑向和切向振幅比；m和?分別為第個附加質量及其方位角度。

可以看出，當樣品為理想圓環時，頻率裂解為0。然而，受限于加工工藝，諧振子會出現幾何形狀不對稱、質量分布不均勻等現象，產生了頻率裂解。

圖13 諧振子的表面粗糙度與品質因素之間的關系[99-100]（經The Optical Society同意后復制自文獻[99]）

為了使陀螺儀具有優異的工作性能，諧振子需要具有高的精度、表面質量及質量分布均勻性。北京航天控制儀器研究所徐志強等[102]提出，石英半球諧振子的面型精度應小于0.5 μm，內外球面和支撐桿的同心度應小于0.5 μm，表面粗糙度應小于0.025 μm，品質因數應高于107，頻率裂解應小于0.01 Hz，質量分布不平衡差異應小于0.1 mg。

目前，主要采用以下工藝流程來制造諧振子：粗磨成型、精密磨削、研磨拋光、化學腐蝕、質量調平、表面鍍膜[102]。其中，拋光主要用于提高諧振子的精度和表面質量，質量調平主要用于提高諧振子的質量分布均勻性。

3.1 流變拋光

研究人員發展了磁流變和力流變拋光技術，用于諧振子的超精密加工。如圖14a所示，哈爾濱工業大學陳明君研究團隊[103-104]為了克服傳統磁流變拋光技術無法加工小曲率半徑凹面的缺點，研制了一臺具有新型結構的四軸聯動磁流變拋光設備，該設備搭載了一個小球端永磁拋光頭。使用該設備對石英半球諧振子進行拋光，拋光后球度達到1.3 μm，表面粗糙度小于0.018 μm。

如圖14b所示，浙江工業大學袁巨龍研究團隊[105]在自制的STP?1型試驗樣機上，使用力流變拋光技術分別對石英半球諧振子的內外表面進行了拋光，采用浸入式拋光外表面，采用切入式拋光內表面。在拋光后，工件外表面粗糙度由135.5 nm降至6.6 nm，內表面粗糙度由128.2 nm降至9 nm，表面無明顯缺陷。

圖14 諧振子流變拋光技術

3.2 質量調平

研究人員發展了多種質量調平技術，如機械、化學、飛秒激光、離子束等。其中，飛秒激光和離子束的精度較高，獲得了廣泛關注[106]。

飛秒激光具有極高的峰值功率、超短的脈沖寬度，可以減少傳統激光帶來的熱效應，逐漸被應用于諧振子的質量調平。北京理工大學姜瀾研究團隊[107]提出對飛秒激光進行空域整形，用于半球諧振子質量調平，可以實現“毫克—微克—納克——皮克”跨尺度精密質量調平，相關實驗結果表明，頻率裂解可以修調至8 mHz左右，修調分辨率可以達到0.5 mHz。國防科技大學肖定邦研究團隊[108-110]研究了諧振子的飛秒激光質量調平。通過優化工藝參數，諧振子的頻率裂解降至70 mHz以下，其與響應頻率的比值降至16×106，品質因素（能量的比值）達到1.18×106[110]。

離子束刻蝕主要利用物理濺射效應逐點去除表面材料，具有精度高、對基體材料影響小等優點，被逐漸應用于諧振子的質量調平。清華大學Zhang等[111]在真空下采用離子束刻蝕對諧振子進行了修調，實驗結果表明，諧振子的頻率裂解從0.917 20 Hz降至0.000 457 Hz。

4 反射鏡超精密拋光技術

如圖15所示，反射鏡是太空望遠鏡、空間高分辨率相機、空間激光雷達系統等的重要部件。依據材質的不同，可以將反射鏡簡單分為金屬反射鏡和非金屬反射鏡。金屬反射鏡（如鋁基反射鏡）具有材料可加工性好、容易實現高輕量化等優點。非金屬反射鏡（如SiC反射鏡）具有較高的彈性模量，較低的熱膨脹系數和密度，較高的光學反射率等優點。

光學反射率是衡量反射鏡性能的重要指標之一，表面粗糙度是影響光學反射率的關鍵因素。Beckman標量散射理論反映了表面粗糙度與散射損耗之間的關系[116]，如式（2）所示。

式中；R為散射損耗；0為理想光學表面無散射的反射率；為表面粗糙度；0為入射介質的折射率；為光波波長。

由式（2）可知，當表面粗糙度增大時，散射損耗隨之增大，這會影響反射鏡的成像效果。

目前，單點金剛石車削技術廣泛應用于反射鏡加工。單點金剛石車削可以快速改善面型精度和表面粗糙度。然而，受限于加工原理，單點金剛石車削后的表面不可避免地會產生小尺度波紋，引發光柵效應，增加反射鏡的散射損耗，從而影響成像效果[117]。為了去除車削紋路（如圖16所示），研究人員在單點金剛石車削后引入了磁流變拋光、計算機控制光學表面成型，提出了“單點金剛石車削→磁流變拋光→計算機控制光學表面成型”的加工方案。其中，計算機控制光學表面成型技術與化學機械拋光技術在材料微觀去除機理上基本一致，兩者均利用化學反應和機械力的協同作用。傳統的化學機械拋光技術主要用于集成電路、硬盤、半導體照明襯底等平面的平坦化加工，而計算機控制光學表面成型技術進一步耦合了數控技術，用于光學曲面的加工。國防科技大學胡皓等[118]采用上述加工方案對由鋁合金基底和Ni?P涂層構成的反射鏡進行了超精密加工。在經單點金剛石車削后的表面可以觀察到明顯的彩虹條紋現象，使用含有氧化鈰磨粒的磁流變拋光液拋光后，彩虹條紋消失，繼續使用計算機控制光學表面成型拋光后，表面粗糙度降至0.385 nm，反射率提升。進一步地對孔徑為370 mm的拋物面反射鏡進行加工，其面形精度RMS從338.684 nm降至21.267 nm，表面粗糙度達到0.61 nm。德國弗朗霍夫應用光學與精密工程研究所Kinast等[119]對Al6061鋁合金反射鏡進行了加工，經最后一道化學機械拋光工序后，表面粗糙度RMS降至1～5 nm，面形精度RMS達到35 nm。德國弗朗霍夫應用光學與精密工程研究所Beier等[120]對一塊直徑為320 mm的鋁基鍍鎳自由曲面反射鏡進行了加工，在磁流變拋光修形后，其面形精度RMS小于λ/40 nm，在終拋光結束后，其表面粗糙度RMS低于1 nm。

圖15 反射鏡及其應用

圖16 “單點金剛石車削→磁流變拋光→計算機控制光學表面成型”加工反射鏡[119-122]（經SPIE同意后復制自參考文獻[119-120, 122]）

在此基礎上，研究人員將單點金剛石車削與磁流變拋光、計算機控制光學表面成型（數控?化學機械拋光）中任意一種靈活組合?？ú匚㈦娮庸綧oeggenborg等[123]將金剛石飛切與化學機械拋光組合，用于加工直徑為50.8 mm的6061?T6鋁鏡平面，拋光后其表面粗糙度達到0.39 nm。

為了適應不同的加工需求，研究人員研發了一些新型的拋光技術，如氣囊拋光、射流拋光、等離子體拋光等，并且根據反射鏡的特性，針對性地發展了加工方案。日本中部大學的Beaucamp等[124]針對硬X射線望遠鏡中的非球面鏡子，提出了“單點金剛石車削→射流拋光→氣囊拋光”的加工方案，在一臺七軸數控機床上依次開展射流拋光和“連續進動”氣囊拋光。對直徑50 mm的Ni?P鍍膜的A7075鋁合金反射鏡進行了加工，在射流拋光后面形誤差PV降至27 nm，經氣囊拋光后其表面粗糙度RMS降至0.28 nm。

為了進一步提高面型精度，研究人員在拋光后引入了離子束修形。國防科技大學戴一帆研究團隊[125-127]針對離子束修形技術開展了大量的研究工作，形成了亞納米精度離子束修形理論、裝備和工藝，提出了材料添加和去除相結合的制造方法，發展了全頻段誤差一致收斂的工藝，在微電子、空間光學、激光聚變等領域獲得了廣泛應用。德國弗勞恩霍夫應用光學與精密工程研究所Risse等[6]為了加工適用于可見光和紫外線范圍的超光滑金屬反射鏡，在單點金剛石車削和拋光的基礎上，增加了一道離子束修形，從而提高了工件的局部面型精度。

由于反射鏡涉及眾多材料（包括鋁合金、Ni?P鍍膜、單晶硅、碳化硅、光學玻璃等），因此針對一些利用化學反應的拋光技術（如計算機控制光學表面成型、氣囊拋光），需要充分考慮材料的物化特性，針對性地開發專用的拋光液，以實現表面的高質、高效拋光。

5 結語

簡要總結了軸承、齒輪、陀螺儀諧振子、反射鏡等空間基礎零部件的超精密拋光技術。隨著空間技術的高速發展，特別是面向一些極端工況條件，對空間基礎零部件的精度和表面質量要求會不斷提高，加工精度會逐漸從亞微米級、納米級提升至亞納米級、原子級，為此，必須深入理解現有超精密拋光技術的加工原理，一方面繼續挖掘現有拋光技術的潛力，另一方面發展新型的拋光技術。

1）空間基礎零部件的面形和材料都非常復雜，為了實現高質、高效加工，可以從以下幾個方面努力。將多種超精密拋光技術整合起來，形成一整套加工方案，例如，空間反射鏡常用“單點金剛石車削→磁流變拋光→計算機控制光學表面成型”的加工方案，通過單點金剛石車削和磁流變拋光快速獲得高的面型精度和低的表面粗糙度，通過計算機控制光學表面成型去除表面缺陷，進一步降低表面粗糙度。為了提高整體加工效率，需要做好各道工序之間的銜接配合。針對某種拋光技術，進一步耦合多種能場（如力、熱、光、電、磁等），形成一種新的拋光技術，比如力流變拋光，它是一種新型的柔性拋光技術，具有良好的面形適應性。然而，該技術主要利用柔性固著磨具的剪切力實現材料的去除，其本質上仍是機械刻劃去除，極有可能造成表面劃痕和亞表面損傷。為了進一步提高表面完整性，可以耦合化學作用或者電化學作用，發展形成化學?力流變拋光技術、電化學?力流變拋光技術，利用化學反應、電化學反應與剪切力之間的協同作用去除表面反應膜，達到不損傷基體的目的。為了獲得良好的加工效果，需要研究調控多場之間的協同作用。利用微觀粒子的物理濺射效應，逐點去除表面材料（如離子束拋光），該技術通常用于精度要求極高的光學鏡面的最后一道工序，需要研究精度生成的影響機制，進一步提高加工精度。

2）空間基礎零部件的材料通常包含多種元素和金相組織，比如9Cr18Mo不銹軸承鋼廣泛用于制造空間軸承，其主要元素包括Fe、Cr、Mo，金相組織包括馬氏體、殘余奧氏體、碳化物，不同元素與金相組織之間的物化性質差異較大，若采用單一的機械作用，從微觀角度來看，很難實現零部件異質表面同步去除。由此可見，多場輔助拋光技術逐漸成為發展趨勢，通過化學、機械、電場等多場之間的協同作用消除不同元素與金相組織之間的去除差異，實現同步去除，獲得高的精度和表面質量。為了獲得最優拋光效果，需要從納米摩擦學角度入手，深入理解材料的微觀去除機理，探明元素和金相組織物化差異的本征來源，闡明去除過程中表面原子和分子的遷移行為和規律，揭示表面差異性同步去除機理及多場協同作用機理。

3）當加工精度進一步發展至原子級時，傳統的拋光機理和工藝可能存在局限或者不再適用，需要進一步深入到量子力學，研究分子與原子間的作用力。在此基礎上，進一步發展新型加工技術，如基于掃描探針顯微鏡的單原子層摩擦化學去除。

[1] 雍青松, 馬國政, 王海斗, 等. 空間裝備摩擦學部件服役工況分析[J]. 潤滑與密封, 2016, 41(12): 125-128.

YONG Qing-song, MA Guo-zheng, WANG Hai-dou, et al. Analysis on Service Conditions of Frictional Parts in Space Equipment[J]. Lubrication Engineering, 2016, 41(12): 125-128.

[2] 卿濤, 周寧寧, 周剛, 等. 空間摩擦學在衛星活動部件軸系的應用研究現狀及發展[J]. 潤滑與密封, 2015, 40(2): 100-108.

QING Tao, ZHOU Ning-ning, ZHOU Gang, et al. Appli-cation Research Status and Development of Space Tribology in Shafting of Satellite Moving Parts[J]. Lubri-cation Engineering, 2015, 40(2): 100-108.

[3] Luoyang Bearing Research Institute Co Ltd. ZYS Main Products[EB/OL]. [2022-10-14]. https://www.zys-bearing.com.

[4] Harmonic Drive SE. Maximum Torque Capacity with Lifelong Precision[EB/OL]. [2022-10-14]. https://harmonicdrive. de/en/product/gear-component-sets/csg-2a.

[5] Wikipedia. Hemispherical Resonator Gyroscope[EB/OL]. [2022-10-14]. https://en.wikipedia.org/wiki/Hemispherical_ resonator_gyroscope.

[6] RISSE S, GEBHARDT A, DAMM C, et al. Novel TMA Telescope Based on Ultra Precise Metal Mirrors[C]// Proc SPIE 7010, 2008: 701016.

[7] CGTN. China Willing to Expand Intl Cooperation in Space Station, Joint Flight[EB/OL]. (2021-06-16)[2022- 10-14]. https://news.cgtn.com/news/2021-06-16/China-willing- to-expand-intl-cooperation-in-space-station-118AZud3QsM/index.html.

[8] China National Space Administration. Chang'e 5 Lands on Moon, Starts Surface Operations[EB/OL]. (2020-12-02)[2022-10-14]. http://www.cnsa.gov.cn/english/n6465652/n6465653/ c6810692/content.html.

[9] China.org.cn. Wukong: On an Explorative Journey to the Outer Space[EB/OL]. (2018-01-22)[2022-10-14]. http://www. china.org.cn/china/2018-01/22/content_50268288.htm.

[10] Institute of High Energy Physics of Chinese Academy of Sciences. The Next Generation Large Space Observatory eXTP Kicks off[EB/OL]. (2018-07-04)[2022-10-14]. http://english.ihep.cas.cn/nw/han/y18/201807/t20180704_298169.html.

[11] Tederic. Tederic Played a Role in the Completion of China’s Shenzhou Manned Spacecraft-14 Mission[EB/OL].(2022-07-10)[2022-10-14]. https://www.tedericglobal.com/ news/tederic-played-a-role-in-the-completion-of-china-s-shenzhou-manned-spacecraft--14-mission.html.

[12] 張森, 石軍, 王九龍. 衛星在軌失效統計分析[J]. 航天器工程, 2010, 19(4): 41-46.

ZHANG Sen, SHI Jun, WANG Jiu-long. Satellite On-Board Failure Statistics and Analysis[J]. Spacecraft Engineering, 2010, 19(4): 41-46.

[13] GURRISI Charles, SEIDEL Raymond, DICKERSON Scott, et al. Space Station Control Moment Gyroscope Lessons Learned[C]// Proceedings of the 40th Aerospace Mechanisms Symposium, 2010: 161-176.

[14] FANG Feng-zhou, ZHANG Nan, GUO Dong-ming, et al. Towards Atomic and Close-to-Atomic Scale Manufact-uring[J]. International Journal of Extreme Manufacturing, 2019, 1(1): 012001.

[15] ZHANG Zhi-yu, YAN Ji-wang, KURIYAGAWA T. Manufacturing Technologies Toward Extreme Precision[J]. International Journal of Extreme Manufacturing, 2019, 1(2): 022001.

[16] 王國彪, 賴一楠, 盧秉恒, 等. “納米制造的基礎研究”重大研究計劃結題綜述[J]. 中國科學基金, 2019, 33(3): 261-274.

WANG Guo-biao, LAI Yi-nan, LU Bing-heng, et al. Review of the Achievements of Major Research Plan on "Fundamental Research on Nanomanufacturing"[J]. Bulletin of National Natural Science Foundation of China, 2019, 33(3): 261-274.

[17] FANG Feng-zhou. Atomic and Close-to-Atomic Scale Manufacturing: Perspectives and Measures[J]. International Journal of Extreme Manufacturing, 2020, 2(3): 5-18.

[18] 房豐洲. 原子及近原子尺度制造——制造技術發展趨勢[J]. 中國機械工程, 2020, 31(9): 1009-1021.

FANG Feng-zhou. On Atomic and Close-to-Atomic Scale Manufacturing—Development Trend of Manufacturing Technology[J]. China Mechanical Engineering, 2020, 31(9): 1009-1021.

[19] GAO Jian, LUO Xi-chun, FANG Feng-zhou, et al. Funda-mentals of Atomic and Close-to-Atomic Scale Manufac-turing: A Review[J]. International Journal of Extreme Manufacturing, 2022, 4(1): 012001.

[20] HOU Xin, LI Jing-yang, LI Yuan-zhe, et al. Intermo-lecular and Surface Forces in Atomic-Scale Manufac-turing[J]. International Journal of Extreme Manufacturing, 2022, 4(2): 022002.

[21] SKF. New! SKF Aerospace catalogue[EB/OL]. [2022-10-14]. https://www.skf.com/us/industries/aerospace.

[22] YIN Xian-bo, XU Yang, SHENG Xiao-wei, et al. Signal Denoising Method Using AIC-SVD and Its Application to Micro-Vibration in Reaction Wheels[J]. Sensors, 2019, 19(22): 5032.

[23] KINGSBURY E, SCHRITZ B, PRAHL J. Parched Elasto Hydrodynamic Lubrication Film Thickness Measurement in an Instrument Ball Bearing[J]. Tribology Transactions, 1990, 33(1): 11-14.

[24] WANG S, HU Y Z, WANG W Z, et al. Transition of Frictional States and Surface Roughness Effects in Lubricated Contacts[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 2008, 222(3): 407-414.

[25] ZHU Dong, WANG Jia-xu, REN Ning, et al. Mixed Elastohydrodynamic Lubrication in Finite Roller Contacts Involving Realistic Geometry and Surface Roughness[J]. Journal of Tribology, 2012, 134(1): 011504-011504-10.

[26] MOHD YUSOF N F, RIPIN Z M. Analysis of Surface Parameters and Vibration of Roller Bearing[J]. Tribology Transactions, 2014, 57(4): 715-729.

[27] PANG Gui-bing, QI Xue-zhi, MA Qin-yi, et al. Surface Roughness and Roundness of Bearing Raceway Machined by Floating Abrasive Polishing and Their Effects on Bearing's Running Noise[J]. Chinese Journal of Mecha-nical Engineering, 2014, 27(3): 543-550.

[28] UEDA T, MITAMURA N. Mechanism of Dent Initiated Flaking and Bearing Life Enhancement Technology under Contaminated Lubrication Condition. Part Ⅱ: Effect of Rolling Element Surface Roughness on Flaking Resulting from Dents, and Life Enhancement Technology of Rolling Bearings under Contaminated Lubrication Condition[J]. Tribology International, 2009, 42(11/12): 1832-1837.

[29] 周芬芬, 袁巨龍, 姚蔚峰, 等. 精密球超精密加工技術的研究進展[J]. 中國機械工程, 2019, 30(13): 1528- 1539.

ZHOU Fen-fen, YUAN Ju-long, YAO Wei-feng, et al. Review on Ultra-Precision Machining Technology of Precision Balls[J]. China Mechanical Engineering, 2019, 30(13): 1528-1539.

[30] 姚蔚峰, 袁巨龍, 鐘美鵬, 等. 圓柱滾子外圓精密加工技術綜述[J]. 中國機械工程, 2019, 30(10): 1195-1206.

YAO Wei-feng, YUAN Ju-long, ZHONG Mei-peng, et al. Review on Precision Machining Technology for Outer Diameters of Cylindrical Rollers[J]. China Mechanical Engineering, 2019, 30(10): 1195-1206.

[31] YUAN Ju-long, CHEN L N, ZHAO Ping, et al. Study on Sphere Shaping Mechanism of Ceramic Ball for Lapping Process[J]. Key Engineering Materials, 2004, 259/260: 195-200.

[32] 趙萍, 鄧乾發, 王志偉, 等. 精密球新型研磨方式的仿真研究[J]. 航空精密制造技術, 2005, 41(3): 9-12.

ZHAO Ping, DENG Qian-fa, WANG Zhi-wei, et al. Simulation Study on the Developed Eccentric V-Groov-eslapping Mode for Precise Ball[J]. Aviation Precision Manufacturing Technology, 2005, 41(3): 9-12.

[33] YUAN Ju-long, WANG Z W, LV Bing-hai, et al. Simulation Study on the Developed Eccentric V-Grooves Lapping Mode for Precise Ball[J]. Key Engineering Materials, 2006, 304-305: 300-304.

[34] WANG Zhi-wei, LV Bing-hai, YUAN Ju-long, et al. On the Evaluation of Lapping Uniformity for Precision Balls[J]. Key Engineering Materials, 2009, 416: 558-562.

[35] ZHAO Ping, GUO Wei-gang, FENG Ming, et al. A Novel Lapping Method for High Precision Balls Based on Variable-Radius V-Groove[J]. Journal of Micro and Nano-Manufacturing, 2013, 1(4): 041007.

[36] ZHOU Fen-fen, YUAN Ju-long, LYU Bing-hai, et al. Kinematics and Trajectory in Processing Precision Balls with Eccentric Plate and Variable-Radius V-Groove[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2016, 84(9): 2167-2178.

[37] 周芬芬. 變曲率溝槽球體加工方式及其成球機理研究[D]. 杭州: 浙江工業大學, 2016: 17-32 .

ZHOU Fen-fen. Research on Sphere-Shaping Mechanism and Precision Balls Processing with Variable-Radius Groove[D]. Hangzhou: Zhejiang University of Technology, 2016: 17-32.

[38] ZHOU Fen-fen, YAO Wei-feng, YUAN Ju-long, et al. Experimental Study on Lapping Ceramic Balls with Variable-Radius Groove Plate[J]. Advances in Mechanical Engineering, 2021, 13(7): 168781402110334.

[39] YU Wei, LV Bing-hai, YUAN Ju-long, et al. Analysis of the Kinematic Model for Cylindrical Parts in Double- Sided Lapping Process[J]. International Journal of Nano-manufacturing, 2014, 10(3): 295.

[40] YUAN Ju-long, YAO Wei-feng, ZHAO Ping, et al. Kinematics and Trajectory of Both-Sides Cylindrical Lapping Process in Planetary Motion Type[J]. Internat-ional Journal of Machine Tools and Manufacture, 2015, 92: 60-71.

[41] 姚蔚峰. 基于圓柱面加工軌跡均勻包絡原理的高精度軸承圓柱滾子高一致性加工方法研究[D]. 杭州: 浙江工業大學, 2015: 18-37.

YAO Wei-feng. Study on Processing Method for High Precision Bearing Rollers with High Consistency Based on Uniform Distribution of Cylindrical Processing Trajec-tory[D]. Hangzhou: Zhejiang University of Technology, 2015: 18-37.

[42] YAO Wei-feng, YUAN Ju-long, ZHOU Fen-fen, et al. Trajectory Analysis and Experiments of Both-Sides Cylindrical Lapping in Eccentric Rotation[J]. The Interna-tional Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2017, 88(9): 2849-2859.

[43] 陳洋, 任成祖, 鄧曉帆, 等. 基于雙盤直槽研磨的圓柱滾子自轉運動研究[J]. 工程設計學報, 2021, 28(2): 179-189.

CHEN Yang, REN Cheng-zu, DENG Xiao-fan, et al. Research on Rotating Motion of Cylindrical Roller Based on Double-Disc Straight Groove Grinding[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2021, 28(2): 179-189.

[44] 梁磊, 陳光, 張婧, 等. 圓錐滾子雙盤研磨工作面求解與形面分析[J]. 機械工程學報, 2021, 57(13): 252-261.

LIANG Lei, CHEN Guang, ZHANG Jing, et al. Theor-etical Solution and Profile Analysis of Working Surface for Double-Disk Grinding of Tapered Roller[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2021, 57(13): 252-261.

[45] YUAN J L, Lü B H, LIN X, et al. Research on Abrasives in the Chemical-Mechanical Polishing Process for Silicon Nitride Balls[J]. Journal of Materials Processing Techn-ology, 2002, 129(1/2/3): 171-175.

[46] ZHU Cong-rong, LV Bing-hai, YUAN Ju-long. Research on Mechanism of Chemical Mechanical Polishing Process for Silicon Nitride Balls with CeO2Abrasive[J]. Advanced Materials Research, 2008, 53/54: 131-136.

[47] 朱從容, 呂冰海, 袁巨龍. 氮化硅陶瓷球化學機械拋光機理的研究[J]. 中國機械工程, 2010, 21(10): 1245-1249.

ZHU Cong-rong, LYU Bing-hai, YUAN Ju-long. Mech-anism of Chemo-Mechanical Polishing Process for Silicon Nitride Balls[J]. China Mechanical Engineering, 2010, 21(10): 1245-1249.

[48] JIANG Liang, HE Yong-yong, LUO Jian-bin. Chemical Mechanical Polishing of Steel Substrate Using Colloidal Silica-Based Slurries[J]. Applied Surface Science, 2015, 330: 487-495.

[49] JIANG Liang, YAO Wei-feng, HE Yong-yong, et al. An Experimental Investigation of Double-Side Processing of Cylindrical Rollers Using Chemical Mechanical Polishing Technique[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2016, 82(1): 523-534.

[50] LIU Jin-wei, JIANG Liang, DENG Chang-bang, et al. Effect of Oxide Film on Nanoscale Mechanical Removal of Pure Iron[J]. Friction, 2018, 6(3): 307-315.

[51] LIU Jin-wei, JIANG Liang, WU Han-qiang, et al. 5-Methyl-1H-Benzotriazole as an Effective Corrosion Inhibitor for Ultra-Precision Chemical Mechanical Polishing of Bearing Steel[J]. Journal of the Electrochemical Society, 2020, 167(13): 131502.

[52] WU Han-qiang, JIANG Liang, LIU Jin-wei, et al. Efficient Chemical Mechanical Polishing of AISI 52100 Bearing Steel with TiSol-NH4Dispersion-Based Slurries[J]. Tribology Letters, 2020, 68(1): 34.

[53] LIU Jin-wei, JIANG Liang, WU Han-qiang, et al. Performance of Carboxyl Groups in Chemical Mechanical Polishing of GCr15 Bearing Steel: Effects of Carbon Chain Length and pH[J]. Tribology Letters, 2021, 69(4): 161.

[54] WU Han-qiang, JIANG Liang, ZHONG Xia, et al. Exploring the Role of –NH2Functional Groups of Ethyle-nediamine in Chemical Mechanical Polishing of GCr15 Bearing Steel[J].Friction, 2021, 9(6): 1673-1687.

[55] ZHAO Ting, JIANG Liang, LIU Jin-wei, et al. Potassium Persulfate as an Effective Oxidizer for Chemical Mecha-nical Polishing of GCr15 Bearing Steel[J]. Journal of Applied Electrochemistry, 2021, 51(5): 803-814.

[56] 仲夏. 氧化與絡合協同作用對典型鐵基材料微觀去除的影響機理研究[D]. 成都: 西南交通大學, 2021: 37-55.

ZHONG Xia. Study on Synergistic Effect of Oxidation and Complexation on the Micro-Removal Mechanism of Typical Iron-Based Materials[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2021: 37-55.

[57] LIU Jin-wei, HAO Pan, JIANG Liang, et al. Novel Eco- Friendly Slurries for Chemical Mechanical Polishing of GCr15 Bearing Steel[J]. Tribology Letters, 2022, 70(3): 67.

[58] LIU Jin-wei, JIANG Liang, QIAN Lin-mao. Achievement of Sub-Nanometer Surface Roughness of Bearing Steel via Chemical Mechanical Polishing with the Synergistic Effect of Heterocyclic Compounds Containing N and S[J]. Journal of Applied Electrochemistry, 2022, 52(2): 357-373.

[59] LIU Jin-wei, JIANG Liang, XIAO Gang-guo, et al. High-Performance Chemical Mechanical Polishing of GCr15 Bearing Steel Enabled by the Synergistic Action of Oxalic Acid and H2O2[J]. Journal of Solid State Electro-chemistry, 2022, 26(3): 809-820.

[60] XU Wen-ji, WEI Ze-fei, SUN Jing, et al. Surface Quality Prediction and Processing Parameter Determination in Electrochemical Mechanical Polishing of Bearing Rollers[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2012, 63(1): 129-136.

[61] WEI Ze-fei, XU Wen-ji, TAO Bin, et al. Crown Shaping Technique of Bearing Raceway by Electrochemical Mechanical Machining[J]. International Journal of Electr-ochemical Science, 2013, 8(2): 2238-2253.

[62] 袁巨龍, 邵琦, 呂冰海, 等. 基于流變原理的柔性接觸拋光材料去除模型綜述[J]. 機械工程學報, 2020, 56(3): 169-180.

YUAN Ju-long, SHAO Qi, LYU Bing-hai, et al. Review on Material Removal Model of Flexible Contact Polishing Based on Rheological Principle[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2020, 56(3): 169-180.

[63] LI Min, LYU Bing-hai, YUAN Ju-long, et al. Shear- Thickening Polishing Method[J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2015, 94: 88-99.

[64] 李敏. 剪切增稠拋光方法的基礎研究[D]. 長沙: 湖南大學, 2015: 26-64.

LI Min. Fundamental Research on Shear-Thickening Polishing Method[D]. Changsha: Hunan University, 2015: 26-64.

[65] 李敏, 袁巨龍, 呂冰海. 剪切增稠拋光磨料液的制備及其拋光特性[J]. 光學精密工程, 2015, 23(9): 2513-2521.

LI Min, YUAN Ju-long, LYU Bing-hai. Preparation of Shear Thickening Polishing Abrasive Slurries and Their Polishing Properties[J]. Optics and Precision Engineering, 2015, 23(9): 2513-2521.

[66] 李敏, 袁巨龍, 呂冰海, 等. 剪切增稠拋光加工Si3N4陶瓷的試驗研究[J]. 華南理工大學學報(自然科學版), 2015, 43(9): 113-120.

LI Min, YUAN Ju-long, LYU Bing-hai, et al. Experim-ental Investigation into Si3N4Ceramics Machined via Shear-Thickening Polishing Method[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2015, 43(9): 113-120.

[67] LI Min, LYU Bing-hai, YUAN Ju-long, et al. Evolution and Equivalent Control Law of Surface Roughness in Shear-Thickening Polishing[J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2016, 108: 113-126.

[68] 李敏, 呂冰海, 袁巨龍, 等. 剪切增稠拋光的材料去除數學模型[J]. 機械工程學報, 2016, 52(7): 142-151.

LI Min, LYU Bing-hai, YUAN Ju-long, et al. Material Removal Mathematics Model of Shear Thickening Polishing[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2016, 52(7): 142-151.

[69] DAI Wei-tao, LI Min, SUN Lei, et al. Experimental Study on Shear Thickening Polishing Method for Curved Surface[J]. International Journal of Nanomanufacturing, 2017, 13(1): 81.

[70] 李敏, 袁巨龍, 呂冰海, 等. Si3N4陶瓷的剪切增稠拋光[J]. 機械工程學報, 2017, 53(9): 193-200.

LI Min, YUAN Ju-long, LYU Bing-hai, et al. Shear- Thickening Polishing of Si3N4Ceramics[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(9): 193-200.

[71] LI Min, HUANG Zhen-rong, DONG Ting, et al. Surface Integrity of Bearing Steel Element with a New High- Efficiency Shear Thickening Polishing Technique[J]. Procedia CIRP, 2018, 71: 313-316.

[72] 王旭, 趙萍, 呂冰海, 等. 滾動軸承工作表面超精密加工技術研究現狀[J]. 中國機械工程, 2019, 30(11): 1301-1309.

WANG Xu, ZHAO Ping, LYU Bing-hai, et al. Research Status of Ultra-Precision Machining Technologies for Working Surfaces of Rolling Bearings[J]. China Mechanical Engineering, 2019, 30(11): 1301-1309.

[73] XIAO Xiao-lan, LI Guang-xian, MEI Hai-juan, et al. Polishing of Silicon Nitride Ceramic Balls by Clustered Magnetorheological Finish[J]. Micromachines, 2020, 11(3): 304.

[74] 張占立, 張運瑞, 葉秀玲, 等. 氮化硅陶瓷滾子磁流變與超聲波復合拋光技術[J]. 河南科技大學學報(自然科學版), 2014, 35(4): 13-17.

ZHANG Zhan-li, ZHANG Yun-rui, YE Xiu-ling, et al. Magnetorheological-Ultrasonic Technology for Polisiing Si3N4Ceramic Roller[J]. Journal of Henan University of Science & Technology (Natural Science), 2014, 35(4): 13-17.

[75] 陳鋼, 高賢淵, 趙治愷, 等. 空間機械臂智能規劃與控制技術[J]. 南京航空航天大學學報, 2022, 54(1): 1-16.

CHEN Gang, GAO Xian-yuan, ZHAO Zhi-kai, et al. Review on Intelligent Planning and Control Technology of Space Manipulator[J]. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, 2022, 54(1): 1-16.

[76] LEE S H, MUDAWAR I, HASAN M M. Thermal Analysis of Hybrid Single-Phase, Two-Phase and Heat Pump Thermal Control System (TCS) for Future Space-craft[J]. Applied Thermal Engineering, 2016, 100: 190-214.

[77] NANOS K, PAPADOPOULOS E G. On the Dynamics and Control of Flexible Joint Space Manipulators[J]. Control Engineering Practice, 2015, 45: 230-243.

[78] BEYER Alexander, GRUNWALD Gerhard, HEUMOS Martin, et al. CAESAR: Space Robotics Technology for Assembly, Maintenance, and Repair[C]// Proceedings of the International Astronautical Congress, IAC, 2018: 1-10.

[79] Institute of Robotics and Mechatronics, DLR. CAESAR (Compliant Assistance and Exploration SpAce Robot)[EB/OL]. [2022-10-14]. https://www.dlr.de/rm/en/desktopdefault.aspx/ tabid-13282/#gallery/32051.

[80] Wikipedia. Strain wave gearing[EB/OL]. [2022-10-14]. https://en.wikipedia.org/wiki/Strain_wave_gearing.

[81] KIM S, SINGH R. Gear Surface Roughness Induced Noise Prediction Based on a Linear Time-Varying Model with Sliding Friction[J]. Journal of Vibration and Control, 2007, 13(7): 1045-1063.

[82] YI Jian-jun, DING Yu-jie, ZHAO Shao-hua, et al. A Novel Technique of Polishing Gear Working Surface Using PECMP[J]. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 2009, 10(4): 57-62.

[83] 李洪友, 周錦進, 龐桂兵, 等. 表面質量對齒輪使用性能指標的影響[J]. 農業機械學報, 2004, 35(4): 174-178.

LI Hong-you, ZHOU Jin-jin, PANG Gui-bing, et al. Effect of Surface Quality on Gear Performance[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery, 2004, 35(4): 174-178.

[84] 丁文政, 賀文權, 張虎, 等. 齒輪成形磨削能耗與表面粗糙度研究[J]. 機床與液壓, 2021, 49(24): 13-16.

DING Wen-zheng, HE Wen-quan, ZHANG Hu, et al. Research on Energy Consumption and Surface Roughness for Machining Gears Based on Profile Grinding[J]. Machine Tool & Hydraulics, 2021, 49(24): 13-16.

[85] 郭召. 珩齒工藝的技術現狀及發展趨勢[J]. 制造技術與機床, 2016(7): 51-55.

GUO Zhao. Technology Present Situation and Develo-pment Trend of Gear Honing Process[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2016(7): 51-55.

[86] PETARE A C, JAIN N K. A Critical Review of Past Research and Advances in Abrasive Flow Finishing Process[J]. The International Journal of Advanced Manu-facturing Technology, 2018, 97(1): 741-782.

[87] 王利雄. 內齒輪磨粒流精密加工大渦模擬及其質量控制技術研究[D]. 長春: 長春理工大學, 2021: 60-90.

WANG Li-xiong. Research on Large Eddy Simulation and Quality Control Technology for Abrasive Flow Precision Machining of Internal Gear[D]. Changchun: Changchun University of Science and Technology, 2021: 60-90.

[88] PETARE A C, JAIN N K. Improving Spur Gear Micro-geometry and Surface Finish by AFF Process[J]. Materials and Manufacturing Processes, 2018, 33(9): 923-934.

[89] VENKATESH G, SHARMA A K, KUMAR P. On Ultrasonic Assisted Abrasive Flow Finishing of Bevel Gears[J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2015, 89: 29-38.

[90] KUMAR M, ALOK A, DAS M. Experimental and Simulation Study of Magnetorheological Miniature Gear-Profile Polishing (MRMGPP) Method Using Flow Restrictor[J]. Journal of Mechanical Science and Techno-logy, 2021, 35(11): 5151-5159.

[91] KUMAR M, DAS M. Improvement in Surface Charac-teristics of SS316L Tiny Gear Profiles by Magnet-orheological-Polishing Fluid Using Flow Restrictor[J]. Transactions of the Indian Institute of Metals, 2021, 74(12): 3035-3044.

[92] KUMAR M, BHARTI R K, DAS M. Study of Surface Finishing Mechanism in a Rotational-Magnetorheological Miniature Gear Profile Polishing Using Novel Flow Restrictor[J]. Wear, 2022, 488/489: 204120.

[93] KUMAR M, DAS M, YU Nan. Effect of Optimum Process Parameters on Material Removal in Rotational- Magnetorheological Miniature Gear Profile Polishing (R-MRMGPP) Process[J]. Journal of the Brazilian Societyof Mechanical Sciences and Engineering, 2022, 44(5): 205.

[94] NGUYEN D N, DAO T P, PRAKASH C, et al. Machining Parameter Optimization in Shear Thickening Polishing of Gear Surfaces[J]. Journal of Materials Rese-arch and Technology, 2020, 9(3): 5112-5126.

[95] 阿達依·謝爾亞孜旦, 周進錦, 龐桂兵, 等. 電化學光整加工在螺旋錐齒輪中的應用研究[J]. 機械科學與技術, 2010, 29(1): 76-80.

ADAYI·Xie-er-ya-zi-dan, ZHOU Jin-jin, PANG Gui-bing, et al.. Application of Electrochemical Finishing Process to Spiral Bevel Gears[J]. Mechanical Science and Techn-ology for Aerospace Engineering, 2010, 29(1): 76-80.

[96] 趙硯馳, 程建華, 趙琳. 慣性導航系統陀螺儀的發展現狀與未來展望[J]. 導航與控制, 2020, 19(S1): 189-196.

ZHAO Yan-chi, CHENG Jian-hua, ZHAO Lin. Develop-ment Status and Future Prospects of Gyroscope in Inertial Navigation[J]. Navigation and Control, 2020, 19(S1): 189-196.

[97] 史文策, 許江寧, 林恩凡. 陀螺儀的發展與展望[J]. 導航定位學報, 2021, 9(3): 8-12.

SHI Wen-ce, XU Jiang-ning, LIN En-fan. Development and Prospect of Gyroscope[J]. Journal of Navigation and Positioning, 2021, 9(3): 8-12.

[98] HUO Yan, REN Shun-qing, WEI Zhen-nan, et al. Standing Wave Binding of Hemispherical Resonator Containing First-Third Harmonics of Mass Imperfection under Linear Vibration Excitation[J]. Sensors, 2020, 20(19): 5454.

[99] LIN Guo-ping, HENRIET R, COILLET A, et al. Depen-dence of Quality Factor on Surface Roughness in Crystalline Whispering-Gallery Mode Resonators[J]. Optics Letters, 2018, 43(3): 495-498.

[100] GORODETSKY M L, PRYAMIKOV A D, ILCHENKO V S. Rayleigh Scattering in High-Q Microspheres[J]. Journal of the Optical Society of America B, 2000, 17(6): 1051.

[101] MCWILLIAM S, ONG J, FOX C H J. On the Statistics of Natural Frequency Splitting for Rings with Random Mass Imperfections[J]. Journal of Sound and Vibration, 2005, 279(1/2): 453-470.

[102] 徐志強, 劉建梅, 王振, 等. 石英半球諧振子精密加工技術探討[J]. 導航與控制, 2019, 18(2): 69-76.

XU Zhi-qiang, LIU Jian-mei, WANG Zhen, et al. Discussion on Precision Machining Technology of Quartz Hemispherical Harmonic Oscillator[J]. Navigation and Control, 2019, 18(2): 69-76.

[103] LIU He-nan, CHEN Ming-jun, YU Bo, et al. Config-uration Design and Accuracy Analysis of a Novel Magnetorheological Finishing Machine Tool for Concave Surfaces with Small Radius of Curvature[J]. Journal of Mechanical Science and Technology, 2016, 30(7): 3301- 3311.

[104] 劉赫男. 半球諧振子磁流變拋光的關鍵技術研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業大學, 2019: 29-99.

LIU He-nan. Research on Key Technologies of Magneto-rheological Finishing of Hemispherical Resonator[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2019: 29-99.

[105] 王金虎, 袁巨龍, 呂冰海, 等. 石英半球諧振子力流變拋光[J]. 飛控與探測, 2021, 4(1): 60-66.

WANG Jin-hu, YUAN Ju-long, LYU Bing-hai, et al. Shear Rheological Polishing of Quartz Hemispheric Reso-nator[J]. Flight Control & Detection, 2021, 4(1): 60-66.

[106] 陶云峰, 潘瑤, 唐興緣, 等. 半球諧振陀螺調平技術發展綜述[J]. 飛控與探測, 2021, 4(1): 11-21.

TAO Yun-feng, PAN Yao, TANG Xing-yuan, et al. Survey of Balancing Technology for Hemispherical Resonator Gyroscopes[J]. Flight Control ＆ Detection, 2021, 4(1): 11-21.

[107] 趙小明, 于得川, 姜瀾, 等. 基于超快激光技術的半球諧振陀螺點式修調方法[J]. 中國慣性技術學報, 2019, 27(6): 782-786.

ZHAO Xiao-ming, YU De-chuan, JIANG Lan, et al. Point-Trimming Method of Hemispherical Resonator Gyroscope Based on Ultrafast Laser Technology[J]. Journal of Chinese Inertial Technology, 2019, 27(6): 782-786.

[108] LI Wei, HOU Zhan-qiang, SHI Yan, et al. Application of Micro-Blowtorching Process with Whirling Platform for Enhancing Frequency Symmetry of Microshell Structure[J]. Journal of Micromechanics and Microengineering, 2018, 28(11): 115004.

[109] LU Kun, XI Xiang, LI Wei, et al. Research on Precise Mechanical Trimming of a Micro Shell Resonator with T-Shape Masses Using Femtosecond Laser Ablation[J]. Sensors and Actuators A: Physical, 2019, 290: 228-238.

[110] SHI Yan, XI Xiang, LI Bin, et al. Micro Hemispherical Resonator Gyroscope with Teeth-Like Tines[J]. IEEE Sensors Journal, 2021, 21(12): 13098-13106.

[111] ZHANG Wen-ming, GU Hao-yu, LIN Zhi-hui, et al. The high performance synchronous trimming method for fused silica hemispherical resonator[C]//2022 29th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navig-ation Systems (ICINS). Saint Petersburg, Russian Feder-ation. IEEE, 2022: 1-4.

[112] FISHER Alise. NASA Statement on James Webb Space Telescope Launch Readiness[EB/OL]. [2022-10-14]. https:// www.nasa.gov/press-release/goddard/2021/nasa-statement- on-james-webb-space-telescope-launch-readiness.

[113] VOLKMER R, VON DER LüHE O, DENKER C, et al. GREGOR Telescope: Start of Commissioning[C]//Proc SPIE 7733, 2010: 77330K.

[114] LIU Jia. Flagship Chinese Space Telescope to Unravel Cosmic Mysteries[EB/OL]. (2022-05-07)[2022-10-14]. https://english.cas.cn/newsroom/cas_media/202205/t20220507_305162.shtml.

[115] PINOL Natasha, FISHER Alise, BETZ Laura. NASA’s Webb Telescope Reaches Major Milestone as Mirror Unfolds[EB/OL]. (2022-01-09)[2022-10-14]. https://www. nasa.gov/press-release/nasa-s-webb-telescope-reaches-ma jor-milestone-as-mirror-unfolds.

[116] WANG Tong-tong, GAO Jin-song, WANG Xiao-yi, et al. Surface Modification on a Silicon Carbide Mirror for Space Application[J]. Chinese Optics Letters, 2010, 8(S1): 183-185.

[117] MOEGGENBORG K J, BARROS C, LESIAK S, et al. Low-scatter bare aluminum optics via chemical mecha-nical polishing[C]//Proc SPIE 7060, 2008: 706002.

[118] HU Hao, XU Chao, LAI Tao, et al. Sub-Nanometer Accuracy Combination Processing Technology for Nickel- Phosphorus Modified Surfaces Based on Aluminum Reflector Mirror[J]. Micromachines, 2022, 13(4): 560.

[119] KINAST J, SCHLEGEL R, KLEINBAUER K, et al. Manufacturing of aluminum mirrors for cryogenic applic-ations[C]//Proc SPIE 10706, 2018: 107063G.

[120] BEIER M, SCHEIDING S, GEBHARDT A, et al. Fabrication of high precision metallic freeform mirrors with magnetorheological finishing (MRF)[C]//Proc SPIE 8884, 2013: 88840S.

[121] 鐵貴鵬. KDP晶體單點金剛石車削關鍵技術研究[D]. 長沙: 國防科學技術大學, 2013: 15-17.

TIE Gui-peng. Research on Key Technology in Diamond Turning of KDP Crystal[D]. Changsha: National University of Defense Technology, 2013: 15-17.

[122] LIU Hai-tao, WAN Yong-jian, ZENG Zhi-ge, et al. Freeform surface grinding and polishing by CCOS based on industrial robot[C]//Proc SPIE 9683, 2016: 96832D.

[123] MOEGGENBORG K, VINCER T, LESIAK S, et al. Super-Polished Aluminum Mirrors Through the Application of Chemical Mechanical Polishing Techniques[C]//Proc SPIE 6288, 2006: 62880L.

[124] BEAUCAMP A, NAMBA Y. Super-Smooth Finishing of Diamond Turned Hard X-Ray Molding Dies by Combined Fluid Jet and Bonnet Polishing[J]. CIRP Annals, 2013, 62(1): 315-318.

[125] LIAO Wen-lin, DAI Yi-fan, XIE Xu-hui, et al. Combined Figuring Technology for High-Precision Optical Surfaces Using a Deterministic Ion Beam Material Adding and Removal Method[J]. Optical Engineering, 2013, 52(1): 010503.

[126] LIAO Wen-lin, DAI Yi-fan, XIE Xu-hui, et al. Mathe-matical Modeling and Application of Removal Functions during Deterministic Ion Beam Figuring of Optical Surfaces[J]. Applied Optics, 2014, 53(19): 4266-4281.

[127] LIAO Wen-lin, DAI Yi-fan, XIE Xu-hui, et al. Microscopic Morphology Evolution during Ion Beam Smoothing of Zerodur? Surfaces[J]. Optics Express, 2014, 22(1): 377-386.

Research Progress of Ultra-precision Polishing Technologies for Basic Components of Spacecraft

111112221

(1. Tribology Research Institute, State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China; 2. Beijing Key Laboratory of Long-life Technology of Precise Rotation and Transmission Mechanisms, Beijing Institute of Control Engineering, Beijing 100094, China)

Bearings, gears, harmonic resonators of gyroscopes, and mirrors are the core basic components to realize rotation support, power transmission, attitude control, and space exploration of spacecraft. They directly affect the performance, life, and reliability of spacecraft. To ensure the smooth progress of space missions, the basic components of spacecraft must possess excellent service performance, high reliability, and long service life. The state of the working surfaces is the key influencing factor. Therefore, the accuracy and surface quality of the working surfaces must be continuously improved from the manufacturing perspective. However, most of the working surfaces of basic components of spacecraft are complex and curved, and the materials contain various elements and metallographic structures. Therefore, it is difficult to achieve consistent and controllable polishing. Based on the characteristics of bearings, gears, harmonic resonators of gyroscopes, and mirrors, this work briefly stated the demand and necessity of ultra-precision polishing, classified and summarized the existing ultra-precision polishing technologies, such as lapping and chemical mechanical polishing, electrochemical mechanical polishing, and rheological polishing applied to bearings, abrasive flow polishing, rheological polishing, and electrochemical mechanical polishing applied to gears, rheological polishing, femtosecond laser balancing, and ion beam balancing applied to gyroscope resonators, magnetorheological polishing, computer controlled optical surfacing, bonnet polishing, and ion beam figuring and polishing applied to mirrors, described their polishing principles and performance, and finally briefly prospected the future development, so as to provide a reference for ultra-precision machining of basic components of spacecraft.

basic component; bearing; gear; harmonic resonator; mirror; polishing; ultra-precision

TG356.28

A

1001-3660(2022)12-0001-19

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.12.001

2022?08?25；

2022?10?25

2022-08-25；

2022-10-25

國家自然科學基金（51975488，51991373）；國家重點研發計劃（2020YFA0711001，2018YFB2000400）；中央高校基本科研業務費（2682021CG011）；精密轉動和傳動機構長壽命技術北京市重點實驗室開放基金（BZ0388201902）

National Natural Science Foundation of China (51975488 , 51991373); National Key R & D Program of China (2020YFA0711001, 2018YFB2000400); Fundamental Research Funds for the Central Universities (2682021CG011); Beijing Key Laboratory of Long-life Technology of Precise Rotation and Transmission Mechanisms (BZ0388201902)

江亮（1986—），男，博士，特聘研究員，主要研究方向為超精密表面制造。

JIANG Liang (1986-), Male, Doctor, Professor, Research focus: ultra-precision surface manufacturing.

卿濤（1978—），男，博士，研究員，主要研究方向為空間摩擦學。

QING Tao (1978-), Male, Doctor, Professor, Research focus: space tribology.

錢林茂（1971—），男，博士，教授，主要研究方向為納米摩擦學和超精密表面制造。

QIAN Lin-mao (1971-), Male, Doctor, Professor, Research focus: nanotribology and ultra-precision surface manufacturing.

江亮, 鄭佳昕, 彭武茂, 等.空間基礎零部件超精密拋光技術研究進展[J]. 表面技術, 2022, 51(12): 1-19.

JIANG Liang, ZHENG Jia-xin, PENG Wu-mao, et al. Research Progress of Ultra-precision Polishing Technologies for Basic Components of Spacecraft[J]. Surface Technology, 2022, 51(12): 1-19.

責任編輯：彭颋