超精密加工对工件材质、加工设备、工具、测量和环境等条件都有特殊的要求,需要综合应用精密机械、精密测量、精密伺服系统、计算机控制以及其他先进技术。工件材质必须极为细致均匀,并经适当处理以消除内部残余应力,保证高度的尺寸稳定性,防止加工后发生变形。加工设备要有的运动精度,导轨直线性和主轴回转精度要达到0.1微米级,微量进给和定位精度要达到0.01微米级。
对环境条件要求严格,须保持恒温、恒湿和空气洁净,并采取有效的防振措施。加工系统的系统误差和随机误差都应控制在 0.1微米级或更小。这些条件是靠综合应用精密机械、精密测量、精密伺服系统和计算机控制等各种先进技术获得的。
超精密切削加工
主要有超精密车削、镜面磨削和研磨等。在超精密车床上用经过精细研磨的单晶金刚石车刀进行微量车削,切削厚度仅1微米左右,常用于加工有色金属材料的球面、非球面和平面的反射镜等高精度、表面高度光洁的零件。例如加工核聚变装置用的直径为800毫米的非球面反射镜,精度可达0.1微米,表面粗糙度为Rz0.05微米。
科技的发展对精密加工和超精密加工技术也提出了更高的要求。从大到天体望远镜的透镜,小到大规模集成电路线宽μm要求的微细工程和微机械的微纳米尺寸零件,不论体积大小,其尺寸精度都趋近于纳米;零件形状也日益复杂化,各种非球面已是当前非常典型的几何形状。微机械技术为超精密制造技术引来一种崭新的态势?它的微细程度使传统的制造技术面临一种新的挑战,促进了各种产品技术性能的提高,发展过程呈现出螺旋式循环发展,直接对科学技术的进步和人类文明作出贡献。对产品高质量、小型化、高可靠性和高性能的追求,使超精密加工技术得以迅速发展,现已成为现代制造工业的重要组成部分。