一、概述
精密加工是指加工零件的尺寸尺寸精度在0.1-1μm，加工表面粗糙度為ra 0.02～0.1μm之間的加工方法。
超精密加工是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm，表面粗糙度小于ra＜0.025μm，以及所用機床定位精度的分辨率和重復性高于0.01μm的加工技術，也稱之為亞微米級加工技術，且正在向納米級加工技術發(fā)展。
超精密加工技術主要包括：超精密加工的機理研究，超精密加工的設備制造技術研究，超精密加工工具及刃磨技術研究，超精密測量技術和誤差補償技術研究，超精密加工工作環(huán)境條件研究。
1.發(fā)展精密和超精密加工技術的重要性
隨著科學技術的迅速發(fā)展和人民生活以及國防建設的需要，各國都大力發(fā)展制造業(yè)，尤其是在精密與超精密加工領域競爭更為激烈，因為它在尖端產品和現(xiàn)代化武器的制造中占有非常重要的位置，導彈的命中精度，主要取決于慣性儀表的精度。制造儀表需采用超精密加工技術和相應的設備。
我國精密與超精密加工技術還很落后，大量的精密產品還需進口，精密和超精密加工目前包含三個領域：
（1）超精密切削，如金剛石刀具切削，可加工各種鏡面，它成功的解決了高精度陀螺儀，激光反射鏡和某些大型反射鏡的加工。
（2）精密和超精密研磨，例如解決大規(guī)模集成電路基片的加工和高精度硬磁盤面等。
（3）精密特種加工，如電子束、離子束加工等。
2.精密與超精密加工技術的現(xiàn)狀
3.精密與超精密加工技術的發(fā)展展望
超精密加工技術發(fā)展趨勢是：向更高精度、更高效率方向發(fā)展；向大型化、微型化方向發(fā)展；向加工檢測一體化方向發(fā)展；機床向多功能模塊化方向發(fā)展；不斷探討適合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。21世紀初十年將是超精密加工技術達到和完成納米加工技術的關鍵十年
超精密加工的主要發(fā)展趨勢表現(xiàn)為
（1）向高精度方向發(fā)展，由現(xiàn)在的亞微米級向納米級進軍，最終達到“移動原子”的目的,實現(xiàn)原子級加工。
（2）向大型化方向發(fā)展，研制各類大型的超精密加工設備，以滿足航空、航天、通信和軍事的需要。
（3）向微型化方向發(fā)展，以適應飛速發(fā)展的微機械、集成電路的需要。
（4）超精結構、多功能、光機電一體化、加工檢測一體化等方向發(fā)展，廣泛的采用先進的檢測監(jiān)控技術實時誤差補償。
（5）不斷提出一些新工藝和復合加工技術，使加工的材料的范圍不斷擴大。
超精密加工技術目前研究主要方向有
（1）超精密加工的加工機理。微細加工機理研究；微觀表面完整性研究；在超精密范疇內的對各種材料（包括被加工材料和刀具磨具材料）的加工過程、現(xiàn)象、性能以及工藝參數(shù)進行提示性研究。
（2）超精密加工設備制造技術。納米級超精密車床工程化研究；超精密磨床研究；關鍵基礎件，如軸系、導軌副、數(shù)控伺服系統(tǒng)、微位移裝置等研究；超精密機床總成制造技術研究。
（3）超精密加工刀具、磨具及刃磨技術。金剛石刀具及刃磨技術、金剛石微粉砂輪及其修整技術研究。
（4）精密測量技術及誤差補償技術。納米級基準與傳遞系統(tǒng)建立；納米級測量儀器研究；空間誤差補償技術研究；測量集成技術研究。
（5）超精密加工工作環(huán)境條件。超精密測量、控溫系統(tǒng)、消振技術研究；超精密凈化設備，新型特種排屑裝置及相關技術的研究。
二、超精密切削加工方法
1.超精密加工刀具
人造金剛石刀具具有的顯著特點：“高速切削”“硬態(tài)加工”“以車代磨”“干式切削”該刀具獲國家科學大會獎。是加工各種非金屬材料及各種有色金屬材料的最佳刀具。
超精密切削加工，刀具應具備如下性能：
1.極高的硬度、耐磨性和彈性模量，以保證刀具足夠的壽命和尺寸耐用度。
2.刃口能磨得極其鋒銳，刃口半徑 值極小，實現(xiàn)微薄切削。
3.刃口無缺陷，切削時刃形將復印在加工表面上，能得到超光滑表面。
4.和工件材料的抗粘接性好、化學親和性小、摩擦系數(shù)低，能得到極好的加工表面完整性。
天然金剛石具有硬度高、耐磨性和強度高、導熱性能好，并且與有色金屬摩擦系數(shù)低，能磨出極鋒銳的刀刃等一系列的優(yōu)點，因此是目前最理想的超精密切削加工的刀具材料。
天然單晶金剛石多數(shù)為8面體或菱形12面體，極少數(shù)的6面體，淺色透明，無雜質，無缺陷。通常使用大顆粒（0.5～1.5克拉，1克拉=0.2g）。
人造金剛石是采用超高壓（500mpa 以上）高溫（1300℃ ）下由子晶生長而成。在條件允許的情況下，可以生成大顆粒單晶金剛石，該金剛石具有較高的硬度、良好的導熱性、和有色金屬摩擦系數(shù)小等優(yōu)點。
2.超精密磨削加工
精密和超精密磨料加工使利用細粒度的磨粒和微粉對黑色金屬、脆性材料等進行加工，得到高加工精度和地表面粗糙度值。對于有色金屬常采用超精密切削加工。
（1）精密和超精密磨削加工方法分類
精密和超精密砂輪磨削、精密和超精密砂帶磨削、游離磨粒磨削。
（2）精密磨削機理
精密磨削是指加工精度為1-0.1μm、表面粗糙度達到ra0.2-0.025μm的磨削方法。又稱低粗糙度磨削。
精密磨削機理：主要是依靠精細修整砂輪，使磨粒具有微刃性和等高性，磨削后，被加工表面留下大量極微細的磨削痕跡，殘留高度極小，加上無火化磨削階段的作用，可獲得高精度和地表面粗糙度表面。精密磨削加工主要體現(xiàn)為，微刃的微切削作用，通過微細修整砂輪，是微細磨粒破碎并產生微刃，從而形成低的表面粗糙度。微刃的等高切削作用，砂輪經(jīng)微細修整后，分布在砂輪表層的統(tǒng)一深度的微刃數(shù)量、等高性好，從而使加工表面的粗糙度極小。微刃的滑擠、摩擦、拋光作用，剛開始切削時，微刃較鋒銳，切削作用強，隨著切削過程的繼續(xù)，磨粒逐漸出現(xiàn)鈍化，但同時，等高性得到改善，此時，切削作用減弱，滑擠、摩擦、拋光作用加強，從而使加工表面凸峰輾平，降低表面面粗糙度。
（3）密磨削砂輪選擇
精密磨削砂輪選擇主要考慮容易產生和保持微刃性和等高性微原則。
磨削剛和鑄鐵時，采用剛玉磨料較好，因為剛玉磨料刃性較高，能保持微刃性和等高性。而碳化硅磨料韌性差，顆粒呈針片狀，很難修整出等高性好的微刃。
砂輪粒度的可選擇粗粒度和細粒度兩類，粗粒度要細修整，微刃的切削作用是主要的，細粒度砂輪經(jīng)過精細修整后，半鈍態(tài)的微刃在適當?shù)膲毫ο屡c工件表面的摩擦拋光作用強，可得到高的表面質量和砂輪壽命。
結合劑精密磨削砂輪的選擇，以樹脂為好，加入適當?shù)氖商岣吣Σ翏伖庾饔谩?br> （4）精密磨削砂輪的修整
（5）精密精密磨削對機床、環(huán)境要求
四、超精密加工的機床設備
1．精密主軸部件
精密主軸部件是超精密機床的圓度基準，也是保證機床加工精度的核心。主軸要求達到極高的回轉精度，其關鍵在于所用的精密軸承。早期的精密主軸采用超精密級的滾動軸承，如瑞士shaublin精密車床，采用滾動軸承，其加工精度可達ban，表面粗糙度r,0．04-0．02pan。制造如此高精度的滾動軸承主軸是極為不易的，希望更進一步提高主軸精度更是困難。目前，超精密機床的主軸廣泛采用液體靜壓軸承和空氣靜壓軸承。
2．精密導軌和床身
床身是機床的基礎部件，應具有抗振衰減能力強、熱膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定性好的要求。目前，超精密機床床身多采用人造花崗巖材料制造。人造花崗巖是由花崗巖碎粒用樹脂粘結而成，它不僅具有花崗巖材料的尺寸穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)低、硬度高、耐磨且不生銹的特點，又可鑄造成形，克服了天然花崗巖有吸濕性的不足，并加強了對振動的衰減能力。超精密機床導軌部件要求有極高的直線運動精度，不能有爬行，導軌偶合面不能有磨損，因而液體靜壓導軌、氣浮導軌和空氣靜壓導軌，均具有運動平穩(wěn)、無爬行、摩擦因數(shù)接近于零的特點，在超精密機床中得到廣泛的使用。
3．微量進給裝置
高精度微量進給裝置是超精密機床的一個關鍵裝置，它對實現(xiàn)超薄切削、高精度尺寸加工和實現(xiàn)在線誤差補償有著十分重要的作用。目前，高精度微量進給裝置分辨率已可達到0．001—o．01／xm。
在超精密加工中，要求微量進給裝置滿足如下的要求：①精微進給與粗進給分開，以提高微位移的精度、分辨率和穩(wěn)定性；②運動部分必須是低摩擦和高穩(wěn)定性，以便實現(xiàn)很高的重復精度；③末級傳動元件必須有很高的剛度，即夾固刀具處必須是高剛度的；④工藝性好，容易制造；⑤應能實現(xiàn)微進給的自動控制，動態(tài)性能好。
微量進給裝置有機械或液壓傳動式，彈性變形式、熱變形式、流體膜變形式、磁致伸縮式、壓電陶瓷式等多種結構形式。
五、超精密加工的支撐環(huán)境
為了適應精密和超精密加工精度的的要求，對精密與超精密加工的支撐環(huán)境必須進行嚴格控制，精密與超精密環(huán)境控制包括：空氣環(huán)境、熱環(huán)境、振動環(huán)境、電磁環(huán)境等。
1．潔凈的空氣環(huán)境
2．恒定的溫度環(huán)境
3.較好的抗振動干擾環(huán)境
1．較好的抗振動干擾環(huán)境
為保證精密和超精密加工的正常進行，必須采取有效措施以消除振動干擾，其途徑包括如下兩個方面：
(1)防振；(2)隔振
3.其它環(huán)境