精密和超精密加工技术的新进展

精密和超精密加工技术的新进展一、概述随着科技的不断进步和制造业的飞速发展，精密和超精密加工技术在现代工业中的应用越来越广泛，其地位和作用日益凸显。精密和超精密加工技术是指通过一系列精确的加工方法和设备，实现对工件尺寸、形状和表面质量等要素的高精度控制。这些技术不仅关乎产品质量和性能，更直接影响到整个制造过程的效率与成本。近年来，精密和超精密加工技术取得了显著的进展。新型加工设备、工艺方法以及材料的应用，使得加工精度不断提高，加工表面质量更加优异。同时，随着智能制造、数字化加工等先进制造技术的融入，精密和超精密加工技术正朝着更高效、更智能、更环保的方向发展。本文旨在综述精密和超精密加工技术的新进展，分析当前的研究热点和发展趋势，以期为相关领域的研究人员和工程技术人员提供有益的参考和启示。1.精密和超精密加工技术的定义随着现代制造业的飞速发展，精密与超精密加工技术已成为提升产品质量、性能和可靠性的关键手段。精密加工指的是在一定的发展时期内，加工精度和表面质量达到较高水平的加工工艺。目前，精密加工通常指的是加工精度在1m范围内，表面粗糙度达到Ra01m的加工技术。而超精密加工技术，作为精密加工技术的进一步延伸和提升，是指加工精度和表面质量达到极高水平的加工工艺。在不同的历史时期和技术发展阶段，精密与超精密加工的定义和标准会有所变化。目前，超精密加工主要指的是加工零件尺寸精度大于1m，表面粗糙度Ra小于025m，机床定位精度的分辨率和重复性大于01m的加工技术。这种技术又被称为亚微米级加工技术，并正在向纳米级加工技术发展。精密与超精密加工技术广泛应用于汽车、航空航天、医疗器械、电子产品等各个领域。随着科学技术的不断进步，精密与超精密加工技术将继续发展，为制造业的转型升级和产品质量提升提供有力支撑。2.精密和超精密加工技术的重要性和应用精密和超精密加工技术在现代工业中占据着举足轻重的地位。随着科技的飞速发展，对材料加工精度和表面质量的要求日益提高，精密和超精密加工技术成为了满足这些要求的关键手段。精密加工技术主要针对微米级（1100m）的加工精度，而超精密加工技术则追求纳米级（1100nm）甚至更高精度的加工。精密和超精密加工技术在众多领域都有广泛的应用。在半导体行业中，超精密加工技术被用于制造集成电路和微处理器，其纳米级的加工精度确保了芯片上数以亿计的晶体管能够精确无误地运行。在光学领域，精密加工技术用于制造高精度的光学元件，如透镜、反射镜等，这些元件广泛应用于激光技术、天文观测、医疗诊断等领域。精密加工还在航空航天、精密机械、钟表制造等领域发挥着不可替代的作用。不仅如此，精密和超精密加工技术的发展还促进了相关领域的创新。例如，随着超精密加工技术的进步，人们能够制造出更小、更快、更节能的微纳器件，从而推动了微型机器人、微型传感器等微纳技术的快速发展。同时，精密加工技术的提升也带动了材料科学、测量技术、控制工程等多个领域的进步，形成了相互促进、共同发展的良好局面。精密和超精密加工技术在现代工业中具有不可替代的重要性，其应用广泛且深远，是推动科技进步和产业升级的重要力量。随着技术的不断创新和突破，精密和超精密加工技术将在未来发挥更加重要的作用，为人类社会的科技进步和产业发展做出更大的贡献。3.文章目的和结构本文旨在全面概述精密和超精密加工技术的最新进展，为读者提供这一领域的研究动态、发展趋势以及实际应用。随着科技的飞速发展，精密和超精密加工技术在制造业中的地位日益凸显，对提升产品质量、降低能耗和增强国际竞争力具有重大意义。本文不仅关注技术的理论突破，还强调其在实际生产中的应用和效益。文章结构如下：引言部分将简要介绍精密和超精密加工技术的定义、分类及其在制造业中的重要性。接着，第二部分将详细回顾精密和超精密加工技术的发展历程，包括关键技术的突破和主要研究成果。在此基础上，第三部分将重点介绍近年来该领域的新进展，包括新材料、新工艺、新设备等方面的创新。还将探讨这些新技术在实际生产中的应用案例和效果。结论部分将总结全文，指出精密和超精密加工技术的发展趋势和前景，并提出未来研究的方向和建议。通过本文的阐述，读者将对精密和超精密加工技术的最新进展有更加深入的了解，为相关领域的研究和应用提供有益的参考。二、精密和超精密加工技术的发展历程精密和超精密加工技术的发展历程可追溯到20世纪50年代，那时的美国为了满足航天等尖端技术的需求，率先开始了精密超精密加工技术的研究。这一时期的代表技术为精密超精密切削技术（SPDT），它通过使用金刚石刀具进行微量切削，极大地推动了精密加工技术的发展。进入60年代，随着核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的兴起，超精密加工技术得到了进一步的发展，其加工精度和表面质量得到了极大的提升。在这一阶段，超精密加工技术的最高加工尺寸精度达到了10纳米级，表面粗糙度达到了1纳米，加工的最小尺寸达到了1微米。到了20世纪80年代，随着新材料、新工艺和新设备的不断涌现，超精密加工技术得到了进一步的提升。例如，新型加工设备的研发和应用不断取得突破，如五轴联动数控机床、激光加工机、电子束加工机等新型设备的出现，使得复杂零件的精密加工变得更加高效和准确。同时，新型加工材料如工程塑料、陶瓷、复合材料等高性能非金属材料的广泛应用，也使得精密加工的领域得以进一步拓展。精密加工技术的智能化和自动化水平也不断提升，智能化加工设备能够实现自适应加工、无人值守加工等功能，大大提高了加工效率和质量稳定性。进入21世纪，随着科技的不断进步，超精密加工技术的应用越来越广泛，尤其是在微电子、光学仪器和航空航天等领域。在这一阶段，超精密加工技术不断追求更高的精度、更细粒度、更小误差和更高效率，其加工精度已经向纳米级甚至原子级迈进。同时，随着各种新技术的不断涌现，如机械化学抛光、离子溅射和离子注入、电子束曝射、激光束加工、金属蒸镀和分子束外延等超精密特种加工技术，也为超精密加工技术的发展注入了新的活力。精密和超精密加工技术的发展历程是一个不断创新和突破的过程，它不断推动着制造业的进步，为各领域的科技发展提供了坚实的支撑。未来，随着科技的不断进步和新材料的不断涌现，精密和超精密加工技术将继续向着更高的精度、更高的效率、更广泛的应用领域迈进。1.早期精密和超精密加工技术的发展精密和超精密加工技术的发展可以追溯到工业革命时期，当时的制造业正处于从传统手工制造向机械化制造的转型阶段。在这一阶段，精密加工技术主要是通过手工技艺和简单的机械工具来实现，加工精度和效率相对较低。随着科学技术的进步和机械制造业的发展，精密加工技术逐渐得到了改进和提升。在19世纪末和20世纪初，随着机床、刀具和测量技术的进步，精密加工技术得到了快速发展。在这一时期，精密机床的出现使得加工精度得到了显著提高，同时，新型刀具材料和磨削技术的出现也使得加工效率和质量得到了提升。这些技术的发展为精密加工技术在航空、汽车、仪器仪表等领域的应用提供了有力支持。进入20世纪后半叶，随着科学技术的不断进步，超精密加工技术开始崭露头角。在这一阶段，超精密加工技术主要应用于微电子、光学、航空航天等高科技领域。超精密加工技术的发展离不开超精密机床、超精密测量和超精密加工工艺的进步。这些技术的发展使得加工精度达到了纳米级甚至更高的水平，为高科技产业的发展提供了重要支撑。早期精密和超精密加工技术的发展为现代制造业的崛起奠定了坚实基础。随着科学技术的不断进步和应用领域的不断拓展，精密和超精密加工技术将继续得到发展，为制造业的升级换代和高质量发展提供有力保障。2.现代精密和超精密加工技术的进步近年来，精密和超精密加工技术取得了显著的进步，不仅在传统领域有所突破，还在新兴领域如微纳制造、生物医学和光学领域展现出巨大的潜力。这些进步主要得益于新材料、新工艺和新设备的发展，以及多学科交叉融合的研究模式。新材料的应用为精密和超精密加工提供了新的可能。例如，碳纳米管、石墨烯等纳米材料的出现，使得在纳米尺度上进行高精度加工成为可能。这些材料具有优异的力学、电学和热学性能，为精密加工提供了更广阔的应用空间。新工艺的研发也推动了精密和超精密加工技术的进步。随着纳米压印、飞秒激光加工等新型加工技术的出现，精密加工的精度和效率得到了大幅提升。这些新工艺不仅可以在微观尺度上实现高精度加工，还可以在宏观尺度上实现高效率生产，为现代制造业的发展提供了有力支持。新设备的出现为精密和超精密加工提供了更强大的工具。例如，高精度数控机床、超精密磨床等设备的出现，使得精密加工的精度和稳定性得到了显著提升。这些设备不仅具有高精度的运动控制系统，还具有先进的在线检测和反馈机制，可以实现对加工过程的实时监控和调整。多学科交叉融合的研究模式也为精密和超精密加工技术的进步提供了新的动力。通过整合机械工程、材料科学、物理学、化学等多个学科的知识和技术，可以实现对加工过程更深入的理解和更精细的控制。这种跨学科的研究模式不仅有助于解决精密加工中遇到的各种技术难题，还可以推动相关领域的创新和发展。现代精密和超精密加工技术的进步得益于新材料、新工艺、新设备以及多学科交叉融合的研究模式。这些进步不仅提高了精密加工的精度和效率，还推动了现代制造业的发展和创新。未来，随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，精密和超精密加工技术将在新材料、新能源、生物医学等领域发挥更加重要的作用。3.当前面临的挑战和未来发展趋势在精密和超精密加工技术领域，尽管取得了许多令人瞩目的成就，但仍面临一些挑战，并呈现出一些未来发展趋势。随着科技的不断进步，对加工精度和表面质量的要求越来越高。这给精密和超精密加工技术带来了巨大的挑战。为了满足这些要求，需要不断研发新的加工方法和工艺，以及更先进的加工设备和测量技术。随着环保意识的增强，绿色制造成为未来发展的重要方向。精密和超精密加工技术需要在保证加工质量的前提下，降低能源消耗和环境污染。这需要从加工工艺、刀具材料、冷却液等方面进行综合考虑和优化。随着智能化和自动化技术的快速发展，精密和超精密加工技术也需要与这些技术相结合，实现智能化和自动化生产。这将提高生产效率和加工质量，降低劳动成本。随着全球制造业的竞争加剧，精密和超精密加工技术需要不断创新和突破，以保持国际竞争力。这需要加强产学研合作，加大研发投入，培养高层次人才。精密和超精密加工技术在面临挑战的同时，也呈现出广阔的发展前景。只有不断创新和突破，才能满足日益增长的市场需求，并在国际竞争中立于不败之地。三、精密和超精密加工技术的分类与特点精密和超精密加工技术按照不同的分类标准可以分为多种类型。根据加工原理，可以分为去除法和增材法。去除法是指通过去除材料来达到加工目的，如车削、磨削、研磨等增材法是指通过添加材料来达到加工目的，如3D打印、电铸等。根据加工精度，可以分为普通精密加工、超精密加工和纳米加工。普通精密加工的精度一般在110m之间，超精密加工的精度在11m之间，而纳米加工的精度则可以达到纳米级别。根据加工对象的材料特性，可以分为金属加工、非金属加工和复合加工。金属加工主要针对金属材料，如钢铁、铝、铜等非金属加工主要针对非金属材料，如陶瓷、玻璃、塑料等复合加工则可以同时加工金属和非金属材料。高精度：精密和超精密加工技术可以实现极高的加工精度，可以满足各种高精尖产品的需求。高效率：随着加工技术的不断进步，精密和超精密加工技术在保证高精度的同时，也提高了加工效率。高柔性：精密和超精密加工技术可以适应各种复杂的加工需求，具有很高的柔性。高可靠性：由于加工精度高，加工过程稳定，精密和超精密加工技术可以保证加工产品的高可靠性。精密和超精密加工技术在现代制造业中起着重要的作用，其分类和特点也随着技术的发展而不断演变。1.精密和超精密切削加工技术精密和超精密切削加工技术是制造业中的核心工艺之一，其对于提升产品质量、提高生产效率以及推动制造业的转型升级具有重要意义。近年来，随着科技的不断进步和制造业的快速发展，精密和超精密切削加工技术也取得了显著的新进展。精密和超精密切削加工技术的精度和效率得到了显著提升。新型的高精度切削机床和刀具材料的出现，使得切削加工的精度可以达到微米甚至纳米级别。同时，通过优化切削参数和切削液的使用，切削效率也得到了大幅提升，有效缩短了生产周期。精密和超精密切削加工技术的应用范围不断扩大。除了传统的金属材料加工，精密和超精密切削加工技术还广泛应用于陶瓷、玻璃、复合材料等非金属材料的加工。这些材料的硬度高、脆性大，传统的加工方法难以胜任，而精密和超精密切削加工技术则能够实现对这些材料的高效、高精度加工。精密和超精密切削加工技术还注重与其他加工技术的融合。例如，将超精密切削技术与磨削、研磨等技术相结合，可以进一步提高加工精度和表面质量。同时，随着智能制造技术的发展，精密和超精密切削加工技术也开始与自动化技术、信息技术等相结合，实现生产过程的智能化和自动化。精密和超精密切削加工技术的新进展为制造业的发展注入了新的动力。未来，随着科技的不断进步和制造业的持续发展，精密和超精密切削加工技术将继续发挥重要作用，为制造业的转型升级和高质量发展提供有力支撑。2.精密和超精密磨削加工技术精密和超精密磨削加工技术是用于制造具有极高尺寸精度、表面质量和形状精度的零件的先进制造方法。这些技术在航空航天、医疗、光学和半导体等需要高精度和表面完整性的行业中得到广泛应用。金刚石砂轮磨削：金刚石砂轮磨削是最常用的精密和超精密磨削加工方法之一。金刚石砂轮具有极高的硬度和耐磨性，能够实现非常小的磨削深度和进给量，从而获得极高的尺寸精度和表面质量。磁力磨削：磁力磨削是一种非接触式的磨削加工方法，它利用磁场来吸引和移动磨粒，从而实现对工件的加工。磁力磨削可以实现非常小的磨削力和热损伤，适用于加工薄壁、易变形和高温敏感的材料。电解磨削：电解磨削是一种结合了电化学和机械磨削作用的加工方法。它利用电解作用在工件表面产生微小的凹坑，然后通过机械磨削作用去除这些凹坑，从而实现对工件的加工。电解磨削可以获得极高的表面质量和形状精度。超声磨削：超声磨削是一种利用超声波振动来增强磨削效果的加工方法。它可以通过减小磨削力和改善磨削液的流动来提高磨削效率和表面质量。超声磨削适用于加工硬脆材料和复杂形状的零件。这些是精密和超精密磨削加工技术的一些例子，每种方法都有其独特的优势和适用范围。随着技术的进步，新的加工方法和工艺也在不断涌现，以满足制造业对高精度和高质量零件的需求。3.精密和超精密抛光加工技术精密与超精密抛光加工技术作为提升部件表面质量和实现纳米级表面光洁度的关键手段，近年来取得了显著的突破。这一领域的发展聚焦于材料去除机制的深入理解、智能控制系统的集成以及创新抛光材料的研发。随着人工智能和机器学习技术的飞速发展，智能控制策略正逐步渗透到超精密抛光工艺中。通过集成传感器与高级算法，系统能够实时监测并调整抛光过程中的压力分布、转速以及抛光液供给，确保加工过程的高度稳定性和一致性。例如，自适应控制系统能够依据在线测量的表面形貌反馈，动态优化抛光路径和参数，从而在复杂曲面加工中达到前所未有的精度和效率。新型抛光液和抛光垫材料的开发是推动抛光技术进步的重要因素。磁流体抛光技术，如朗信光学最新发布的磁流体抛光机，利用含有微细磁性颗粒的液体，在磁场作用下实现对光学元件的超精密抛光，极大减少了表面损伤和亚表面缺陷，标志着表面处理技术的重大飞跃。纳米复合抛光垫和自钝化磨粒抛光技术的应用，有效降低了表面粗糙度，提高了加工效率和成品率。在微纳米尺度上，原子力显微镜(AFM)辅助的纳米抛光技术，以及采用分子动力学模拟指导的抛光参数优化，使得对材料层极薄层的精确去除成为可能。这些技术在半导体芯片制造、精密光学元件和纳米结构器件的加工中展现出巨大潜力，推动了信息技术、生物医疗和量子科技等领域的发展。环保意识的增强促使研究人员探索环境友好的抛光解决方案。干式抛光、最小液量化学机械抛光(CMP)以及使用生物可降解抛光液等绿色抛光技术的开发，旨在减少废水和有害化学物质的排放，符合可持续发展的要求。精密和超精密抛光加工技术的最新进展不仅体现在精度和效率的提升，更在于整个加工过程的智能化、绿色化和对新兴材料及复杂结构的支持能力。这些技术的持续创新，为高端制造业的转型升级提供了强有力的技术支撑。4.精密和超精密特种加工技术非接触加工：特种加工技术不需要刀具与工件直接接触，避免了刀具磨损和划伤工件表面的问题，可以实现高精度和高表面质量的加工。可加工特殊材料：特种加工技术可以加工传统机械加工方法难以加工的材料，如硬质合金、陶瓷、玻璃等。高效率：特种加工技术可以实现高速、高效的加工，特别适合大批量生产。电化学加工是一种利用电化学反应去除材料的加工方法。它具有以下几个优点：超声加工是一种利用超声波振动去除材料的加工方法。它具有以下几个优点：激光加工是一种利用激光束去除材料或改变材料性能的加工方法。它具有以下几个优点：电子束加工是一种利用电子束去除材料或改变材料性能的加工方法。它具有以下几个优点：这些特种加工技术的发展和应用，为精密和超精密加工领域提供了更多的选择和可能性，促进了该领域的发展和进步。四、精密和超精密加工技术在各个领域的应用1.航空航天领域材料加工：开发适用于航天器和飞机材料（如钛合金、高温合金、复合材料等）的精密和超精密加工方法，以提高材料的表面质量、尺寸精度和机械性能。这包括使用先进的加工设备（如超精密车床、磨床、电加工设备等）和创新的加工工艺（如微细加工、纳米加工、复合加工等）。结构优化：通过精密和超精密加工技术，实现飞行器关键部件（如发动机叶片、轴承、齿轮等）的结构优化，以减轻重量、提高强度和可靠性。这需要综合考虑材料特性、加工工艺和设计要求，以达到最佳的加工效果。可靠性提升：在航空航天领域，任何微小的加工误差都可能导致严重的后果。研究人员致力于开发高可靠性的加工方法和检测技术，以确保加工质量的一致性和稳定性。这包括使用在线检测系统、误差补偿技术以及质量控制方法等。这些新进展不仅有助于提高飞行器的性能和寿命，还为未来更复杂的航天任务提供了技术支持。随着研究的深入和应用的扩展，精密和超精密加工技术在航空航天领域将发挥越来越重要的作用。2.光学和激光领域光学和激光领域是精密和超精密加工技术的重要应用领域之一。随着光学技术的不断发展，对光学元件的加工精度和质量要求也在不断提高。精密和超精密加工技术在这个领域的应用，为光学元件的制造提供了强有力的支持。在光学元件的加工过程中，超精密加工技术能够实现对材料表面的高精度、高光洁度的加工。通过采用超精密磨削、超精密抛光等加工方法，可以有效地去除材料表面的微观不平整，获得高质量的光学表面。这些表面具有极高的光学性能，能够满足高精密光学系统的要求。除了传统的光学元件，超精密加工技术在新型光学元件的制造中也发挥了重要作用。例如，微纳光学元件、光子晶体等新型光学材料的出现，为光学领域的发展带来了新的机遇和挑战。超精密加工技术能够实现对这些新型材料的高精度加工，为新型光学元件的制造提供了可靠的保障。在激光领域，超精密加工技术同样发挥着重要作用。激光器的制造需要高精度的光学元件和反射镜等部件，这些部件的加工精度直接影响到激光器的性能和稳定性。超精密加工技术能够实现对这些部件的高精度加工，提高激光器的输出功率和稳定性，为激光技术的应用提供了有力的支持。精密和超精密加工技术在光学和激光领域的应用，为光学元件和激光器的制造提供了高精度、高质量的加工手段。随着光学和激光技术的不断发展，超精密加工技术将在这些领域发挥更加重要的作用，推动光学和激光技术的不断进步。3.半导体和集成电路领域在半导体和集成电路领域，精密和超精密加工技术发挥着至关重要的作用。随着微电子器件的尺寸不断缩小，对加工精度的要求也日益提高，精密和超精密加工技术成为了该领域的关键支撑。精密加工技术在半导体和集成电路领域的应用主要体现在晶圆制造、光刻、蚀刻等环节。晶圆制造过程中，需要通过精密的磨削和抛光技术，使晶圆表面达到极高的平整度，以确保后续工艺的顺利进行。光刻技术则要求将极细微的电路图案准确地转移到晶圆表面，这需要高精度的曝光设备和工艺。蚀刻环节则需要利用化学或物理方法，将晶圆表面不需要的部分去除，形成所需的电路结构。而超精密加工技术则更多地应用于集成电路的制造过程中。由于集成电路中的元件尺寸已经达到了纳米级别，因此需要对材料进行超高精度的加工。超精密加工技术包括超精密切削、超精密磨削、超精密研磨等技术，可以在纳米级别上对材料进行精确的加工和处理。这些技术的应用，使得集成电路的性能得到了极大的提升，为现代电子产业的发展提供了强大的技术支持。随着科学技术的不断进步，精密和超精密加工技术在半导体和集成电路领域的应用也将更加广泛。未来，我们可以期待更多的创新技术出现，推动该领域的发展，为人类的科技进步做出更大的贡献。4.精密仪器和制造业领域在精密仪器和制造业领域，精密和超精密加工技术的应用越来越广泛。随着科技的进步，对于零件的精度和表面质量要求越来越高，传统的加工方法已经无法满足需求。精密和超精密加工技术的出现，为这些领域带来了革命性的变化。在航空航天领域，精密和超精密加工技术的应用使得飞行器的零部件更加轻量化、高强度，从而提高了飞行器的性能和可靠性。例如，采用超精密加工技术制造的航空发动机叶片，具有更高的耐高温性能和抗疲劳性能，能够承受更高的工作压力和温度。在医疗领域，精密和超精密加工技术的应用使得医疗器械更加小型化、精密化，从而提高了医疗诊断和治疗的准确性和效果。例如，采用精密加工技术制造的手术器械，具有更高的精度和可靠性，能够减少手术风险和创伤。在电子制造领域，精密和超精密加工技术的应用使得电子元器件更加小型化、集成化，从而提高了电子产品的性能和功能。例如，采用超精密加工技术制造的集成电路，具有更高的集成度和性能，能够满足新一代电子产品的需求。精密和超精密加工技术在精密仪器和制造业领域的应用，为这些领域带来了巨大的进步和创新。随着科技的不断发展，相信这些技术还将在更多的领域得到应用，为人类社会的发展做出更大的贡献。5.生物医疗领域在生物医疗领域，精密和超精密加工技术发挥着重要的作用。随着医疗技术的发展，对医疗器械的精度和可靠性要求越来越高。精密和超精密加工技术可以用于制造各种医疗器械，如植入式医疗器械、手术器械、诊断设备等。在植入式医疗器械方面，如人工关节、心脏起搏器等，精密和超精密加工技术可以保证这些器械的尺寸和形状的精确性，从而提高其与人体组织的相容性和使用寿命[1]。在手术器械方面，如手术刀、镊子等，精密和超精密加工技术可以提高这些器械的锋利度和手感，从而提高手术的精确性和成功率[2]。在诊断设备方面，如CT扫描仪、MRI设备等，精密和超精密加工技术可以提高这些设备的分辨率和图像质量，从而提高诊断的准确性和可靠性[3]。精密和超精密加工技术在生物医疗领域的应用前景广阔，可以提高医疗器械的精度、可靠性和安全性，从而推动医疗技术的发展。[1]参考文献1：Smith,J.(2022).AdvancesinPrecisionandUltraprecisionMachiningforMedicalApplications.JournalofManufacturingScienceandEngineering,144(3),031[2]参考文献2：Li,M.,Wang,L.(2021).Micronanofabricationofsurgicalinstrumentsforminimallyinvasivesurgery.NanoscaleResearchLetters,16(1),[3]参考文献3：Kim,J.,Lee,J.,Cho,S.(2020).Developmentofprecisionengineeringtechnologiesformedicalimagingsystems.PrecisionEngineering,64,五、精密和超精密加工技术的创新与发展近年来，随着科技的不断进步，精密和超精密加工技术也在持续创新与发展。这些创新与发展不仅推动了制造业的进步，也为各个领域的科技进步提供了强有力的支持。精密和超精密加工技术在新材料的加工上取得了显著的突破。随着新型材料的不断涌现，如纳米材料、复合材料等，传统的加工方法往往难以满足其高精度、高质量的加工需求。研究人员通过创新加工方法、优化加工工艺，实现了对新材料的高效、高精度加工，推动了新材料的应用和发展。精密和超精密加工技术在智能制造领域的应用也在不断深入。智能制造作为未来制造业的发展方向，对加工技术的精度和效率提出了更高的要求。精密和超精密加工技术通过集成智能化技术，如人工智能、机器视觉等，实现了加工过程的自动化、智能化，大大提高了加工效率和加工精度。精密和超精密加工技术还在绿色环保方面取得了重要的进展。传统的加工过程中往往会产生大量的废弃物和污染物，对环境造成了严重的影响。而精密和超精密加工技术通过优化加工工艺、减少材料浪费、降低能源消耗等手段，实现了加工过程的绿色化、环保化，为可持续发展做出了积极的贡献。精密和超精密加工技术的创新与发展为制造业的转型升级提供了强有力的支撑。未来，随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，精密和超精密加工技术将在更多领域发挥重要作用，推动人类社会的科技进步和可持续发展。1.新型加工材料和工具的研发在精密和超精密加工领域，新型加工材料和工具的研发是推动技术进步的关键。近年来，随着材料科学和制造技术的发展，涌现出了一系列具有优异性能的加工材料和创新型工具。在加工材料方面，研究人员开发出了许多具有高硬度、高强度和良好耐磨性的新材料。例如，纳米晶金刚石、立方氮化硼和超细晶粒陶瓷等材料在刀具和磨料领域得到了广泛应用，显著提高了加工精度和效率[1]。研究人员还开发出了一系列具有优异热稳定性和化学稳定性的涂层材料，如类金刚石碳涂层和氮化钛涂层，用于延长刀具寿命和改善加工表面质量[2]。在加工工具方面，研究人员设计和制造了各种创新型工具，以满足不同加工需求。例如，为了实现超精密加工，研究人员开发出了具有纳米级刃口的超精密切削刀具和金刚石修整工具[3]。为了提高加工效率和降低成本，研究人员还开发出了高速、高精度的电主轴和直线电机等先进装备[4]。新型加工材料和工具的研发为精密和超精密加工技术的发展提供了重要支撑。随着相关研究的不断深入，未来有望进一步提高加工精度、效率和质量，推动制造业向更高层次迈进。[1]纳米晶金刚石刀具在超精密加工中的应用研究.机械工程学报,2020,56(1)[2]氮化钛涂层在高速切削中的应用研究进展.材料导报,2021,35(3)301[3]超精密金刚石刀具的制备与应用.中国机械工程,2022,33(4)451[4]高速电主轴在精密加工中的应用研究.机床与液压,2023,41(2)1232.先进加工设备和工艺的研究随着科技的不断进步，精密和超精密加工技术正迎来前所未有的发展机遇。在这一领域，先进加工设备和工艺的研究显得尤为重要。近年来，全球范围内的科研机构和企业纷纷投入大量资源，致力于提升加工精度、效率和质量，以满足日益严苛的制造要求。在设备方面，高精度数控机床、超精密磨床、激光加工设备以及纳米压印机等新型加工装备不断涌现。这些设备不仅具备更高的定位精度和稳定性，而且能够实现对复杂材料和结构的高精度加工。同时，随着智能化技术的深入应用，这些先进加工设备还具备了更高的自动化和智能化水平，能够有效降低人工干预，提升加工过程的稳定性和可控性。在工艺研究方面，超精密磨削、激光束加工、离子束加工、电子束加工等新型加工技术得到了广泛关注。这些技术不仅能够在微观尺度上实现对材料的高精度去除和改性，而且能够有效避免传统加工过程中可能出现的热损伤和应力变形等问题。复合加工技术也成为了研究的热点，通过将多种加工技术有机结合，可以进一步提升加工精度和效率，实现复杂结构和功能的一体化制造。值得一提的是，在先进加工设备和工艺的研究过程中，多学科交叉融合成为了一种趋势。机械工程、材料科学、物理学、化学等多个领域的专家共同参与，共同推动精密和超精密加工技术的创新和发展。这种跨学科的合作不仅有助于解决加工过程中的技术难题，还能够为相关领域的技术进步提供有力支持。展望未来，随着新材料、新工艺和新技术的不断涌现，精密和超精密加工技术将继续向更高精度、更高效率、更高质量的方向发展。同时，随着智能化和绿色化理念的深入人心，未来的加工设备和工艺将更加注重环保和可持续性发展。可以预见的是，在不久的将来，精密和超精密加工技术将在制造业中发挥更加重要的作用，为推动产业升级和经济发展做出更大的贡献。3.智能化和自动化加工技术的发展机器学习和人工智能的应用：通过将机器学习和人工智能算法融入到加工设备中，实现对加工过程的智能优化和控制。例如，利用神经网络算法对加工参数进行智能调整，提高加工精度和效率。自动化生产线的建立：通过引入机器人技术、自动上下料系统和自动检测系统等，实现从毛坯到成品的全自动加工。这不仅提高了生产效率，还减少了人为操作带来的误差。虚拟仿真技术的应用：利用虚拟仿真技术对加工过程进行模拟和优化，可以在实际加工前预测可能出现的问题并进行调整。这不仅缩短了产品的研发周期，还降低了生产成本。大数据和云计算的应用：通过收集和分析大量的加工数据，可以对加工过程进行实时监测和优化。同时，云计算技术的应用也使得加工设备之间的协同工作成为可能，进一步提高了加工的智能化水平。智能化和自动化加工技术的发展为精密和超精密加工领域带来了新的机遇和挑战。随着这些技术的不断成熟和应用，我们有理由相信，未来的精密和超精密加工技术将会取得更大的突破。4.绿色环保和可持续发展理念在精密和超精密加工技术中的应用在精密和超精密加工技术领域，绿色环保和可持续发展理念正得到越来越广泛的应用。随着全球对环境保护的重视程度不断提升，制造业也面临着减少能源消耗、降低废弃物排放和提高资源利用效率的挑战。在加工过程中采用绿色环保的工艺方法已成为研究热点。例如，使用干式加工技术可以减少冷却液的使用，从而降低对环境的污染。开发和应用生物可降解的冷却液也是减少环境污染的重要方向。提高加工设备的能效也是实现绿色环保的重要途径。通过优化加工参数、改进设备结构以及采用先进的控制技术，可以降低加工过程中的能源消耗。资源的循环利用也是实现可持续发展的重要方面。在精密和超精密加工过程中，会产生大量的废弃物，包括切屑、废液等。通过建立有效的回收和再利用系统，可以最大限度地减少资源的浪费。将绿色环保和可持续发展理念融入精密和超精密加工技术中，不仅可以减少对环境的负面影响，还可以提高资源利用效率，实现制造业的可持续发展。六、结论精密和超精密加工技术是现代制造业的核心领域，对于推动产业升级、提高产品质量以及满足高端市场需求具有重要意义。近年来，随着科学技术的飞速发展，精密和超精密加工技术也取得了显著的进展。在加工精度方面，通过采用新型刀具材料、优化切削参数以及开发先进的误差补偿技术，加工精度得到了显著提升。这不仅为制造高精度、高质量的零部件提供了有力支持，也为精密和超精密加工技术在更多领域的应用提供了可能。在加工效率方面，通过改进加工工艺、优化机床结构以及利用先进的数控技术，加工效率得到了显著提高。这不仅缩短了产品制造周期，降低了生产成本，也增强了企业的市场竞争力。在加工表面质量方面，新型磨料、磨具以及抛光技术的开发和应用，有效提高了加工表面的光洁度和精度。这不仅延长了产品的使用寿命，也提高了产品的可靠性和稳定性。随着智能化、数字化技术的不断发展，精密和超精密加工技术也实现了与信息技术、人工智能等先进技术的深度融合。这不仅提高了加工过程的自动化和智能化水平，也为实现智能制造、智能工厂等新型制造模式提供了有力支持。精密和超精密加工技术在加工精度、加工效率以及加工表面质量等方面都取得了显著的进展。未来，随着科学技术的不断进步和应用领域的不断拓展，精密和超精密加工技术将继续发挥重要作用，为现代制造业的发展注入新的活力。1.精密和超精密加工技术的现状和未来发展趋势精密和超精密加工技术在当前制造业中发挥着至关重要的作用，被广泛应用于航空航天、医疗设备、光学仪器等领域。随着科技的不断进步，这些技术也在持续发展和创新。纳米加工技术：随着纳米科技的兴起，纳米加工技术成为精密和超精密加工领域的研究热点。该技术主要通过物理、化学等手段，在纳米尺度上对材料进行加工和处理，以实现超高精度的制造。超精密磨削和抛光技术：磨削和抛光是实现高表面质量和尺寸精度的重要手段。超精密磨削和抛光技术通过优化磨料、工艺参数等，可以实现亚纳米级别的表面粗糙度和极高的形状精度。微细加工技术：微细加工技术主要应用于微电子、生物医疗等领域，涉及的特征尺寸一般在微米到纳米之间。该技术通过聚焦离子束、电子束等手段，可以实现微小结构的高精度加工。多轴联动加工技术：多轴联动加工技术通过多个轴向的联动控制，可以实现复杂曲面、自由曲面的高精度加工。该技术在航空航天、汽车等领域具有广泛的应用前景。智能化和自动化：随着人工智能和自动化技术的发展，精密和超精密加工技术将逐渐实现智能化和自动化，以提高加工效率、降低成本，并满足个性化、定制化的需求。绿色化和可持续发展：随着环保意识的增强，精密和超精密加工技术将更加注重绿色化和可持续发展。这包括减少加工过程中的能源消耗、降低废弃物的产生，以及使用环保材料等。跨学科融合：精密和超精密加工技术的发展将越来越依赖于跨学科的融合。这包括与材料科学、计算机科学、生物学等学科的交叉融合，以推动技术的进步和创新。精密和超精密加工技术在制造业中具有重要的地位和广阔的应用前景。随着科技的进步，这些技术将继续发展和创新，为制造业的升级和转型提供有力支撑。2.精密和超精密加工技术在推动科技进步和产业发展中的重要作用随着科技的飞速进步，精密和超精密加工技术已经成为推动科技进步和产业发展不可或缺的重要力量。这些技术不仅极大地提高了产品的质量和性能，还促进了生产效率的提升，降低了成本，为众多行业带来了革命性的变革。在科技领域，精密和超精密加工技术为微纳制造、光学、电子、航空航天等高科技行业提供了强有力的支撑。例如，在微纳制造领域，这些技术使得我们能够制造出更小、更精密的器件和系统，从而推动了微型机器人、生物医学设备、传感器等领域的快速发展。在光学和电子领域，精密和超精密加工技术则帮助我们制造出更高精度、更高性能的光学元件和电子器件，为通信、计算机、显示等产业的发展提供了坚实的基础。在产业领域，精密和超精密加工技术的应用同样广泛而深远。在汽车制造、机械制造、医疗器械等行业中，这些技术使得我们能够生产出更高精度、更高质量的产品，满足了市场对于高精度、高质量产品的不断增长的需求。同时，这些技术还促进了生产过程的自动化和智能化，提高了生产效率，降低了成本，为企业的发展注入了新的活力。精密和超精密加工技术在推动科技进步和产业发展中发挥着至关重要的作用。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，我们有理由相信，这些技术将继续为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。3.对未来精密和超精密加工技术研究的展望和建议随着科技的不断进步和应用的广泛深入，精密和超精密加工技术在未来将持续发挥重要作用，尤其在航空航天、电子信息、生物医疗等领域，对精密加工技术的需求将更为迫切。有必要对未来精密和超精密加工技术的研究进行展望，并提出相关建议。展望未来，精密和超精密加工技术将朝着更高精度、更高效率、更广泛应用的方向发展。随着新材料、新工艺的不断涌现，精密加工技术将不断突破现有的精度和效率极限。例如，纳米加工技术、激光加工技术、离子束加工技术等新兴技术，将为精密加工带来全新的可能。同时，智能化、网络化也将成为精密加工技术的重要发展趋势。通过引入人工智能、机器学习等先进技术，实现对加工过程的智能监控和优化，将进一步提高加工精度和效率。随着工业互联网的发展，精密加工技术将实现与上游设计、下游检测等环节的深度融合，形成完整的制造生态系统。一是加强基础研究，深入理解加工机理和过程控制，为技术创新提供理论支撑。二是加强跨学科合作，融合材料科学、力学、光学等多学科知识，推动精密加工技术的创新发展。三是注重人才培养和团队建设，培养一批具有创新精神和实践能力的精密加工技术人才，为行业发展提供人才保障。四是加强国际合作与交流，共享研究成果和经验，推动精密加工技术的全球发展。未来精密和超精密加工技术将面临巨大的发展机遇和挑战。通过加强基础研究、跨学科合作、人才培养和国际合作，将有望推动精密加工技术的持续创新和发展，为科技进步和社会发展做出更大贡献。参考资料：本文将详细介绍精密加工和超精密加工技术的概念、发展历程、现状、瓶颈以及未来发展方向。通过综述国内外相关研究成果和不足，旨在让读者全面了解这一领域的研究现状和进展，并指出未来研究的重点和创新点。精密加工和超精密加工技术是指利用机械、电气、光学、声学等手段，实现高精度、高效率、高可靠性制造的工艺方法。这两者之间存在一定的区别，精密加工技术主要常规制造过程中的高精度制造，而超精密加工技术则更加强调在非常规条件下的高精度、微纳制造和高精度测量。精密加工技术的发展历程可以追溯到20世纪初，随着工业革命的推进，人们对制造精度和生产效率的要求不断提高。在历经了多个阶段的发展后，精密加工技术已经成为了现代制造业中不可或缺的重要组成部分。目前，国内外的精密加工技术主要涉及以下几个方面：微纳米加工技术：通过微纳米加工技术实现微米甚至纳米级别的制造精度。尽管精密加工技术在许多领域已经取得了显著的成果，但是仍存在一些瓶颈和发展挑战。例如，高精度制造过程中的误差控制和一致性问题，以及微纳米制造过程中的表面效应和尺度效应等问题。未来，精密加工技术的发展方向将主要集中在以下几个方面：绿色制造和可持续发展的考虑。超精密加工技术的概念和定义主要涉及非常规条件下的高精度、微纳制造和高精度测量。它与精密加工技术有一定的区别，更加注重在特殊环境下的制造精度和稳定性。超精密加工技术的研究和应用对于现代制造业的发展具有重要意义，尤其在航空航天、半导体、光学等领域。超精密加工技术的发展历程可以追溯到20世纪中叶，随着科技的不断进步，超精密加工技术也不断取得新的突破。目前，国内外的研究主要集中在以下几个方面：超精密机床和加工方法的研发：研究超精密机床的误差控制、稳定性、可靠性等方面，开发新的超精密加工方法和工艺。超精密测量技术的创新：研究新的测量原理和方法，提高测量精度和效率，实现超精度的在线测量和过程控制。超精密材料和表面工程：研究超精密材料的性能、制备和加工技术，以及表面工程的超精密加工和表面改性技术。超精密光学元件的制造和检测：研究超精密光学元件的制造技术、检测方法和标准，实现高精度、高稳定性的光学元件制造。尽管超精密加工技术在许多领域已经取得了显著的成果，但是仍存在一些瓶颈和发展挑战。例如，超精密机床的误差控制和稳定性问题，超精密测量技术的精度和效率问题，以及超精密材料和表面工程的可控制性和一致性问题等。未来，超精密加工技术的发展方向将主要集中在以下几个方面：20世纪60年代为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的需要而发展起来的精度极高的一种加工技术。到80年代初，其最高加工尺寸精度已可达10纳米（1纳米=001微米）级，表面粗糙度达1纳米，加工的最小尺寸达1微米，正在向纳米级加工尺寸精度的目标前进。纳米级的超精密加工也称为纳米工艺(nano-technology)。超精密加工是处于发展中的跨学科综合技术。20世纪50年代至80年代为技术开创期。20世纪50年代末，出于航天、国防等尖端技术发展的需要，美国率先发展了超精密加工技术，开发了金刚石刀具超精密切削——单点金刚石切削(Singlepointdiamondturning，SPDT)技术，又称为“微英寸技术”，用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面、非球面大型零件等。20世纪60年代为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的需要而发展起来的精度极高的加工技术。超精密加工的精度比传统的精密加工提高了一个以上的数量级。到20世纪80年代，加工尺寸精度可达10纳米(1×10-8米)，表面粗糙度达1纳米。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。加工设备要有极高的运动精度，导轨直线性和主轴回转精度要达到1微米级,微量进给和定位精度要达到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。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，最高精度可达1微米，表面粗糙度为Rz05微米。加工精度以纳米，甚至最终以原子单位(原子晶格距离为1～2纳米)为目标时，切削加工方法已不能适应，需要借助特种加工的方法，即应用化学能、电化学能、热能或电能等，使这些能量超越原子间的结合能，从而去除工件表面的部分原子间的附着、结合或晶格变形，以达到超精密加工的目的。属于这类加工的有机械化学抛光、离子溅射和离子注入、电子束曝射、激光束加工、金属蒸镀和分子束外延等。这些方法的特点是对表面层物质去除或添加的量可以作极细微的控制。但是要获得超精密的加工精度，仍有赖于精密的加工设备和精确的控制系统，并采用超精密掩膜作中介物。例如超大规模集成电路的制版就是采用电子束对掩膜上的光致抗蚀剂（见光刻）进行曝射，使光致抗蚀剂的原子在电子撞击下直接聚合(或分解)，再用显影剂把聚合过的或未聚合过的部分溶解掉，制成掩膜。电子束曝射制版需要采用工作台定位精度高达±01微米的超精密加工设备。传统的机械加工方法(普通加工)与精密和超精密加工方法一样。随着新技术、新工艺、新设备以及新的测试技术和仪器的采用，其加工精度都在不断地提高。加工精度的不断提高，反映了加工工件时材料的分割水平不断由宏观进入微观世界的发展趋势。随着时间的进展，原来认为是难以达到的加工精度会变得相对容易。普通加工、精密加工和超精密加工只是一个相对概念?其间的界限随着时间的推移不断变化。精密切削与超精密加工的典型代表是金刚石切削。以金刚石切削为例。其刀刃口圆弧半径一直在向更小的方向发展。因为它的大小直接影响到被加工表面的粗糙度，与光学镜面的反射率直接有关，对仪器设备的反射率要求越来越高。如激光陀螺反射镜的反射率已提出要达到99%，这就必然要求金刚石刀具更加锋利。为了进行切极薄试验，目标是达到切屑厚度nm，其刀具刃口圆弧半径应趋近4nm。为了达到这个高度，促使金刚石研磨机改变了传统的结构。其中主轴轴承采用了空气轴承作为支承，研磨盘的端面跳动可在机床上自行修正，使其端面跳动控制在5μm以下。刀具方面，采用金刚石砂轮，控制背吃刀量和进给量，在超精密磨床上，可以进行延性方式磨削，即纳米磨削。即使是玻璃的表面也可以获得光学镜面。2精密加工和超精密加工的发展趋势从长远发展的观点来看，制造技术是当前世界各国发展国民经济的主攻方向和战略决策，是一个国家经济发展的重要手段之一，同时又是一个国家独立自主、繁荣昌盛、经济上持续稳定发展、科技上保持领先的长远大计。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，其最高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。高精度与高效率精密加工和超精密加工虽能获得极高的表面质量和表面完整性，但以牺牲加工效率为保证。探索能兼顾效率与精度的加工方法?成为超精密加工领球研究人员的目标。如半固着磨粒加工、电解磁力研磨、磁流变磨料流加工等复合加工方法的诞生。我国精密和超精密加工发展策略我国精密和超精密加工经过数十年的努力，日趋成熟。不论是精密机床、金刚石工具，还是精密加工工艺已形成了一整套完整的精密制造技术系统，为推动机械制造向更高层次发展奠定了基础。正在向纳米级精度或毫微米精度迈进，其前景十分令人鼓舞。随着科学技术的飞速发展和市场竞争日益激烈?越来越多的制造业开始将大量的人力、财力和物力投入先进的制造技术和先进的制造模式的研究和实施策略之中。(1)20世纪50年代至80年代为技术开创期。20世纪50年代末，出于航天、国防等尖端技术发展的需要，美国率先发展了超精密加工技术，开发了金刚石刀具超精密切削——单点金刚石切削(Singlepointdiamondtuming，SPDT)技术，又称为“微英寸技术”，用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面、非球面大型零件等。从1966年起，美国的unionCarbide公司、荷兰Philips公司和美国LawrenceLivemoreLaboratories陆续推出各自的超精密金刚石车床，但其应用限于少数大公司与研究单位的试验研究，并以国防用途或科学研究用途的产品加工为主。这一时期，金刚石车床主要用于铜、铝等软金属的加工，也可以加工形状较复杂的工件，但只限于轴对称形状的工件例如非球面镜等。(2)20世纪80年代至90年代为民间工业应用初期。在20世纪80年代，美国政府推动数家民间公司MooreSpecialTool和PneumoPrecision公司开始超精密加工设备的商品化，而日本数家公司如Toshiba和Hitachi与欧洲的Cmfield大学等也陆续推出产品，这些设备开始面向一般民间工业光学组件商品的制造。但此时的超精密加工设备依然高贵而稀少，主要以专用机的形式订作。在这一时期，除了加工软质金属的金刚石车床外，可加工硬质金属和硬脆性材料的超精密金刚石磨削也被开发出来。该技术特点是使用高刚性机构，以极小切深对脆性材料进行延性研磨，可使硬质金属和脆性材料获得纳米级表面粗糙度。其加工效率和机构的复杂性无法和金刚石车床相比。20世纪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。美国LLNL国家实验室研制出的大型光学金刚石车床(Largeopticsdiamondturningmachine，LODTM)成为超精密加工史上的经典之作。这是一台最大加工直径为1．625m的立式车床，定位精度可达28nm，借助在线误差补偿能力，可实现长度超过1m、而直线度误差只有士25nm的加工。(3)20世纪90年代至今为民间工业应用成熟期。从1990年起，由于汽车、能源、医疗器材、信息、光电和通信等产业的蓬勃发展，超精密加工机的需求急剧增加，在工业界的应用包括非球面光学镜片、Fresnel镜片、超精密模具、磁盘驱动器磁头、磁盘基板加工、半导体晶片切割等。在这一时期，超精密加工设备的相关技术，例如控制器、激光干涉仪、空气轴承精密主轴、空气轴承导轨、油压轴承导轨、摩擦驱动进给轴也逐渐成熟，超精密加工设备变为工业界常见的生产机器设备，许多公司，甚至是小公司也纷纷推出量产型设备。设备精度也逐渐接近纳米级水平，加工行程变得更大，加工应用也逐渐增广，除了金刚石车床和超精密研磨外，超精密五轴铣削和飞切技术也被开发出来，并且可以加工非轴对称非球面的光学镜片。世界上的超精密加工强国以欧美和日本为先，但两者的研究重点并不一样。欧美出于对能源或空间开发的重视，特别是美国，几十年来不断投入巨额经费，对大型紫外线、x射线探测望远镜的大口径反射镜的加工进行研究。如美国太空署(NASA)推动的太空开发计划，以制作1m以上反射镜为目标，目的是探测x射线等短波(O．1～30nm)。由于射线能量密度高，必须使反射镜表面粗糙度达到埃级来提高反射率。此类反射镜的材料为质量轻且热传导性良好的碳化硅，但碳化硅硬度很高，须使用超精密研磨加工等方法。日本对超精密加工技术的研究相对美、英来说起步较晚，却是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家。日本超精密加工的应用对象大部分是民用产品，包括办公自动化设备、视像设备、精密测量仪器、医疗器械和人造器官等。日本在声、光、图像、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件的超精密加工技术方面，具有优势，甚至超过了美国。日本超精密加工最初从铝、铜轮毂的金刚石切削开始，而后集中于计算机硬盘磁片的大批量生产，随后是用于激光打印机等设备的多面镜的快速金刚石切削，之后是非球面透镜等光学元件的超精密切削。l982年上市的EastnlanKodak数码相机使用的一枚非球面透镜引起了日本产业界的广泛关注，因为1枚非球面透镜至少可替代3枚球面透镜，光学成像系统因而小型化、轻质化，可广泛应用于照相机、录像机、工业电视、机器人视觉、CD、VCD、DvD、投影仪等光电产品。因而，非球面透镜的精密成形加工成为日本光学产业界的研究热点。尽管随时代的变化，超精密加工技术不断更新，加工精度不断提高，各国之间的研究侧重点有所不同，但促进超精密加工发展的因素在本质上是相同的。这些因素可归结如下。(1)对产品高质量的追求。为使磁片存储密度更高或镜片光学性能更好，就必须获得粗糙度更低的表面。为使电子元件的功能正常发挥，就要求加工后的表面不能残留加工变质层。按美国微电子技术协会(SIA)提出的技术要求，下一代计算机硬盘的磁头要求表面粗糙度Ra≤0．2nm，磁盘要求表面划痕深度h≤lnm，表面粗糙度Ra≤0．1nmp。1983年TANIGUCHI对各时期的加工精度进行了总结并对其发展趋势进行了预测，以此为基础，BYRNE描绘了20世纪40年代后加工精度的发展。(2)对产品小型化的追求。伴随着加工精度提高的是工程零部件尺寸的减小。从1989～2001年，从6．2kg降低到1．8kg。电子电路高集成化要求降低硅晶片表面粗糙度、提高电路曝光用镜片的精度、半导体制造设备的运动精度。零部件的小型化意味着表面积与体积的比值不断增加，工件的表面质量及其完整性越来越重要。(3)对产品高可靠性的追求。对轴承等一边承受载荷一边做相对运动的零件，降低表面粗糙度可改善零件的耐磨损性，提高其工作稳定性、延长使用寿命。高速高精密轴承中使用的Si3N4。陶瓷球的表面粗糙度要求达到数纳米。加工变质层的化学性质活泼，易受腐蚀，所以从提高零件耐腐蚀能力的角度出发，要求加工产生的变质层尽量小。(4)对产品高性能的追求。机构运动精度的提高，有利于减缓力学性能的波动、降低振动和噪声。对内燃机等要求高密封性的机械，良好的表面粗糙度可减少泄露而降低损失。二战后，航空航天工业要求部分零件在高温环境下工作，因而采用钛合金、陶瓷等难加工材料，为超精密加工提出了新的课题。以上四个方面相互关联，共同促进了超精密加工技术的发展。国际知名超精密加工研究单位与企业主要有，美国LLL实验室和Moore公司、英国Granfield和Tayler公司、德国Zeiss公司、日本东芝机械、丰田工机和不二越公司等。我国从20世纪80年代初期开始研究超精密加工技术，主要的研