機械與制造科學教學講義先進加工制造工藝與裝備

1、機械與制造科學/國家自然科學基金委員會工程與材料科學部 北京：科學出版社，2006第十一章 先進加工制造工藝與裝備§11.0引言§11.1高速、高效切削加工工藝及裝備§11.1-1高效、高速切削加工工藝及裝備的科學內(nèi)涵§11.12高速、高效切削加工工藝及裝備的國內(nèi)外研究及其應用綜述§11.13高速、高效切削加工工藝及裝備領域存在的突出問題§11.14建議“十一五”期間基金優(yōu)先資助的課題和專題§11.14.1 高速、高效切削加工基本理論§11.14.2 高速切削加工工具系統(tǒng)的安全設計和制造§11.14.3

2、高效、高速切削加工工藝§11.14.4高速切削加工的智能檢測與監(jiān)控傳感器與儀器§11.14.5 高效、高速加工機床及關鍵零部件設計與制造技術§11.2 精密/超精密加工及其裝備§11.2-1精密/超精密切削加工及其裝備 §11.21.1該領域的科學內(nèi)涵及結構體系、研究范圍和任務 §11.21.2該領域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢§11.21.3本領域和學科“十一五”優(yōu)先資助建議§11.21.4策略措施和建議§11.2-2精密/超精密磨料加工（含磨削、研磨、拋光等）及其裝備§11.22.1該領域的科

3、學內(nèi)涵及結構體系、研究范圍和任務§11.22.2該領域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢§11.22.3本領域和學科“十一五”優(yōu)先資助建議§11.3特種加工§11.3-1電加工§11.31.1特種加工的內(nèi)涵與主要研究領域§11.31.2 電加工的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢§11.31.3本專題優(yōu)先發(fā)展方向建議§11.31.4政策措施與建議§11.3-2激光加工概況§11.3-3復合加工及其它§11.33.1該領域的科學內(nèi)涵及結構體系、研究范圍和任務§11.33.2該領域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展

4、趨勢§11.33.3本領域和學科“十一五”優(yōu)先資助建議§11.33.4策略措施和建議§11.4納米結構微小尺度零件制造的國外研究現(xiàn)狀和未來的重點研究方向§11.1高速、高效切削加工工藝及裝備高速切削加工的理念從20世紀初提出以來，經(jīng)歷近70年的理論與實驗研究和探索以及刀具和機床技術的研究與發(fā)展，直至近年來，隨著材料、信息、微電子、計算機等現(xiàn)代科學技術的迅速發(fā)展，大功率高速主軸單元、高性能伺服控制系統(tǒng)和超硬耐磨和耐熱刀具材料等關鍵技術的解決和進步，從而使得高速切削加工技術在德、美、日等工業(yè)發(fā)達國家迅速發(fā)展，其最突出的優(yōu)點是高的生產(chǎn)效率和加工精度與表面質(zhì)量，

5、并降低生產(chǎn)成本。它已成為先進制造技術的一項全新的共性基礎技術，是切削加工技術的發(fā)展方向，已在航空、汽車、模具等制造業(yè)中廣泛應用，取得了重大的經(jīng)濟效益，對提高切削加工技術的水平，推動機械制造技術的進步具有深遠的意義。§11.1-1高速、高效切削加工工藝及裝備的科學內(nèi)涵高速、高效切削加工的主要目的是提高生產(chǎn)效率和降低成本。它包括高速切削加工、高進給切削加工、大余量切削和高效復合切削加工等，其中高進給切削加工和大余量切削加工等稱之為高性能切削加工。高速切削加工技術中的“高速”是一個相對概念，不能簡單地用某一具體的切削速度值來定義。對于不同的加工方法和工件材料與刀具材料，高速切削加工時應用的

6、切削速度并不相同，圖1是根據(jù)目前實際情況和可能的發(fā)展給出的不同工件材料的大致切削速度范圍。圖1 不同工件材料大致的切削速度范圍高速切削加工技術是在機床結構及材料、高速主軸系統(tǒng)、快速進給系統(tǒng)、高性能cnc控制系統(tǒng)、機床設計制造技術、高性能刀夾系統(tǒng)、高性能刀具材料及刀具設計制造技術、高效高精度測試技術、高速切削加工理論、高速切削加工工藝等諸多相關的硬件與軟件技術均得到充分發(fā)展的基礎上綜合而成的，是諸多單元技術集成的一項綜合技術，如圖2所示。其中高速主軸系統(tǒng)、快速進給系統(tǒng)、cnc控制系統(tǒng)、高速切削刀具材料、刀具結構和刀柄系統(tǒng)以及高速切削加工安全防護與監(jiān)控技術等為其最重要的關鍵技術。它對高速切削加工技

7、術的發(fā)展和應用，起著決定性的作用。高速切削加工的優(yōu)越性主要表現(xiàn)為：(1) 隨切削速度提高，單位時間內(nèi)材料切除率增加，切削加工時間減少，大幅度提高加工效率，降低加工成本。(2) 在高速切削加工范圍，隨切削速度提高，切削力隨之減少，根據(jù)切削速度提高的幅度，切削力平均可減少30以上，有利于對剛性較差和薄壁零件的切削加工。(3) 高速切削加工時，切屑以很高的速度排出，帶走大量的切削熱，切削速度提高愈大，帶走的熱量愈多，大致在90以上，傳給工件的熱量大幅度減少，有利于減少加工零件的內(nèi)應力和熱變形，提高加工精度。(4) 從動力學的角度，高速切削加工過程中，隨切削速度的提高，切削力降低，而切削力正是切削過程

8、中產(chǎn)生振動的主要激勵源；轉速的提高，使切削系統(tǒng)的工作頻率遠離機床的低階固有頻率，而工件的加工表面粗糙度對低階固有頻率最敏感，因此高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度。圖2 高速切削加工技術的研究體系高速切削加工是大幅度地提高切削速度以提高生產(chǎn)效率。也可以通過改進刀具結構和幾何形狀，優(yōu)化切削截面，提高機床動態(tài)穩(wěn)定性，不是提高切削速度，而是加大切削進給，采用高進給或切除大余量等高性能切削加工以達到高效切削加工，達到大幅度提高生產(chǎn)效率的目的。一般而言，高速切削加工工藝及裝備的研究范圍和任務包括：（1） 高速切削加工理論高速切削加工過程的熱、力耦合不均勻強應力場中的能量轉換機制、切削變形規(guī)律、切削加工

9、過程中的切削力學與熱學行為、熱、力耦合不均勻強場模型、刀具與工件之間的摩擦學行為及其與刀具磨損、破損規(guī)律和刀具壽命之間的關系、加工表面質(zhì)量的形成機理和加工精度及其與切削條件之間的關系、機床刀具工件夾具高速切削系統(tǒng)的動力學特性與穩(wěn)定性及其對加工變形以及直接影響刀具壽命和加工表面質(zhì)量的影響規(guī)律等。（2） 高速機床零部件的關鍵技術高速電主軸、高速精密軸承、高速進給系統(tǒng)（直線電機、直線滾動導軌、控制系統(tǒng)）和高速切削加工工具系統(tǒng)是高速機床的關鍵零部件，直接決定高速機床的性能。（3） 高速切削加工的檢測與監(jiān)控技術高速切削加工過程的故障與安全檢測和監(jiān)控技術。§11.12 高速、高效切削加工工藝及裝

10、備的國內(nèi)外研究及其應用綜述高速切削加工技術經(jīng)過半個多世紀的理論和應用研究與探索，人們清楚的認識到它在制造業(yè)的市場競爭日益劇烈中的巨大潛力，進入二十世紀九十年代以后，各工業(yè)發(fā)達國家陸續(xù)投入到高速切削加工技術的研究、開發(fā)與應用中來，尤其是高速切削機床和刀具技術的研究、開發(fā)，與之相關的技術也得到迅速發(fā)展，進給技術進一步提高，1993年直線電機的出現(xiàn)拉開了高速進給的序幕?？焖贀Q刀和裝卸工件的結構日益完善，自動新型電主軸高速切削加工中心不斷投放到國際市場。高速切削刀具的材料、結構和可靠的刀具與主軸聯(lián)結的刀柄的出現(xiàn)與使用，標志著高速切削加工技術已從理論研究進入工業(yè)應用階段。高速切削加工技術的發(fā)展促進了機床

11、高速化，2001年北京國際機床展覽會（cimt2001）上機床最高主軸轉速從上屆（1999年）800012000rpm普遍提高到1500020000rpm。現(xiàn)在加工中心主軸轉速一般為1500030000rpm，快進速度為3060m/min，換刀時間為35s。齒輪機床的主軸最高轉速也已提高到900012000rpm。目前已有主軸最高轉速達150000rpm，快速進給達120m/min，換刀時間為0.71.5s的不同的加工中心。高速切削刀具材料技術發(fā)展也很快，主要是金剛石（pcd）、立方氮化硼（cbn）、陶瓷刀具碳化鈦氮tic（n）基硬質(zhì)合金（金屬陶瓷）、涂層刀具和超細晶粒硬質(zhì)合金刀具的品種、性能

12、的很大增加和提高，許多適應高速切削刀具的結構不斷出現(xiàn)，促進高速切削加工技術的進步和應用。最近十多年來，高速切削加工理論基礎研究進一步深入，取得新的進展，主要是鋸齒狀切屑的形成機理，極高速切削加工鈦合金時切屑的形成機理，機床結構動態(tài)特性及切削顫振的避免，多種刀具材料加工不同工件材料時的刀具前刀面、后刀面和加工表面的溫度以及高速切削時切屑、刀具和工件切削熱量的分配，進一步證實大部分切削熱被切屑所帶走。切削溫度的試驗研究表明：現(xiàn)有的刀具材料高速切削加工時，不論是連續(xù)或斷續(xù)切削均未出現(xiàn)salomon理論中的“死區(qū)”。在這一階段，高速硬切削加工得到進一步研究、發(fā)展和應用。與磨削加工比較，它有很多優(yōu)越性，

13、在替代磨削加工方面具有很大潛力。高速干切削加工日益受到重視，它對保護環(huán)境，減少消耗，降低成本具有重大作用。研究表明，高速干切削加工鑄鐵、鋼、鋁合金，甚至超級合金和鈦都是可能的，但要根據(jù)工件材料特性，要合理設計切削條件，它還在研究和發(fā)展之中。高速切削加工技術已成為切削加工的主流，日益廣泛的應用于模具、航空、航天、高速機車和汽車工業(yè)等，并取得巨大經(jīng)濟效益。模具制造工業(yè)中，德國、日本、美國等大約有3050的模具公司，用高速切削加工技術，加工edm電極、淬硬模具型腔、塑料和鋁合金模型等，加工效率高，質(zhì)量好，減少了后續(xù)的手工打磨和拋光工序。在航空與高速機車行業(yè)，飛機的骨架與機翼、高速機車的車廂骨架均為鋁

14、合金整體薄壁構件，都需要切除大量的金屬，從毛坯開始的切除量甚至達到90，采用高速切削加工技術，加工時間縮短到原來的幾分之一。汽車工業(yè)的發(fā)動機鋁合金和鑄鐵缸體，廣泛采用高速切削加工技術，大大地提高效率，降低成本。我國高速切削加工技術研究起步較晚，二十世紀八十年代初期，原山東工業(yè)大學切削加工研究組結合陶瓷刀具材料的研究，比較系統(tǒng)地研究了al2o3基陶瓷刀具高速硬切削（車和端銑）的切削力、切削溫度、刀具磨損和破損、加工表面質(zhì)量以及刀具幾何形狀等，工件材料包括45#鋼、t10a鋼、高速鋼、軸承鋼、模具鋼、滲炭淬硬齒輪鋼等，淬硬hrc5065，切削速度為100500m/min，建立了有關切削力、切削溫度

15、模型、刀具磨損與破損理論、加工表面質(zhì)量變化規(guī)律等。該研究成果1986年在生產(chǎn)中推廣應用至今。二十世紀九十年代后，該校先后相繼研究了模具高速切削加工技術與策略，涂層刀具與pcbn刀具和陶瓷刀具等高速切削鑄鐵和鋼的切削力、刀具磨損壽命、加工表面粗糙度以及高速切削數(shù)據(jù)庫技術以及高速切削工具系統(tǒng)的安全設計等。北京理工大學研究了高速切削的刀具壽命與切削力，沈陽工業(yè)學院和重慶大學研究了高速切削機理，天津大學和大連理工大學研究了高速硬切削和切屑形成機理，上海交通大學與有關工廠研究了鈦合金高速銑削工藝、薄壁件高速銑削精度控制、鋁合金高速銑削表面的溫度動態(tài)變化規(guī)律、硅鋁合金高速鉆削和銑削數(shù)據(jù)庫等，廣東工業(yè)大學研

16、究了高速主軸系統(tǒng)和快速進給系統(tǒng)，南京航空航天大學研究了鈦合金和高溫合金的高速切削，東北大學研究了高速磨削技術，成都工具研究所研究了高速切削刀具的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化等。盡管我國高速切削加工技術的研究還有待于全面深入，但通過我國科技工作者的艱苦努力，高速切削加工和高速切削機床的基礎理論研究取得了令人鼓舞的成就，對促進我國高速切削加工技術的發(fā)展起到了重大作用。 “九五”期間我國高速、高效、高精度數(shù)控機床技術指標有了大幅度的提高，加工中心主軸轉速普遍提高到8000rpm，最高可達12000rpm，數(shù)控車床提高到40006000rpm，快速進給速度提高到30m/min，最高達40m/min，加工中心換刀時間減

17、少到1.53s。目前主要差距在于機床關鍵功能部件的研究開發(fā)落后于市場需求，如轉速20000rpm以上的大功率剛性主軸、無刷環(huán)形扭矩電機、大行程直線電機、快速響應數(shù)控系統(tǒng)等技術尚未掌握。各工業(yè)部門所需的高速加工中心基本上還是依賴進口，并已從國外引進了相當數(shù)量的高速加工中心。我國高速切削刀具材料已有很大的發(fā)展，特別是陶瓷刀具，而且初步具備了開發(fā)高速切削刀具的能力，但金剛石、立方氮化硼、tic（n）基硬質(zhì)合金（金屬陶瓷）、涂層刀具和超細晶粒硬質(zhì)合金刀具的性能、質(zhì)量、精度、壽命、品種與國外差距很大，高速切削刀具制造技術相對落后，還沒有形成自己特色的高速切削刀具制造體系。國內(nèi)超細晶粒硬質(zhì)合金刀具和高性能

18、高速鋼刀具牌號少，專用牌號幾乎沒有，可轉位刀片的槽型與模具的開發(fā)能力低，涂層技術也遠遠落后于國外工具廠，目前尚無tic(n)商業(yè)牌號，更談不上tialn、mos2等新型涂層和納米級涂層。國內(nèi)應用最多的還是普通高速鋼刀具和通用硬質(zhì)合金刀具。幾乎所有國際知名的工具廠商(如：sandvik, kennametal, walter, seco, widia, iscarmill, mitsubishi, igetalloy, carboloy等)都在國內(nèi)設立了或獨資或合資企業(yè)，除陶瓷刀具外，各種高速、高精度和高可靠性的金剛石、立方氮化硼、tic（n）基硬質(zhì)合金（金屬陶瓷）和涂層刀具以及刀柄系統(tǒng)80以上

19、由它們提供，占領了中國數(shù)控刀具90%以上的市場份額。我國高速切削加工技術最早應用于轎車工業(yè)，二十世紀八十年代后期，相繼從德國、美國、法國、日本等國引進了多條具有先進水平的轎車數(shù)控自動化生產(chǎn)線，如從德國引進的具有九十年代中期水平的一汽大眾捷達轎車和上海大眾桑塔納轎車自動生產(chǎn)線，其中大量應用了高速切削加工技術。生產(chǎn)線所用刀具材料以超硬刀具為主，依靠進口。采用pcbn、si3n4基陶瓷、ti基金屬陶瓷、ticn涂層刀具加工高強度鑄鐵件，銑削速度達2200m/min；采用pcd、超細硬質(zhì)合金刀具加工硅鋁合金鑄件，銑削速度為2200m/min，鉆、鉸削速度達80240m/min；采用si3n4基陶瓷、t

20、i基金屬陶瓷、ticn涂層刀具加工精鍛結構鋼件，車削速度達200m/min；采用co粉末冶金高速鋼（表面ticn涂層）整體拉刀、滾刀、剃齒刀以及硬質(zhì)合金機夾專用拉刀加工各種精鍛鋼件、鑄鐵件，拉削速度1025m/min，滾齒速度110m/min，剃齒速度170m/min，大大提高了生產(chǎn)效率和加工精度。近年來，我國航空、汽車、模具等制造行業(yè)引進了大量加工中心和數(shù)控鏜銑床，都不同程度地開始推廣應用高速切削加工技術，其中模具行業(yè)和航空工業(yè)應用較多。§11.13高速、高效切削加工工藝及裝備領域存在的突出問題迄今，在高速、高效切削加工工藝及裝備領域進行了大量卓有成就的研究，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，?/p>

21、應用上，國外已成為切削加工的主流。我國高速、高效切削加工工藝及裝備發(fā)展和應用起步較晚，與國外差距較大，目前主要在汽車、航天、航空、模具、動力機械等行業(yè)有一定的應用，取得很大效益。其中以上世紀80年代一進的多條轎車數(shù)控自動線，在應用高速、高效切削加工工藝及裝備最為突出。但從整個機械制造業(yè)來看，目前仍然是較低速的普通切削加工為主，加工效率普遍較低。主要差距是高速切削加工變形理論、高速切削加工的零件毛坯成形工藝的優(yōu)化、高性能高速刀具材料（包括涂層技術）的研究開發(fā)、高速刀具（包括刀柄、刀具結構、復合加工刀具等）安全設計（包括動平衡和安全標準）理論、制造工藝和合理使用、高速機床大功率高剛性電主軸（200

22、00rpm以上）、高速大行程的直線電機、快速響應數(shù)控系統(tǒng)以及高速切削加工的監(jiān)控等研究處于初級階段，有的在實用上幾近處于空白。從國內(nèi)外的整體研究和應用情況看，存在幾個突出的問題：（1） 刀具的磨損、破損和壽命限制了高速、高效切削加工的發(fā)展和應用現(xiàn)有高速切削刀具材料加工鋁及鋁合金等有色金屬可以取得較好的效果。但進一步提高加工效率，主要受限于高速機床的主軸轉數(shù)和功率。加工鋼、鐵及其合金的高速、高效切削加工主要受限于刀具壽命。關于高速切削加工刀具磨損、破損機理和刀具壽命雖有一定研究，但沒有從高速、高效切削過程中的高速切削摩擦學行為深入系統(tǒng)研究刀具的磨損、破損規(guī)律和機理及其與切削條件之間的關系。主要是在

23、高速、高效切削過程中的大應變速率的高速切削變形和高速摩擦學行為所形成的熱、力耦合的不均勻強應力場作用下的刀具磨損與破損損壞，特別是新型金剛石、立方氮化硼、陶瓷刀具、涂層刀具和超細顆粒硬質(zhì)合金等刀具高速、高效切削時的高速切削摩擦學研究很少，尤其是高速切削超級合金的高速摩擦學和刀具損壞機理，幾乎是空白；因而沒有建立研究開發(fā)和合理設計與選擇高速切削刀具與刀具材料的基礎理論，限制了高速、高效切削加工技術的進一步發(fā)展和推廣應用。（2）難加工材料高速切削加工困難很大高溫合金、鈦合金、高強鋼鐵合金、耐腐蝕鋼鐵合金和高硬耐磨合金鑄鐵等難加工材料的應用日益增加，它們的高速、高效加工仍然是一個困難的問題。現(xiàn)有刀具

24、材料加工的效率普遍較低，刀具壽命短，材料耗費嚴重。國內(nèi)外系統(tǒng)深入研究高速、高效切削加工這類合金的切削變形和切削摩擦學理論及熱、力耦合產(chǎn)生不均勻強應力場的形成及其對刀具損壞與刀具壽命和刀具材料開發(fā)的影響等很少。沒有建立設計高速、高效切削加工這類合金的刀具材料的基本理論，能用于高速切削加工的刀具材料很少。（3）高速切削加工的表面質(zhì)量研究很少高速、高效切削加工時，加工表面粗糙度研究較多，但高速、高效切削加工時造成熱、力耦合不均勻強應力場作用下形成的零件表面過程和表面質(zhì)量（包括表面粗糙度、表面硬化和表面殘余應力等）的機理以及加工尺寸精度（加工變形造成的影響）的全面系統(tǒng)研究很少，因而還沒有建立有效控制高

25、速、高效控制加工表面質(zhì)量和加工精度的理論基礎。（4） 高速、高效切削加工的動力學與穩(wěn)定性的研究滿足不了要求國內(nèi)外進行了大量研究，取得諸多理論成果，但由于多數(shù)研究對高速、高效切削過程中的機床刀具工件夾具復雜多自由度系統(tǒng)建模時的簡化，高速切削時產(chǎn)生的離心力、陀螺效應等考慮不足等，研究的結果與實際應用相差較大；同時目前高速切削時，而這些穩(wěn)定性是在部分特定刀具、工件材料和工況下的穩(wěn)定圖，適用范圍和預報準確性受到限制。因此，現(xiàn)有的諸多高速切削動力學與穩(wěn)定性研究成果不能滿足高速切削加工的實際要求，而只能在實際應用中試驗摸索穩(wěn)定性的高速加工切削條件，以求達到穩(wěn)定性高速切削的目的。（5）高速切削加工數(shù)據(jù)庫沒有

26、建立國內(nèi)外還沒有切削加工數(shù)據(jù)庫或高速切削加工數(shù)據(jù)手冊。傳統(tǒng)切削加工數(shù)據(jù)庫或切削數(shù)據(jù)手冊已不適應高速切削加工的要求，直接影響生產(chǎn)實際中高速、高效切削加工技術的推廣應用。目前生產(chǎn)實際中主要參考高速切削刀具廠家在刀具樣本上推薦的切削數(shù)據(jù)，在實際生產(chǎn)中試驗摸索確定切削條件，但國內(nèi)許多刀具廠家的刀具樣本沒有系統(tǒng)提供有關切削數(shù)據(jù)，國外刀具廠家刀具樣本提供的一些數(shù)據(jù)也不完善，而且各廠家對相同的刀具材料提供的數(shù)據(jù)也不相同，難于選用。因此，根據(jù)我國實際情況，研究和建立高速切削加工數(shù)據(jù)庫或高速切削加工數(shù)據(jù)手冊，對促進高速切削加工的發(fā)展和應用具有重要的意義。§11.14 建議“十一五”期間基金優(yōu)先資助的課

27、題和專題高速、高效切削加工技術是最重要的先進共性制造技術之一，具有巨大潛力，在這一領域，我國與國外的差距較大，為振興我國的機械制造業(yè)，盡快推動我國高速、高效切削加工技術的發(fā)展和推廣應用，根據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和存在問題，建議“十一五”期間優(yōu)先資助如下課題或專題：§11.14.1 高速、高效切削加工基本理論（1） 高速切削摩擦學研究主要研究高速（包括超高速）、高效（包括高性能、高效復合加工等）切削加工時，刀具材料（主要是金剛石、立方氮化硼、陶瓷、涂層和超細硬質(zhì)合金刀具）與工件材料（鋼、鐵及其合金、有色金屬及其合金、超級合金等）的相互作用過程的刀具摩擦、磨損和破損規(guī)律與磨損機理、刀具材料與工

28、件材料的力學、物理、化學性能的相互匹配以及切削介質(zhì)（空氣、特殊氣體、切削液）及切削條件對刀具摩擦、磨損與破損和壽命以及加工表面物理與化學性能的影響，并且綜合這些知識，以建立提高刀具壽命和控制高速、高效切削加工表面質(zhì)量（表面粗糙度、加工硬化、殘余應力和表面變質(zhì)層等）、加工精度（加工變形）、加工效率和研制高效刀具材料和刀具以及合理選擇與使用刀具材料和切削介質(zhì)的科學理論。（2） 難加工的高速切削變形理論高溫合金、鈦及鈦合金、高強鋼鐵合金、耐腐蝕鋼鐵合金和高硬耐磨合金鑄鐵等難加工材料在航空、航天、燃氣輪輪機、冶金、化工和大型高溫裝置等應用很多，切削加工困難，效率普遍較低。難加工材料的高速切削加工變形理

29、論主要研究高速切削加工過程中能量轉換機制、工件材料本構關系與切屑形成機理、切削加工力學、切削加工熱現(xiàn)象及其對工件材料本構關系的變化與切屑形成的影響，與高速切削摩擦學行為研究相結合，建立熱、力耦合不均勻強應力場模型及其與刀具損壞和加工表面質(zhì)量的關系。建立提高刀具壽命和控制加工表面質(zhì)量與研制和應用高速切削加工難加工材料用刀具材料的理論基礎。（3） 高速切削加工表面質(zhì)量高速切削加工表面質(zhì)量研究主要研究不同刀具材料高速切削不同工件材料過程中在不均勻強應力場作用下，已加工表面的形成機理、表面層物理、化學和力學性能的評價及其檢測，切削條件（切削用量、刀具幾何角度、切削加工穩(wěn)定性、切削介質(zhì)等）對加工表面質(zhì)量

30、的影響，刀具表面質(zhì)量與加工表面質(zhì)量的關系，不同刀具材料與不同工件材料的匹配對加工表面質(zhì)量的影響，加工精度與加工表面質(zhì)量的關系，建立多參變量下的表面質(zhì)量和加工精度計算或預評估模型，從而可預測和控制加工表面質(zhì)量和加工精度。（4） 高速切削動力學與穩(wěn)定性高速切削動力學與穩(wěn)定性的研究是以高速切削加工系統(tǒng)的切削穩(wěn)定性和安全性為目標，建立高速切削的機床刀具夾具工件系統(tǒng)的多自由度的線性、非線性動力學模型，提出和完善基于高速切削條件下的切削過程各動態(tài)特征量識別、控制方案；探討改進、提高高速切削加工過程動態(tài)穩(wěn)定性的新方法。主要研究內(nèi)容包括高速切削系統(tǒng)動力學特性，高速切削加工時切削力時間歷程的識別，高速切削加工時

31、穩(wěn)定區(qū)域的建立，高速切削加工系統(tǒng)的動力修改等。§11.14.2 高速切削加工工具系統(tǒng)的安全設計和制造（1）高速刀具材料設計和制造研究建立刀具材料的“微觀”、“細觀”和“宏觀”的“多尺度”關聯(lián)模型，重點研究以亞微米、納米的立方氮化硼、陶瓷和tic（n）基硬質(zhì)合金等為基體相或強韌相組成復相刀具材料；制造工藝主要是研究熱壓、熱等靜壓、涂層（包括基體材料和涂層的優(yōu)化匹配技術、納米涂層、超硬復合涂層等涂層技術）和刀具表面及刃口強化技術；研制高強度、高韌性、高硬度和高抗熱震性能的刀具材料，特別是高速切削加工超級合金的刀具材料。 （2）高速切削刀柄和刀具動態(tài)設計與制造刀柄是機床主軸和刀具之間的聯(lián)結

32、件，高速運轉條件下，主軸與刀柄間的微小變化，都可能造成巨大的離心力，引起機床、工件和刀具的振動。將來刀具平衡技術的發(fā)展方向是將動平衡設備同切削刀具及機床集成在一起，從而能夠使主軸和刀柄組件在從靜止達到預定的高轉速的過程中能夠自動平衡。在機床主軸中，使用平衡裝置將刀具組件調(diào)整到平衡位置，或者在動平衡儀上離線測得不平衡量，然后將此信息發(fā)送到平衡組件，將刀具調(diào)整到合適的動平衡范圍內(nèi)。（3） 高速切削安全標準（包括刀具動平衡和使用）的研究高速切削加工時，高速旋轉著的工件、夾具、刀具積聚著很大的能量，承受著很大的離心力，當機床主軸的轉速高達1000020000r/min，甚至更高時，會使夾具、刀具破碎，

33、釋放出很大的能量，可能造成重大的事故和傷害。因此，解決高速切削的安全問題成為應用高速切削加工技術的前提。應對機床防護罩的材料和結構進行研究，制定高速切削刀具的安全標準。§11.14.3 高效、高速切削加工工藝（1） 高效、高速切削加工工藝為保證高速加工順利進行，提高零件的加工質(zhì)量，延長刀具壽命，縮短加工時間，高速切削加工工藝具有不同于普通數(shù)控加工的特殊工藝要求，如保持恒定的切削載荷、每齒進給量應盡可能保持恒定，并保持穩(wěn)定的進給運動，使進給速度損失降低到最小、避免走刀方向和加速度的突然變化、程序處理速度最佳化等。這些要求在制定高速切削nc編程策略時應得到充分注意。高速切削加工的特殊工藝

34、有進、退刀工藝，移刀工藝，拐角加工工藝，重復加工工藝，高效率切削工藝，余擺線式加工工藝，插入式加工工藝等。（2） 智能高效、高速切削數(shù)據(jù)庫切削數(shù)據(jù)是衡量切削技術水平高低的一個基本量值。采用合理的切削數(shù)據(jù)可以充分發(fā)揮切削機床和切削刀具的功能，尤其對于各種高效、高速切削加工機床、數(shù)控機床和加工中心來說，加工輔助時間已大大縮短，這樣在有效的加工時間內(nèi)充分利用合理的或優(yōu)化的切削數(shù)據(jù)，對提高整個加工系統(tǒng)的經(jīng)濟效益更為重要。建立高效、高速切削數(shù)據(jù)庫，向機械制造業(yè)提供合理或優(yōu)化的切削用量是增強企業(yè)競爭力最有效的措施之一。§11.14.4高速切削加工的智能檢測與監(jiān)控傳感器與儀器（1）高速切削加工過程

35、的智能檢測高速切削機床及切削過程的檢測內(nèi)容包括：切削力監(jiān)控及控制刀具磨損，機床功率監(jiān)控亦可間接獲得刀具磨損信息；主軸轉速監(jiān)控以判別切削參數(shù)與進給系統(tǒng)間關系；主軸軸承狀況監(jiān)控；電器控制系統(tǒng)過程穩(wěn)定性監(jiān)控等。高速切削加工過程監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性對高速切削加工的安全性非常重要。（2）智能嵌入式切削加工過程監(jiān)控傳感器刀具機械性能的快速、可靠測量技術的研究，尤其是超硬刀具、硬質(zhì)合金刀具表面和次表面應力場、缺陷、微裂紋的檢測，也包括涂層質(zhì)量、多層涂層、過渡層機械性能的可靠快速測量技術。利用涂層技術，在刀具表面涂覆薄膜，然后用微機電技術將薄膜的某些部分刻蝕掉，使刀具基體顯露出來，留下來的涂層在刀具上形成一個特殊

36、的電路布線。刀具工作時，隨著刀具的磨損、破損等的出現(xiàn)，涂層線路發(fā)生變化，電路特性發(fā)生變化，根據(jù)電路特性的變化就可對切削加工過程中的物理量做出預報。§11.14.5 高效、高速加工機床（裝備）及關鍵零部件的設計理論與制造技術（1） 大功率高精度高速電主軸單元研究開發(fā)陶瓷、液體動靜壓、空氣潤滑等高速高剛度軸承，在此基礎上研究大功率高精度高速電主軸。同時，開展電主軸的熱特性、機械特性及其耦合特性與動態(tài)特性的研究。電主軸的動平衡、高加（減）速控制、高頻變頻控制、測試、潤滑技術的研究。（2） 高加（減）速直線電機進給與精密控制技術研究開發(fā)大行程、大推力易控制的直線電機，直線電機端部效應的研究與

37、抑制技術，解決散熱、隔磁、自鎖和移動部件輕量化技術，推進直線電機的應用。（3）高速、高效加工機床結構設計技術高速并聯(lián)機床，多軸聯(lián)動機床，虛擬軸機床及多功能復合加工機床等的結構設計的研究和其熱特性與動態(tài)特性的研究。§11.2 精密/超精密加工及其裝備為了不斷地提高加工精度，超精密加工利用了愈來愈多的科技最新成果，所涉及學科愈來愈多，形成了一個復雜的系統(tǒng)。超精密加工技術已不僅是一個專門的工藝技術，而成為一個含有當代最新科技成果的系統(tǒng)工程。它之所以被各國列為國家關鍵技術，是因為它是現(xiàn)代國防科學技術發(fā)展的基礎，同時也是高新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎。各國在此領域的研究工作都是十分機密的，特別是西方發(fā)達國

38、家在超精密加工技術與裝備領域嚴格對我國封鎖和禁運。為了發(fā)展我國高新技術和加強國防建設，必須自力更生的開展超精密加工技術與裝備的應用基礎研究。§11.2-1精密/超精密切削加工及其裝備§11.21.1該領域的科學內(nèi)涵及結構體系、研究范圍和任務超精密加工技術是指加工的尺寸和形狀精度在納米尺度（即0.1100納米），表面粗糙度ra10nm的零件、構建和產(chǎn)品所需的制造、檢測及控制等的綜合技術。超精密切削加工技術是特指加工時使用的工具為單刃刀具，以區(qū)別采用磨粒作為刃具的加工方法，其結構體系如下圖所示近年來，超精密切削加工技術所涉及的研究范圍主要有以下幾個方面：（1） 納米加工理論及實

39、驗研究l 納米加工切屑形態(tài)及變形行為研究l 納米加工表面變質(zhì)層形成機理及實驗研究l 納米加工動力學模型的建立及實驗仿真研究l 納米加工過程刀具磨損機理及實驗仿真研究（2） 特種材料及特殊要求的精密、超精密切削工藝與裝備l 基于新原理的特種材料精密、超精密切削工藝與裝備l 特種材料的切削加工機理及刀具磨削機理l 超精密切削加工對特種材料性能的影響及控制措施l 特殊要求的精密、超精密加工新工藝及其裝備（3） 微小零件精密、超精密加工技術與裝備l 精密、超精密微小加工裝備及相關微小功能部件的研究l 精密、超精密微小零件加工新工藝、新方法的研究l 微型刀具的制作方法及裝置研究l 加工變質(zhì)層對微小零件精

40、度，性能和結構的影響規(guī)律及其控制和消除方法研究l 微小零件超精密加工中的動力學問題l 微小零件加工時，在線檢測技術及精度控制和補償技術研究（4） 大型光學零件超精密加工技術與裝備l 大型光學零件超精密加工與檢測一體化技術與裝置l 高精度在線檢測及補償方法的研究l 高效新加工工藝方法及裝置研究l 各個因素變化對精度影響機制、模型及控制補償措施（5） 超精密切削加工關鍵技術與裝備l 超精密加工裝備關鍵技術與部件l 超精密切削工具技術與裝置l 超精密環(huán)境控制技術與裝置l 超精密在線位置檢測、誤差補償及控制技術研究l 超精密切削加工工藝專家系統(tǒng)§11.21.2該領域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

41、超精密加工技術是因應宇航和軍事技術的發(fā)展需要，于上世紀60年代初在美國形成和發(fā)展起來的。由于它在軍事技術和高科技領域的重要作用，被美國列為國家關鍵技術予以重點資助和發(fā)展。日本在上世紀80年代也因重視超精密加工技術基礎研究，并把它應用于微電子產(chǎn)業(yè)，使得日本在微電子等高技術產(chǎn)業(yè)競爭中，取得了世界領先的優(yōu)勢。各國不僅把超精密加工技術列為國家重點發(fā)展技術，而且成為衡量一個國家制造水平的標志。上世紀60年代初超精密切削加工裝置在美國橡樹山國家實驗室研制出來以后，這種技術得到迅速發(fā)展，下面將從五個方面介紹該領域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢：1. 亞微米級超精密切削加工設備研究方面 作為代表的是nanotec

42、h系列產(chǎn)品，加工無氧銅等有色金屬，其表面粗糙度可達ra<1nm。對于小于100mm尺寸零件面形精度可達0.1µm(rms)。近年來，精度補償技術有了很大的發(fā)展，使用該技術把檢測數(shù)據(jù)輸入機床，可進行自動修整。從機床本身說，主軸速度已由30005000轉/分提升到15000轉/分，進給完全采用直線電機驅動，液體靜壓導軌形式。 這類設備是對我國禁運的，目前國內(nèi)尚沒有該系列產(chǎn)品（香港除外），近幾年我國進口近十臺nanoform250超精密機床，它屬于美國rank pneumo公司80年代產(chǎn)品系列。 高于亞微米精度的加工設備，目前尚無商品出售，大多屬于世界上知名實驗室自行研制的設備，例如

43、，美國勞倫斯利夫莫爾國家實驗室的lodtm。這些設備為達到幾十納米形狀精度，除環(huán)境控制十分嚴格外（如溫度控制在±0.0005），加工設備同時也是在線檢測設備，采用多路高精度激光干涉系統(tǒng)對刀具及工件位置進行準確測量，加工系統(tǒng)承力結構與檢測系統(tǒng)結構是分開的，以保證檢測精度。所用激光干涉系統(tǒng)分辨率達0.6nm，且光路基本上是在真空管路中傳輸。我國開始超精密切削加工技術與裝備研究起步并不算晚。早在上世紀60年代，北京機床研究所、航空部303所、230廠、上儀廠等單位就開始這方面的研究。特別是北京機床研究所已研究出一系列的加工裝置。隨后，長春光機所引進第一臺超精密切削加工機床msg325。目前

44、，我國已有不少單位研制出超精密切削加工機床，例如，北京機床研究所、航空部303所、哈爾濱工業(yè)大學、230廠、上海儀表廠等單位。但無論在性能穩(wěn)定性和可靠性，還是在精度指標上還與國外商品有一定的差距。特別是國外商品化機床都配有精度補償軟件。我國因超精密加工工藝研究和有關應用基礎研究還不夠，沒有一個單位能提供有關精度補償軟件。除了通用型超精密加工裝備外，高新技術產(chǎn)業(yè)和國防工業(yè)還急需超精密加工專用設備。由于此類設備技術含量高、種類多、批量小、關鍵部件缺乏國內(nèi)配套產(chǎn)品等原因，國內(nèi)超精密專用加工與檢測設備與國外相比有更大的差距，它阻礙了我國高新技術的發(fā)展和國防現(xiàn)代化的步伐。2. 納米加工表層形成機理的研究

45、方面當加工尺度達到納米量級時，會產(chǎn)生一系列介觀物理現(xiàn)象，如：小尺度效應、量子尺寸效應等，再用宏觀的切削原理來描述加工過程和各種介觀現(xiàn)象，解釋表面形成機理已力不從心，必須用分子動力學、量子力學、原子物理等近代基礎理論來研究這一加工過程，進而建立納米級加工過程的理論，指導納米級超精密加工技術。目前超精密切削表面粗糙度已達1nm，接近單個原子的大小，而我們所使用的金剛石刀具刃口半徑遠大于1nm。金剛石刀具是如何加工出如此光整的表面呢？至今世界上尚無人能解釋清楚。上世紀80年代末首先由美國勞倫斯國家實驗室的學者開始應用分子動力學來模擬納米切削過程，后日本等其它國家學者也開展了這方面的研究。但至今尚未建

46、立有關理論來解釋這一過程。除了采用分子動力學模型有其局限性外（因它未考慮量子效應的問題），另一重要原因是分子動力學計算的尺度范圍太小，不能與實驗尺寸相比擬，相差好幾個數(shù)量級。目前計算能力尚不能滿足研究需要。大家正在探索是否可以采用其他途徑來研究，若能建立納米切削表層形成的模型及有關理論，則會對納米級加工的工程應用起到極大的推動作用。目前我國與國外處于相同水平在競爭，誰先取得這一領域理論研究的優(yōu)勢，必然會加快本領域的工程應用。3. 大型光學零件超精密加工技術的研究光學零件是目前對加工精度和表面質(zhì)量要求最高的零件，特別是大型光學零件幾乎達到了極限精度要求。美國國家點火裝置（nif）要用2萬多塊光學

47、零件，其中有7千件大型光學零件。所有美國光學研究與生產(chǎn)單位花費近十多年對大型光學零件加工方法、加工設備、加工工藝、加工過程的檢測技術、環(huán)境條件的檢測與控制、精度補償?shù)雀鱾€方面進行研究與實驗。目前，nif尚未達到能進行點火實驗的程度。對于大型光學零件的超精密加工，目前國外仍處于研究探索更好、更可靠和更有效的加工方法階段。我國對光學零件的加工尚處于手工研拋的水平，遠遠滿足不了國防和國民經(jīng)濟發(fā)展的需求。對大型光學零件的超精密加工差距更大。4. 特殊要求的精密、超精密加工技術的研究隨高新產(chǎn)業(yè)和高科技的發(fā)展，有些產(chǎn)品或科學研究實驗零件要求特殊形狀，并在特殊工作條件和特殊工作環(huán)境下工作，同時對其形狀、尺寸

48、精度及表面質(zhì)量又有很高要求。這類精密和超精密加工技術是極為特殊的。例：硅片光刻后，要從背面減薄，300mm直徑從厚幾百微米減至50微米，并不能影響光刻圖形質(zhì)量；又如：激光核聚變實驗用各種微型靶，厚度在幾個微米，內(nèi)外表面要求ra0.02µm。 還有一些是在極端工作條件下，或極端環(huán)境條件下工作的，例如：極高速度準確定位、極慢速度下平穩(wěn)移動、超高速下切削等，這些特殊要求下的精密、超精密加工、檢測、運動控制等的需求愈來愈多，這是精密、超精密加工技術研究的一個新的趨勢。5. 超精密切削加工技術應用研究隨著高新技術和國防科技發(fā)展的需求,超精密加工技術得到了廣泛的應用：（1）不斷地拓寬被加工材料的

49、范圍。原來超精密切削加工材料僅適用于有色金屬材料，現(xiàn)在已研究用于黑色金屬、玻璃、鍺、硅等材料，有些光學單晶材料只能用金剛石切削加工才能保證晶體材料原來的光學特性，如kdp晶體。另外，不斷出現(xiàn)的航空、航天上應用的各種金屬基復合材料。這些材料具備很好的性能，但做為復雜零件如陀螺儀表的復雜殼體、衛(wèi)星天線等，目前尚未解決其超精密加工的問題，限制了這些材料的應用。采用新的超精密加工切削工藝方法，擴大新材料的應用是今后超精密加工的重要研究方向。（2）微小零件的超精密加工雖然采用光刻技術mems得到迅速發(fā)展，但作為運動部件，不僅尺寸小，而且精度和表面質(zhì)量要求很高，如硬盤驅動器中的軸系，這些微小零件是用其他方

50、法尚無法解決的。采用微型超精密加工設備來制作高精度微小零件是超精密加工技術發(fā)展的另一趨勢。(3) 重視超精密加工關鍵技術的應用基礎研究，擴大超精密加工技術應用范圍 我國很多高新產(chǎn)業(yè)其中核心技術仍依靠國外，例如冰箱和空調(diào)的壓縮機、硬磁盤的加工技術、芯片封裝機等，其關鍵技術屬超精密加工技術中關鍵部件或關鍵工藝部分，加強對這些關鍵技術的應用基礎研究，使超精密加工技術及部件模塊化，依據(jù)高新技術產(chǎn)業(yè)的需要來組合成所需專用精密、超精密技術與設備，促進高新產(chǎn)業(yè)核心技術國產(chǎn)化，是我國從制造大國變?yōu)橹圃鞆妵谋赜芍贰?#167;11.21.3本領域和學科“十一五”優(yōu)先資助建議超精密加工技術在國防現(xiàn)代化和高科技

51、產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重要地位已得到國家的認可，在國家中長期規(guī)劃中也被列為重要研究內(nèi)容。我們建議在“十一五”期間應優(yōu)先資助下列研究方向：（1）納米加工理論及實驗研究；*（2）大型光學零件超精密加工技術基礎研究；（3）微小零件精密、超精密加工技術及裝備研究；（4）特種材料和特殊要求的精密、超精密切削工藝及裝備研究；其中*應作為重大或重點項目給予資助。§11.21.4策略措施和建議重大、重點項目應強調(diào)國家重大工程需求。 自然科學基金強調(diào)資助對基礎問題的研究。作為工程與材料科學部的機械學科，應與其它理學部要有所差別，理學部更偏重科學規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，而工程偏重改造客觀世界的手段和方法的發(fā)明，特別是我國目前

52、在工程技術領域十分落后，有很多重大工程技術問題需要盡快解決，為了集中國家人力、財力、物力，重點和重大項目應為國家中長期規(guī)劃的重大工程需求服務。當然也只有解決了重大工程的應用基礎科學問題，才能順利地完成重大工程項目的建設。作為重大和重點項目更不能成為炒作名詞與概念的游戲，目前有一種不好趨勢，誰的名詞愈新，包含內(nèi)容愈全，誰就越應受重視，應得到重點資助。作為重大項目或重點項目最后應有具體裝置和手段，機械制造學科是脫離不了裝備與手段，不能只在計算機上搞制造。§11.2-2精密/超精密磨料加工§11.22.1該領域的科學內(nèi)涵及結構體系、研究范圍和任務超精密磨料加工技術包括超精密磨削、

53、研磨、拋光等加工技術，是以高精度為目標的技術。它追求所加工的工件達到納米、亞納米級的表面質(zhì)量和優(yōu)于亞微米級的尺寸、形狀精度的要求，其任務是解決軍事、信息產(chǎn)品以及民用產(chǎn)品中關鍵零部件如計算機外設、陀螺儀轉子、衛(wèi)星的姿態(tài)軸承、光學系統(tǒng)中的高精度非球面透鏡、硅片等等的高精度加工問題。例如，廣泛用于液壓隨動系統(tǒng)中精密偶件的閥芯與閥套的配合精度常要求達到m級，錄像頭、影碟機等精密零件的加工精度已提高到0.1m，激光陀螺平面反射鏡的平面 度誤差要求小于0.05m、ra0.001m。它具有單項技術的極限、常規(guī)技術的突破、新技術綜合三個方面永無止盡的追求的特點。實現(xiàn)超精密磨削、研磨、拋光是一項系統(tǒng)工程。超精密

54、磨削技術是在一般精密磨削基礎上發(fā)展起來的。超精密磨削不僅要提供鏡面級的表面粗糙度，還要保證獲得精確的幾何形狀和尺寸。目前超精密磨削的加工對象主要是玻璃、陶瓷等硬脆材料，磨削加工的目標是范成35nm的平滑表面，也就是通過磨削加工而不需拋光即可達到要求的表面粗糙度。作為納米級磨削加工，要求機床具有高精度及高剛度，以消除各種動態(tài)誤差的影響，并采取高精度檢測手段和補償手段。主要研究點包括：1) 塑性磨削(ductile grinding)主要是針對脆性材料進行常規(guī)磨削加工時會出現(xiàn)表面微觀裂紋的問題而提出的，它的研究熱點集中在塑性磨削的加工機理方面，目前有兩種觀點，一種認為存在與工件材料特性和磨粒的幾何

55、形狀有關臨界切削深度，在這臨界切削深度之內(nèi)為塑性磨削；另一種認為只有磨削溫度才是切屑由脆性向塑性轉變的關鍵。 2) 鏡面磨削 鏡面磨削關注的不是切屑形成的機理而是磨削后的工件表面的特性。鏡面磨削研究的基本出發(fā)點是：要達到境面，必須使用盡可能小的磨粒粒度，并且磨粒在砂輪表面保持鋒利的棱角。elid（electrolytic in-process dressing）磨削是當前鏡面磨削發(fā)展較成熟的技術。3)確定量微磨（dmgdeterministic microgrinding） 確定量微磨技術是在綜合超精密磨削技術最新發(fā)展的基礎上形成的，它采用高剛度、高精度、高穩(wěn)定性的機床，通過精確控制砂輪的切削

56、深度、磨削速度、進給量以及等砂輪和工件之間的相對振動等參數(shù)，減小磨削加工過程的不確定性，減小工件表面的亞表面損傷，達到高精度、高表面質(zhì)量的高效率加工。 4) 性能優(yōu)異的磨具制品新型陶瓷剛玉磨料，微晶燒結剛玉砂輪，cb寶石藍砂輪，金剛石或cbn磨料，超微細微粉磨料等的性能、工藝和應用研究。 5) 超精密磨床包括高剛度、高精度的機床部件，大型超精密平面磨床、復雜形狀超精密磨床結構設計，軸系、驅動、在線測度與誤差補償技術。以及超精密面型測量與評價技術是該領域研究的重要技術。超精密研磨、拋光對研拋機床的精度要求低一些，但對磨料加工工藝、超精密測控技術以及超精密研拋新原理、新方法的需求有更高和更廣闊的探

57、索空間。超精密確定量研拋加工技術的發(fā)展是以高精度、超光滑光學零件、大規(guī)模集成電路的硅片的加工需求為牽引的。由于高精度非球光學零件(包括大型非球面鏡、高徒度非球面鏡、離軸非球面鏡和拼接子鏡、自由曲面鏡等)的加工基本上代表超精密加工技術的最高水平，超精密確定量研拋加工成為超精密加工技術發(fā)展的重點之一，國際上在這一領域的研究一直很活躍。其基本原理是通過控制研拋頭的形狀（形式）、壓力、運動形式等參數(shù)，使得研拋頭在單位時間內(nèi)對工件表面材料的去除量及分布可知，通過控制研拋頭在工件表面的運動/停留時間去除殘余誤差，從而達到減小工件的面型誤差、提高工件表面質(zhì)量的目的。這一領域的研究熱點包括可控性良好的研拋新原

58、理新方法，殘余誤差的定量去除算法，中高頻誤差控制和抑制技術等。發(fā)展起來的新技術有計算機控制小工具研拋(cc0s)技術、應力盤拋光技術、磁流變拋光技術、離子束拋光技術等。超光滑表面加工技術通常指表面粗糙度小于1nm（rms），并且無亞表面損傷的加工技術。超光滑表面主要應用在兩個方面，一是以強激光、短波光學為代表的工程領域，主要目的是為了減小散射，提高抗破壞閾值；二是以磁記錄頭、大規(guī)模集成電路基片等器件為主的電子工業(yè)領域。§11.22.2該領域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢該領域的國內(nèi)外研究是以工業(yè)界的需求為牽引，圍繞精度、效率、和表面質(zhì)量展開。其研究現(xiàn)狀的特點表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）積極

59、開展脆性材料磨削加工機理研究，開拓超精密磨削加工的精度極限。如在延展性磨削機理的認識基礎上形成了確定量微磨技術；（2）圍繞確定量加工，積極尋求控制加工過程和去除量的方法和工藝；（3）積極探索提高超精密研拋加工效率的新途徑、新方法。目前國內(nèi)的研究基本上是跟蹤國外的技術發(fā)展展開的，其差距表現(xiàn)在：缺乏對加工機理的原創(chuàng)性認知，缺乏長期的技術基礎積累，缺乏工業(yè)界的強烈需求牽動。鏡面磨削方面，日本鏡面磨削時使用的磨具粒度為40008000#，其微粉的平均尺寸為1.5m4m，加工后工件表面粗糙度可達ra0.003m0.005m。使用粒徑為20nm的sio2超微細微粉及錫拋光盤對藍寶石單晶進行無損超精密研磨的拋光，可獲得ra1nm的表面。美國norton公司首先推出