国外超精密加工技术发展现状

    超精密加工技术在航天产品和现代化武器制造中占有非常重要的地位，以对提高导弹命中精度至关重要的惯性仪表为例，如果1kg重的陀螺转子的质量中心偏离其对称轴0.5nm，就会引起100m射程误差和50m轨道误差；人造卫星的仪表轴承为真空无润滑轴承，其圆度和圆柱度、表面粗糙度均以nm计。

    因此近十几年来世界各国都十分重视超精密加工技术的研究和开发，美国最早成立了Nano研究中心，英国制订了NION(National Initiative on Nanotechnology)计划，日本制订了ERATO(Exploratory Research for Advanced Technology)规划等。美国率先发展超精密加工技术，80年代后期，美国通过能源部"激光核聚变项目"和陆海空三军"先进制造技术开发计划"，对超精密金刚石切削机床的开发研究，投入了巨额资金和大量人力，实现了大型零件的微英寸超精密加工。如美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室已经研制出一台大型光学金刚石车床(Large Optics Diamond Turning Machine，LODTM)，是一台最大加工直径为1.63m的立式车床，定位精度可达28nm。借助在线误差补偿能力，它已实现了距离超过1m而直线度误差只有±25nm的加工。日本超精密加工技术水平较高，应用对象大部分是民用产品，包括办公自动化设备、视象设备、精密测量仪器、医疗器械和人造器官等。

    近年来超精密加工精度正从0.1μm提高到0.01μm，超精密加工机床中使用的精度最高的主轴是空气静压轴承主轴，实用的空气静压轴承主轴的回转精度已可达到0.03μm，日本的高广工业研制出了具有8nm回转精度的空气静压轴承。从精度角度来看，空气导轨是纳米级精度加工机床的最佳选择，目前空气导轨的直线度可达0.1～0.2μm/250mm的水平，日本东京工业大学用压电陶瓷微进给机构补偿气浮导轨运动直线度，可将直线度提高到0.14μm/600mm。超精密加工机床一般采用C0级滚珠丝杠，利用闭环控制可达到0.01μm的定位精度，利用滚珠丝杠的微小弹性变形原理，可以实现纳米分辨率的进给。静压丝杠在较长行程上也可以达到纳米的定位分辨率，目前静压丝杠分辨率可达到0.01μm，进给精度比C0级滚珠丝杠高2个数量级，但刚度比较小。摩擦驱动也是一种非常适合超精密加工的传动系统，如英国Rank Tailor Hobson公司开发的Nanoform 600超精密镜面加工机床的进给机械采用此种装置，在30mm的行程上可获得1.25nm分辨率，±0.1μm的定位精度。微进给机构在超精密加工领域获得广泛应用，一般被用来微进给或作补偿工具，目前使用最多的是以压电陶瓷为驱动器的基于弹性铰链支撑的微位移机构。美国的光学金刚石车床(LODTM)上用的快速刀具伺服机构(FTS)在±1.27μm范围内分辨率达2.5nm，频响可达100Hz，可进行主轴回转误差的补偿(转速在150r/min以下)。随着超大规模集成电路的发展及微机械的要求，超精密加工技术正从亚微米级向纳米级发展 ，超精密测量 技术、减振和隔微振技术、洁净技术、环境温度控制技术等也在快速同步发展。