精密和超精密加工技術的新進展

精密和超精密加工技術的新進展一、本文概述隨著科技的不斷進步和工業(yè)的快速發(fā)展，精密和超精密加工技術在現(xiàn)代制造業(yè)中的地位日益凸顯。這些技術不僅關乎產品質量和性能，更在很大程度上決定了產品的競爭力和市場地位。本文旨在全面概述精密和超精密加工技術的最新進展，包括其定義、應用領域、主要技術方法以及面臨的挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展趨勢。通過深入剖析這些技術的核心原理和應用實例，我們期望能為相關領域的科研工作者和工程師提供有價值的參考，共同推動精密和超精密加工技術的進一步發(fā)展。二、精密和超精密加工技術的現(xiàn)狀隨著科技的不斷進步和制造業(yè)的飛速發(fā)展，精密和超精密加工技術在全球范圍內受到了廣泛的關注。這種關注主要源于其在航空、汽車、半導體、光學、醫(yī)療等領域中的廣泛應用。精密和超精密加工技術不僅提高了產品的精度和質量，還降低了生產成本，推動了相關產業(yè)的快速發(fā)展。目前，精密和超精密加工技術已經(jīng)取得了顯著的進步。在材料去除方面，超精密磨削、超精密車削、超精密銑削等技術得到了廣泛的應用。這些技術能夠在微米甚至納米級別上精確地去除材料，實現(xiàn)高精度的加工。非傳統(tǒng)加工技術，如激光加工、離子束加工、電子束加工等也在精密和超精密加工領域發(fā)揮了重要作用。在表面處理技術方面，精密和超精密加工技術也取得了重要突破。例如，原子層沉積（ALD）、化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）等技術，能夠在納米尺度上精確地控制材料表面的結構和性質，從而滿足各種特定應用的需求。精密和超精密加工技術的發(fā)展還離不開先進的測量和檢測設備。現(xiàn)代的光學干涉儀、掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）等設備，為精密和超精密加工提供了精確的檢測手段，保證了加工質量的穩(wěn)定性和可靠性。然而，盡管精密和超精密加工技術已經(jīng)取得了顯著的進展，但仍面臨著許多挑戰(zhàn)。例如，如何進一步提高加工精度、如何降低加工成本、如何擴大應用范圍等，都是當前和未來一段時間內需要解決的關鍵問題。因此，我們需要不斷地進行研究和創(chuàng)新，推動精密和超精密加工技術的進一步發(fā)展。三、精密和超精密加工技術的新進展近年來，精密和超精密加工技術取得了顯著的進展，這些進步不僅拓寬了加工領域的邊界，還極大地提升了產品質量和生產效率。特別是在新材料、新工藝和智能化技術的推動下，精密和超精密加工技術正向著更高精度、更高效率、更低能耗的方向發(fā)展。新材料的應用為精密和超精密加工技術帶來了革命性的變革。例如，碳納米管、石墨烯等新型納米材料具有優(yōu)異的力學性能和熱學性能，使得加工過程中的切削力、切削熱等問題得到有效解決。同時，這些新材料的高硬度、高強度特性也使得加工表面的質量和精度得到顯著提升。新工藝的研發(fā)同樣推動了精密和超精密加工技術的發(fā)展。干式切削、高速切削、復合加工等新型工藝技術的出現(xiàn)，使得加工過程更加高效、環(huán)保。這些新工藝不僅提高了加工精度，還降低了能源消耗和環(huán)境污染，對于實現(xiàn)綠色制造具有重要意義。智能化技術也為精密和超精密加工技術的發(fā)展注入了新的活力。通過引入、機器學習等先進技術，加工過程可以實現(xiàn)自適應控制、在線監(jiān)測和預測維護等功能。這不僅提高了加工過程的穩(wěn)定性和可靠性，還使得加工效率和質量得到了顯著提升。精密和超精密加工技術在新材料、新工藝和智能化技術的推動下取得了顯著的進展。未來，隨著科技的不斷進步和創(chuàng)新，我們有理由相信，精密和超精密加工技術將在更多領域發(fā)揮重要作用，為人類社會的發(fā)展做出更大的貢獻。四、精密和超精密加工技術的應用案例精密和超精密加工技術在多個領域都有廣泛的應用，從精密機械制造業(yè)到微電子產業(yè)，從航空航天到生物醫(yī)療，其影響深遠而廣泛。以下，我們將詳細介紹幾個具體的應用案例。精密和超精密加工技術在半導體制造業(yè)中發(fā)揮著至關重要的作用。在半導體芯片的制造過程中，需要用到納米級的加工精度來制作電路圖案和微結構。通過精密的切割、研磨和拋光等工藝，可以制造出高質量的芯片，從而推動電子產品的性能和穩(wěn)定性的提升。精密加工技術在航空航天領域也有廣泛的應用。飛機和航天器的關鍵部件，如發(fā)動機葉片、渦輪盤等，都需要通過精密加工技術來制造。這些部件的精度和性能直接影響到飛機和航天器的運行效率和安全性。超精密加工技術在光學元件的制造中也有重要的應用。例如，激光器的反射鏡、透鏡以及光柵等，都需要極高的表面光潔度和精度來保證激光的穩(wěn)定性和效率。超精密加工技術的發(fā)展，為光學元件的制造提供了更強大的支持。精密和超精密加工技術在醫(yī)療領域也有廣泛的應用。例如，人工關節(jié)、牙科植入物等醫(yī)療設備的制造，需要保證極高的精度和生物相容性。通過精密加工技術，可以制造出更符合人體工學、更舒適、更耐用的醫(yī)療設備，為患者提供更好的治療效果。精密和超精密加工技術的應用案例豐富多樣，其在各個領域的應用都推動了科技進步和社會發(fā)展。隨著技術的不斷進步，精密和超精密加工技術的應用將會更加廣泛，對人類生活的影響也將更加深遠。五、精密和超精密加工技術的未來發(fā)展趨勢隨著科技的飛速發(fā)展和制造業(yè)的不斷進步，精密和超精密加工技術將持續(xù)引領制造業(yè)的創(chuàng)新和變革。展望未來，精密和超精密加工技術的發(fā)展趨勢將主要體現(xiàn)在以下幾個方面：技術集成化將成為主流。精密和超精密加工技術將與信息技術、自動化技術、新材料技術等領域深度融合，形成集成化的制造技術體系。這種集成化不僅將提高加工精度和效率，還將提升整個制造過程的智能化和柔性化水平。加工設備的高端化和智能化將成為重要趨勢。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等先進技術的應用，精密和超精密加工設備將具備更高的自動化、智能化水平。設備將能夠根據(jù)加工任務自動調整參數(shù)、優(yōu)化工藝，實現(xiàn)加工過程的自我監(jiān)控和自我調整。再次，加工材料的多樣化和新型化將推動精密和超精密加工技術的發(fā)展。隨著新材料技術的突破，越來越多的新型材料將應用于精密和超精密加工領域。這些新材料往往具有優(yōu)異的物理、化學和力學性能，對加工技術提出了更高的要求，同時也為精密和超精密加工技術的發(fā)展提供了更廣闊的空間。環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展將成為精密和超精密加工技術發(fā)展的重要方向。隨著全球環(huán)保意識的提升，精密和超精密加工技術將更加注重環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。通過優(yōu)化工藝、減少能耗、提高資源利用率等措施，精密和超精密加工技術將為制造業(yè)的綠色發(fā)展貢獻力量。精密和超精密加工技術作為現(xiàn)代制造業(yè)的核心技術之一，將持續(xù)引領制造業(yè)的創(chuàng)新和變革。未來，隨著技術集成化、設備高端化和智能化、材料多樣化和新型化以及環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的推動，精密和超精密加工技術將迎來更加廣闊的發(fā)展前景。六、結論隨著科技的不斷進步，精密和超精密加工技術在現(xiàn)代制造業(yè)中的地位日益凸顯。本文綜述了近年來精密和超精密加工技術的最新進展，包括新型加工方法、材料應用、設備創(chuàng)新以及智能化和自動化技術的發(fā)展。這些新進展不僅提高了加工精度和效率，還擴展了精密和超精密加工技術的應用領域，為制造業(yè)的轉型升級提供了強有力的技術支撐。新型加工方法如納米壓印、飛秒激光加工等，以其獨特的加工原理和優(yōu)異的加工性能，為精密和超精密加工領域帶來了新的突破。同時，新型材料和復合材料的出現(xiàn)，為精密和超精密加工提供了更廣闊的應用空間。在設備創(chuàng)新方面，高精度機床、超精密測量儀器以及智能化控制系統(tǒng)的研發(fā)和應用，顯著提升了精密和超精密加工的穩(wěn)定性和可靠性。隨著和大數(shù)據(jù)技術的不斷發(fā)展，精密和超精密加工技術的智能化和自動化水平也在不斷提高，為制造業(yè)的智能化轉型提供了有力支持。然而，精密和超精密加工技術的發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如加工精度和效率的進一步提高、新型材料和復合材料的加工難題、以及智能化和自動化技術的進一步完善等。未來，我們需要在不斷深入研究的基礎上，加強技術創(chuàng)新和產業(yè)升級，推動精密和超精密加工技術的持續(xù)發(fā)展和廣泛應用，為制造業(yè)的轉型升級和高質量發(fā)展做出更大貢獻。參考資料：隨著科技的快速發(fā)展，超精密加工技術已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的重要組成部分。超精密加工技術是指在制造過程中，通過采用非常先進的工藝方法和技術手段，實現(xiàn)高精度、高效率和高速度的加工。本文旨在綜述超精密加工技術的特點、應用和發(fā)展趨勢，為相關領域的研究和實踐提供參考。超精密加工技術具有高精度、高效率和高速度的特點，能夠在非常小的區(qū)域內實現(xiàn)復雜的三維形狀和表面粗糙度的加工。超精密加工技術的應用范圍非常廣泛，涉及到航空航天、軍事、醫(yī)療、光學、微電子等領域。超精密加工技術的實現(xiàn)需要先進的機床設備、工具和工藝方法，以及高度的技術水平和嚴格的質量控制。超精密切削加工：通過采用非常鋒利的切削刃和極高的切削速度，實現(xiàn)高精度、高效率和高速度的加工。超精密切削加工主要用于各種材料的切割、銑削和車削等。超精密磨削加工：通過采用先進的磨削方法和砂輪，實現(xiàn)高精度、高效率和高速度的加工。超精密磨削加工主要用于各種材料的表面磨削和切割等。超精密光整加工：通過采用非常細的研磨粒子和拋光方法，實現(xiàn)高精度、高效率和高速度的表面光潔度加工。超精密光整加工主要用于各種材料的表面光潔度和鏡面加工等。超精密特種加工：通過采用非常特殊的加工方法和工藝，實現(xiàn)高精度、高效率和高速度的加工。超精密特種加工包括激光加工、水射流加工、電火花加工等技術。下面以超精密光學元件加工為例，說明超精密加工技術的應用。在光學元件加工中，超精密加工技術需要實現(xiàn)對光學元件表面的高精度、高效率和高速度的加工，以滿足光學元件的精度和光潔度要求。在實際應用中，超精密光學元件加工需要采用先進的機床設備、工具和工藝方法，如超精密切削、超精密磨削和超精密光整等。通過對光學元件表面進行超精密加工，可以提高光學元件的成像質量和透光率，從而在軍事、航空航天和醫(yī)療等領域得到廣泛應用。隨著科技的不斷發(fā)展，超精密加工技術也在不斷創(chuàng)新和進步。未來，超精密加工技術將面臨以下趨勢和挑戰(zhàn)：精度提高：隨著制造業(yè)的發(fā)展，對超精密加工技術的精度要求越來越高。未來，需要研發(fā)更先進的工藝方法和設備，以實現(xiàn)更高精度的加工。復合加工：為了滿足復雜形狀和表面粗糙度的加工需求，需要發(fā)展復合加工技術，將超精密切削、磨削、光整和特種加工等方法相結合，實現(xiàn)高效、高精度和高速度的加工。智能化加工：利用人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)超精密加工技術的智能化，提高生產效率、降低成本、優(yōu)化工藝流程，以滿足不斷變化的市場需求。綠色制造：在追求高效率和高精度的同時，需要考慮環(huán)保和節(jié)能問題。因此，需要研究綠色制造技術，減少超精密加工過程中的材料浪費和環(huán)境污染。跨領域合作：超精密加工技術的應用范圍廣泛，涉及到多個領域。未來，需要加強不同領域之間的合作，共同推動超精密加工技術的發(fā)展和應用。結論本文對超精密加工技術進行了綜述，介紹了其特點、應用范圍和發(fā)展趨勢。通過對超精密加工技術的分類討論和具體應用實例的分析，表明超精密加工技術在現(xiàn)代制造業(yè)中的重要地位和作用。展望了超精密加工技術的未來發(fā)展趨勢和挑戰(zhàn)，提出了未來研究方向的建議。本文對超精密加工技術的綜合分析和綜述，有助于對該領域有更深入的認識和理解，對相關領域的研究和實踐具有一定的參考價值。超精密加工技術是指利用先進的制造工藝和機床，實現(xiàn)對工件進行極高精度加工的技術。隨著科技的不斷進步，超精密加工技術已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的關鍵技術之一。本文將介紹超精密加工技術的現(xiàn)狀、展望、應用前景以及未來研究方向。目前，超精密加工技術已經(jīng)廣泛應用于航空、航天、軍事、汽車、電子等領域。常見的超精密加工技術包括超精密切削、超精密磨削、超精密拋光、納米加工等。這些技術手段都能夠實現(xiàn)對工件進行高精度、高效率的加工，但是也存在一定的局限性。比如，超精密切削需要使用高精度機床和刀具，加工過程復雜，成本較高；超精密磨削和拋光則需要耗費大量的時間和精力，加工效率低下。未來，超精密加工技術將朝著更高的精度、更廣的應用領域和更低的成本方向發(fā)展。一方面，隨著納米技術的發(fā)展，超精密加工技術的精度將達到納米級別，實現(xiàn)更小尺寸的加工；另一方面，隨著人工智能、機器學習等技術的引入，超精密加工技術的自動化程度將得到提高，降低對人工操作的依賴，提高生產效率。新材料和新工藝的應用也將為超精密加工技術的發(fā)展帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。超精密加工技術的應用前景非常廣泛。在航空航天領域，超精密加工技術可以用于制造高精度的航空發(fā)動機和航天器部件，提高性能和可靠性；在汽車領域，超精密加工技術可以用于制造燃油噴射系統(tǒng)、缸體、曲軸等高精度零部件，提高汽車的動力性和燃油經(jīng)濟性；在電子領域，超精密加工技術可以用于制造集成電路、微電機系統(tǒng)等高精度元器件，提高電子設備的性能和可靠性。除了以上領域，超精密加工技術還可以應用于生物醫(yī)學、光學、量子等領域。比如，在生物醫(yī)學領域，超精密加工技術可以用于制造人工關節(jié)、血管等高精度醫(yī)療器械，提高醫(yī)療水平和治療效果；在光學領域，超精密加工技術可以用于制造高精度的光學元件和鏡頭，提高光學設備的性能和穩(wěn)定性；在量子領域，超精密加工技術可以用于制造高精度的量子芯片和量子器件，推動量子科技的發(fā)展。超精密加工技術是現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的關鍵技術之一，具有極高的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟價值。本文通過對超精密加工技術的現(xiàn)狀和展望進行分析，闡述了其重要性和發(fā)展前景。未來，超精密加工技術將朝著更高精度、更廣應用領域和更低成本方向發(fā)展，同時還將面臨新材料和新工藝的應用所帶來的挑戰(zhàn)。因此，我們需要加強研發(fā)投入，提高自主創(chuàng)新能力，推動超精密加工技術的不斷發(fā)展，為我國制造業(yè)的高質量發(fā)展提供強有力的技術支撐。20世紀60年代為了適應核能、大規(guī)模集成電路、激光和航天等尖端技術的需要而發(fā)展起來的精度極高的一種加工技術。到80年代初，其最高加工尺寸精度已可達10納米（1納米=001微米）級，表面粗糙度達1納米，加工的最小尺寸達1微米，正在向納米級加工尺寸精度的目標前進。納米級的超精密加工也稱為納米工藝(nano-technology)。超精密加工是處于發(fā)展中的跨學科綜合技術。20世紀50年代至80年代為技術開創(chuàng)期。20世紀50年代末，出于航天、國防等尖端技術發(fā)展的需要，美國率先發(fā)展了超精密加工技術，開發(fā)了金剛石刀具超精密切削——單點金剛石切削(Singlepointdiamondturning，SPDT)技術，又稱為“微英寸技術”，用于加工激光核聚變反射鏡、戰(zhàn)術導彈及載人飛船用球面、非球面大型零件等。20世紀60年代為了適應核能、大規(guī)模集成電路、激光和航天等尖端技術的需要而發(fā)展起來的精度極高的加工技術。超精密加工的精度比傳統(tǒng)的精密加工提高了一個以上的數(shù)量級。到20世紀80年代，加工尺寸精度可達10納米(1×10-8米)，表面粗糙度達1納米。超精密加工對工件材質、加工設備、工具、測量和環(huán)境等條件都有特殊的要求，需要綜合應用精密機械、精密測量、精密伺服系統(tǒng)、計算機控制以及其他先進技術。工件材質必須極為細致均勻，并經(jīng)適當處理以消除內部殘余應力,保證高度的尺寸穩(wěn)定性,防止加工后發(fā)生變形。加工設備要有極高的運動精度，導軌直線性和主軸回轉精度要達到1微米級,微量進給和定位精度要達到01微米級。對環(huán)境條件要求嚴格，須保持恒溫、恒濕和空氣潔凈，并采取有效的防振措施。加工系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差和隨機誤差都應控制在1微米級或更小。這些條件是靠綜合應用精密機械、精密測量、精密伺服系統(tǒng)和計算機控制等各種先進技術獲得的。主要有超精密車削、鏡面磨削和研磨等。在超精密車床上用經(jīng)過精細研磨的單晶金剛石車刀進行微量車削,切削厚度僅1微米左右，常用于加工有色金屬材料的球面、非球面和平面的反射鏡等高精度、表面高度光潔的零件。例如加工核聚變裝置用的直徑為800毫米的非球面反射鏡，最高精度可達1微米，表面粗糙度為Rz05微米。加工精度以納米，甚至最終以原子單位(原子晶格距離為1～2納米)為目標時，切削加工方法已不能適應，需要借助特種加工的方法，即應用化學能、電化學能、熱能或電能等，使這些能量超越原子間的結合能，從而去除工件表面的部分原子間的附著、結合或晶格變形，以達到超精密加工的目的。屬于這類加工的有機械化學拋光、離子濺射和離子注入、電子束曝射、激光束加工、金屬蒸鍍和分子束外延等。這些方法的特點是對表面層物質去除或添加的量可以作極細微的控制。但是要獲得超精密的加工精度，仍有賴于精密的加工設備和精確的控制系統(tǒng)，并采用超精密掩膜作中介物。例如超大規(guī)模集成電路的制版就是采用電子束對掩膜上的光致抗蝕劑（見光刻）進行曝射，使光致抗蝕劑的原子在電子撞擊下直接聚合(或分解)，再用顯影劑把聚合過的或未聚合過的部分溶解掉，制成掩膜。電子束曝射制版需要采用工作臺定位精度高達±01微米的超精密加工設備。傳統(tǒng)的機械加工方法(普通加工)與精密和超精密加工方法一樣。隨著新技術、新工藝、新設備以及新的測試技術和儀器的采用，其加工精度都在不斷地提高。加工精度的不斷提高，反映了加工工件時材料的分割水平不斷由宏觀進入微觀世界的發(fā)展趨勢。隨著時間的進展，原來認為是難以達到的加工精度會變得相對容易。因此，普通加工、精密加工和超精密加工只是一個相對概念?其間的界限隨著時間的推移不斷變化。精密切削與超精密加工的典型代表是金剛石切削。以金剛石切削為例。其刀刃口圓弧半徑一直在向更小的方向發(fā)展。因為它的大小直接影響到被加工表面的粗糙度，與光學鏡面的反射率直接有關，對儀器設備的反射率要求越來越高。如激光陀螺反射鏡的反射率已提出要達到99%，這就必然要求金剛石刀具更加鋒利。為了進行切極薄試驗，目標是達到切屑厚度nm，其刀具刃口圓弧半徑應趨近4nm。為了達到這個高度，促使金剛石研磨機改變了傳統(tǒng)的結構。其中主軸軸承采用了空氣軸承作為支承，研磨盤的端面跳動可在機床上自行修正，使其端面跳動控制在5μm以下。刀具方面，采用金剛石砂輪，控制背吃刀量和進給量，在超精密磨床上，可以進行延性方式磨削，即納米磨削。即使是玻璃的表面也可以獲得光學鏡面。2精密加工和超精密加工的發(fā)展趨勢從長遠發(fā)展的觀點來看，制造技術是當前世界各國發(fā)展國民經(jīng)濟的主攻方向和戰(zhàn)略決策，是一個國家經(jīng)濟發(fā)展的重要手段之一，同時又是一個國家獨立自主、繁榮昌盛、經(jīng)濟上持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展、科技上保持領先的長遠大計?？萍嫉陌l(fā)展對精密加工和超精密加工技術也提出了更高的要求。從大到天體望遠鏡的透鏡，小到大規(guī)模集成電路線寬μm要求的微細工程和微機械的微納米尺寸零件，不論體積大小，其最高尺寸精度都趨近于納米;零件形狀也日益復雜化，各種非球面已是當前非常典型的幾何形狀。微機械技術為超精密制造技術引來一種嶄新的態(tài)勢?它的微細程度使傳統(tǒng)的制造技術面臨一種新的挑戰(zhàn)，促進了各種產品技術性能的提高，發(fā)展過程呈現(xiàn)出螺旋式循環(huán)發(fā)展，直接對科學技術的進步和人類文明作出貢獻。對產品高質量、小型化、高可靠性和高性能的追求，使超精密加工技術得以迅速發(fā)展，現(xiàn)已成為現(xiàn)代制造工業(yè)的重要組成部分。高精度與高效率精密加工和超精密加工雖能獲得極高的表面質量和表面完整性，但以犧牲加工效率為保證。探索能兼顧效率與精度的加工方法?成為超精密加工領球研究人員的目標。如半固著磨粒加工、電解磁力研磨、磁流變磨料流加工等復合加工方法的誕生。我國精密和超精密加工發(fā)展策略我國精密和超精密加工經(jīng)過數(shù)十年的努力，日趨成熟。不論是精密機床、金剛石工具，還是精密加工工藝已形成了一整套完整的精密制造技術系統(tǒng)，為推動機械制造向更高層次發(fā)展奠定了基礎。正在向納米級精度或毫微米精度邁進，其前景十分令人鼓舞。隨著科學技術的飛速發(fā)展和市場競爭日益激烈?越來越多的制造業(yè)開始將大量的人力、財力和物力投入先進的制造技術和先進的制造模式的研究和實施策略之中。(1)20世紀50年代至80年代為技術開創(chuàng)期。20世紀50年代末，出于航天、國防等尖端技術發(fā)展的需要，美國率先發(fā)展了超精密加工技術，開發(fā)了金剛石刀具超精密切削——單點金剛石切削(Singlepointdiamondtuming，SPDT)技術，又稱為“微英寸技術”，用于加工激光核聚變反射鏡、戰(zhàn)術導彈及載人飛船用球面、非球面大型零件等。從1966年起，美國的unionCarbide公司、荷蘭Philips公司和美國LawrenceLivemoreLaboratories陸續(xù)推出各自的超精密金剛石車床，但其應用限于少數(shù)大公司與研究單位的試驗研究，并以國防用途或科學研究用途的產品加工為主。這一時期，金剛石車床主要用于銅、鋁等軟金屬的加工，也可以加工形狀較復雜的工件，但只限于軸對稱形狀的工件例如非球面鏡等。(2)20世紀80年代至90年代為民間工業(yè)應用初期。在20世紀80年代，美國政府推動數(shù)家民間公司MooreSpecialTool和PneumoPrecision公司開始超精密加工設備的商品化，而日本數(shù)家公司如Toshiba和Hitachi與歐洲的Cmfield大學等也陸續(xù)推出產品，這些設備開始面向一般民間工業(yè)光學組件商品的制造。但此時的超精密加工設備依然高貴而稀少，主要以專用機的形式訂作。在這一時期，除了加工軟質金屬的金剛石車床外，可加工硬質金屬和硬脆性材料的超精密金剛石磨削也被開發(fā)出來。該技術特點是使用高剛性機構，以極小切深對脆性材料進行延性研磨，可使硬質金屬和脆性材料獲得納米級表面粗糙度。當然，其加工效率和機構的復雜性無法和金剛石車床相比。20世紀80年代后期，美國通過能源部“激光核聚變項目”和陸、海、空三軍“先進制造技術開發(fā)計劃”對超精密金剛石切削機床的開發(fā)研究，投入了巨額資金和大量人力，實現(xiàn)了大型零件的微英寸超精密加工。美國LLNL國家實驗室研制出的大型光學金剛石車床(Largeopticsdiamondturningmachine，LODTM)成為超精密加工史上的經(jīng)典之作。這是一臺最大加工直徑為1．625m的立式車床，定位精度可達28nm，借助在線誤差補償能力，可實現(xiàn)長度超過1m、而直線度誤差只有士25nm的加工。(3)20世紀90年代至今為民間工業(yè)應用成熟期。從1990年起，由于汽車、能源、醫(yī)療器材、信息、光電和通信等產業(yè)的蓬勃發(fā)展，超精密加工機的需求急劇增加，在工業(yè)界的應用包括非球面光學鏡片、Fresnel鏡片、超精密模具、磁盤驅動器磁頭、磁盤基板加工、半導體晶片切割等。在這一時期，超精密加工設備的相關技術，例如控制器、激光干涉儀、空氣軸承精密主軸、空氣軸承導軌、油壓軸承導軌、摩擦驅動進給軸也逐漸成熟，超精密加工設備變?yōu)楣I(yè)界常見的生產機器設備，許多公司，甚至是小公司也紛紛推出量產型設備。設備精度也逐漸接近納米級水平，加工行程變得更大，加工應用也逐漸增廣，除了金剛石車床和超精密研磨外，超精密五軸銑削和飛切技術也被開發(fā)出來，并且可以加工非軸對稱非球面的光學鏡片。世界上的超精密加工強國以歐美和日本為先，但兩者的研究重點并不一樣。歐美出于對能源或空間開發(fā)的重視，特別是美國，幾十年來不斷投入巨額經(jīng)費，對大型紫外線、x射線探測望遠鏡的大口徑反射鏡的加工進行研究。如美國太空署(NASA)推動的太空開發(fā)計劃，以制作1m以上反射鏡為目標，目的是探測x射線等短波(O．1～30nm)。由于射線能量密度高，必須使反射鏡表面粗糙度達到埃級來提高反射率。此類反射鏡的材料為質量輕且熱傳導性良好的碳化硅，但碳化硅硬度很高，須使用超精密研磨加工等方法。日本對超精密加工技術的研究相對美、英來說起步較晚，卻是當今世界上超精密加工技術發(fā)展最快的國家。日本超精密加工的應用對象大部分是民用產品，包括辦公自動化設備、視像設備、精密測量儀器、醫(yī)療器械和人造器官等。日本在聲、光、圖像、辦公設備中的小型、超小型電子和光學零件的超精密加工技術方面，具有優(yōu)勢，甚至超過了美國。日本超精密加工最初從鋁、銅輪轂的金剛石切削開始，而后集中于計算機硬盤磁片的大批量生產，隨后是用于激光打印機等設備的多面鏡的快速金剛石切削，之后是非球面透鏡等光學元件的超精密切削。l982年上市的EastnlanKodak數(shù)碼相機使用的一枚非球面透鏡引起了日本產業(yè)界的廣泛關注，因為1枚非球面透鏡至少可替代3枚球面透鏡，光學成像系統(tǒng)因而小型化、輕質化，可廣泛應用于照相機、錄像機、工業(yè)電視、機器人視覺、CD、VCD、DvD、投影儀等光電產品。因而，非球面透鏡的精密成形加工成為日本光學產業(yè)界的研究熱點。盡管隨時代的變化，超精密加工技術不斷更新，加工精度不斷提高，各國之間的研究側重點有所不同，但促進超精密加工發(fā)展的因素在本質上是相同的。這些因素可歸結如下。(1)對產品高質量的追求。為使磁片存儲密度更高或鏡片光學性能更好，就必須獲得粗糙度更低的表面。為使電子元件的功能正常發(fā)揮，就要求加工后的表面不能殘留加工變質層。按美國微電子技術協(xié)會(SIA)提出的技術要求，下一代計算機硬盤的磁頭要求表面粗糙度Ra≤0．2nm，磁盤要求表面劃痕深度h≤lnm，表面粗糙度Ra≤0．1nmp。1983年TANIGUCHI對各時期的加工精度進行了總結并對其發(fā)展趨勢進行了預測，以此為基礎，BYRNE描繪了20世紀40年代后加工精度的發(fā)展。(2)對產品小型化的追求。伴隨著加工精度提高的是工程零部件尺寸的減小。從1989～2001年，從6．2kg降低到1．8kg。電子電路高集成化要求降低硅晶片表面粗糙度、提高電路曝光用鏡片的精度、半導體制造設備的運動精度。零部件的小型化意味著表面積與體積的比值不斷增加，工件的表面質量及其完整性越來越重要。(3)對產品高可靠性的追求。對軸承等一邊承受載荷一邊做相對運動的零件，降低表面粗糙度可改善零件的耐磨損性，提高其工作穩(wěn)定性、延長使用壽命。高速高精密軸承中使用的Si3N4。陶瓷球的表面粗糙度要求達到數(shù)納米。加工變質層的化學性質活潑，易受腐蝕，所以從提高零件耐腐蝕能力的角度出發(fā)，要求加工產生的變質層盡量小。(4)對產品高性能的追求。機構運動精度的提高，有利于減緩力學性能的波動、降低振動和噪聲。對內燃機等要求高密封性的機械，良好的表面粗糙度可減少泄露而降低損失。二戰(zhàn)后，航空航天工業(yè)要求部分零件在高溫環(huán)境下工作，因而