一、技術(shù)概述
精密制造技術(shù)是指零件毛坯成形后余量小或無余量、零件毛坯加工后精度達(dá)亞微米級的生產(chǎn)技術(shù)總稱。它是近凈成形與近無缺陷成形技術(shù)、超精密加工技術(shù)與超高速加工技術(shù)的綜合集成。
近凈成形與近無缺陷成形技術(shù)改造了傳統(tǒng)的毛坯成形技術(shù)，使機(jī)械產(chǎn)品毛坯成形實(shí)現(xiàn)由粗放到精化的轉(zhuǎn)變，使外部質(zhì)量作到無余量或接近無余量，內(nèi)部質(zhì)量作到無缺陷或接近無缺陷，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、輕量化、低成本的成形。該項(xiàng)技術(shù)涉及到鑄造成形、塑性成形、*連接、熱處理改性、表面改性、高精度模具等專業(yè)領(lǐng)域。
超精密加工技術(shù)是指被加工零件的尺寸精度高于0．1µm，表面粗糙度Ra小于0．025µm，以及所用機(jī)床定位精度的分辨率和重復(fù)性高于0．01µm的加工技術(shù)，亦稱之為亞微米級加工技術(shù)，且正在向納米級加工技術(shù)發(fā)展。
超精密加工技術(shù)主要包括：超精密加工的機(jī)理，超精密加工的設(shè)備制造技術(shù)，超精密加工工具及刃磨技術(shù)，超精密測量技術(shù)和誤差補(bǔ)償技術(shù)，超精密加工工作環(huán)境條件。
超高速加工技術(shù)是指采用超硬材料的刀具，通過極大地提高切削速度和進(jìn)給速度來提高材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代加工技術(shù)。
超高速加工的切削速度范圍因不同的工件材料、不同的切削方式而異。目前，一般認(rèn)為，超高速切削各種材料的切速范圍為：鋁合金已超過1600m/min，鑄鐵為1500m/min，超耐熱鎳合金達(dá)300m/min，鈦合金達(dá)150～1000m/min，纖維增強(qiáng)塑料為2000～9000m/min。各種切削工藝的切削速度范圍為：車削700～7000m/min，銑削300～6000m/min，鉆削200～1100m/min，磨削250m/s以上等等。
超高速加工技術(shù)主要包括：超高速切削與磨削機(jī)恚咚僦髦岬ピ圃旒際�，超高速进给单元制造茧H�，超高速加工用刀具与磨具制造茧H�，超高速加工灾O咦遠(yuǎn)觳庥肟刂萍際醯取?amp;nbsp;
二、現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢
1．技術(shù)發(fā)展趨勢
近凈成形與近無缺陷成形技術(shù)在下世紀(jì)初有以下發(fā)展趨勢：
（1）近凈成形技術(shù)生產(chǎn)的成形件精度會進(jìn)一步提高，可以做出形狀更加復(fù)雜的成形件，更加接近于凈成形。
（2）近凈成形技術(shù)會不斷有新發(fā)展，一方面原來的工藝方法會得到不斷改進(jìn)提高，另一方面綜合利用各種成形手段會出現(xiàn)新的復(fù)合成形新工藝。
（3）隨著新材料的出現(xiàn)，不少材料用傳統(tǒng)加工方法很難加工，從而推動了新材料近凈成形技術(shù)的發(fā)展。
（4）計(jì)算機(jī)的發(fā)展、非線性問題計(jì)算方法的發(fā)展，推動了非線性有限元等技術(shù)發(fā)展，使數(shù)值模擬技術(shù)由學(xué)校、研究單位走向工廠，將廣泛用于成形工藝分析，并且將由宏觀模擬進(jìn)一步向微觀的組織模擬和質(zhì)量預(yù)測方向發(fā)展。
（5）解決自動化大批量生產(chǎn)與用戶對產(chǎn)品個性化要求的矛盾，生產(chǎn)過程的柔性化將會得到發(fā)展。
（6）由于高效、節(jié)能、節(jié)材帶來的材料和資源的節(jié)約和有效利用、成形技術(shù)和裝備的進(jìn)步、無污染工藝材料的采用，使成形技術(shù)由污染大戶轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵣a(chǎn)技術(shù)。
超精密加工技術(shù)的發(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(jī)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(jì)初十年將是超精密加工技術(shù)達(dá)到納米加工技術(shù)的關(guān)鍵十年。
在超高速加工技術(shù)中，刀具材料已從碳素鋼和合金工具鋼，經(jīng)歷高速鋼、硬質(zhì)合金鋼、陶瓷材料，發(fā)展到人造金剛石及聚晶金剛石（PCD）、立方氮化硼及聚晶立方氮化硼（CBN）；切削速度亦隨著刀具材料創(chuàng)新而從以前的12m/min提高到1200m/min以上。因此有人認(rèn)為，隨著新刀具（磨具）材料的不斷發(fā)展，每隔十年切削速度要提高一倍，亞音速乃至超聲速加工的出現(xiàn)不會太遙遠(yuǎn)了。
2．國內(nèi)外現(xiàn)狀
工業(yè)發(fā)達(dá)國家的近凈成形技術(shù)在近20多年來有很大發(fā)展，已經(jīng)成為機(jī)械制造業(yè)主要的制造技術(shù)，在鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和表面改性方面都已占據(jù)了總產(chǎn)量的主要地位。在我國近凈成形技術(shù)在整個成形生產(chǎn)中比重還比較低，成形件精度總體平均要比國外低1～2個等級，一些先進(jìn)的近凈成形技術(shù)在我國只有少數(shù)企業(yè)采用，一些復(fù)雜難成形件我國還不能生產(chǎn)，部分先進(jìn)成形設(shè)備、機(jī)械手和機(jī)器人、很大一部分高水平自動化生產(chǎn)線建線技術(shù)，我國還不能全部立足國內(nèi)，因而總體水平上要比先進(jìn)國家落后15～25年。每一個專業(yè)方向上，國外近20年來都出現(xiàn)了一批新技術(shù)，有一些我們還沒有掌握，有一些雖然做了試驗(yàn)研究，還沒有用于生產(chǎn)。
過去人們往往側(cè)重于單項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用研究，今天市場競爭激烈，人們?yōu)榱烁酶?jīng)濟(jì)成形零部件，越來越多地注意到多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的綜合運(yùn)用，可以獲得更好的效果。例如利用材料超塑特性進(jìn)行焊接在航空件成形中的應(yīng)用，利用低合金成份的非調(diào)質(zhì)鋼通過控鍛控冷可以取代調(diào)質(zhì)熱處理，把鑄造和鍛壓結(jié)合起來的半固態(tài)成形，粉未燒結(jié)的坯料再經(jīng)過鍛造獲更好性能近凈形零件，都是國外發(fā)展較快應(yīng)用效果好的技術(shù)。我國專家把成形輥鍛和精鍛相結(jié)合，用于汽車前梁生產(chǎn)比國外通用技術(shù)建設(shè)生產(chǎn)線，一條線就可節(jié)約上億投資。
傳統(tǒng)的成形技術(shù)是建立在經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的技術(shù)，制定一個新零件成形工藝在生產(chǎn)時還要進(jìn)行大量修改調(diào)試。計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)發(fā)展，特別是非線性有限元的發(fā)展，使得難度很大的成形過程有可能進(jìn)行模擬分析和數(shù)值計(jì)算。發(fā)達(dá)國家在這方面已經(jīng)開展了大量研究工作，并形成一些商業(yè)軟件用于成形工藝分析。我國在這方面已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，一些單位也研制了一些軟件，但由于投入不足，形成商業(yè)軟件的很少。
近凈成形與近無缺陷成形技術(shù)通常用于大批量生產(chǎn)，要求企業(yè)建設(shè)不同技術(shù)水平的生產(chǎn)線，需要有相應(yīng)的機(jī)械手和機(jī)器人。由于工作的條件、環(huán)境比較惡劣，對這些機(jī)器人的需要數(shù)量相對較少、品種較多，所以需要由本專業(yè)人員參與研制。當(dāng)今，人們對產(chǎn)品需求逐步提出了一些個性化要求，所以在建設(shè)自動生產(chǎn)線時，提出了建設(shè)柔性生產(chǎn)線的要求，國外在近凈成形生產(chǎn)方面已經(jīng)出現(xiàn)了少量柔性生產(chǎn)線，我國必須注意這一動向，應(yīng)該根據(jù)用戶需求和投資強(qiáng)度，建設(shè)不同自動化程度和滿足柔性化需求的生產(chǎn)線。
國外企業(yè)為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，一方面加強(qiáng)質(zhì)量管理，做好生產(chǎn)全過程的質(zhì)量控制，另一方面通過生產(chǎn)過程中的自動化和智能控制，以保證近凈成形生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，能作到無缺陷或近無缺陷。
在超高速加工技術(shù)方面，1976年美國的Vought公司研制了一臺超高速銑床，*高轉(zhuǎn)速達(dá)到了20000rpm。特別引人注目的是，聯(lián)邦德國Darmstadt工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)工程與機(jī)床研究所從1978年開始系統(tǒng)地進(jìn)行超高速切削機(jī)理研究，對各種金屬和非金屬材料進(jìn)行高速切削試驗(yàn)，聯(lián)邦德國組織了幾十家企業(yè)并提供了2000多萬馬克支持該項(xiàng)研究工作。自80年代中后期以來，商品化的超高速切削機(jī)床不斷出現(xiàn)，超高速機(jī)床從單一的超高速銑床發(fā)展成為超高速車銑床、鉆銑床乃至各種高速加工中心等。瑞士、英國、日本也相繼推出自己的超高速機(jī)床。日本日立精機(jī)的HG400III型加工中心主軸*高轉(zhuǎn)速達(dá)36000～40000r/min，工作臺快速移動速度為36～40m/min。采用直線電機(jī)的美國Ingersoll公司的HVM800型高速加工中心進(jìn)給移動速度為60m/min。近年來，我國在高速超高速加工的各關(guān)鍵領(lǐng)域，如大功率高速主軸單元、高加減速直線進(jìn)給電機(jī)、陶瓷滾動軸承等方面也進(jìn)行了較多的研究，但總體水平同國外尚有較大差距。
在超精密加工技術(shù)方面，美國是開展研究*早的國家，也是迄今處于世界*地位的國家。早在50年代末，由于航天等*技術(shù)發(fā)展的需要，美國首先發(fā)展了金剛石刀具的超精密切削技術(shù)，并發(fā)展了相應(yīng)的空氣軸承主軸的超精密機(jī)床，用于加工激光核聚變反射鏡、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈及載人飛船用球面非球面大型零件。如美國LLL實(shí)驗(yàn)室和Y－12工廠在美國能源部支持下，于1983年7月研制成功大型超精密金剛石車床DTM－3型，該機(jī)床可加工*大零件Φ2100mm、重量4500kg的激光核聚變用的各種金屬反射鏡、紅外裝置用零件、大型天體望遠(yuǎn)鏡（包括X光天體望遠(yuǎn)鏡）等。該機(jī)床的加工精度可達(dá)到形狀誤差為28nm（半徑），圓度和平面度為12．5nm，加工表面粗糙度為Ra4．2nm。該機(jī)床及該實(shí)驗(yàn)室1984年研制的LODTM大型超精密車床一起仍是現(xiàn)在世界上公認(rèn)的技術(shù)水平*高、精度*高的大型金剛石超精密車床。
日本對超精密加工技術(shù)的研究相對于美、英來說起步較晚，但是當(dāng)今世界上超精密加工技術(shù)發(fā)展*快的國家。日本的研究重點(diǎn)不同于美國，前者是以民品應(yīng)用為主要對象，后者則是以發(fā)展國防*技術(shù)為主要目標(biāo)。所以日本在用于聲、光、圖象、辦公設(shè)備中的小型、超小型電子和光學(xué)零件的超精密加工技術(shù)方面，是更加先進(jìn)和具有優(yōu)勢的，甚至超過了美國。
我國的超精密加工技術(shù)在70年代末期有了長足進(jìn)步，80年代中期出現(xiàn)了具有世界水平的超精密機(jī)床和部件。北京機(jī)床研究所是國內(nèi)進(jìn)行超精密加工技術(shù)研究的主要單位之一，研制出了多種不同類型的超精密機(jī)床、部件和相關(guān)的高精度測試儀器等，如精度達(dá)0．025µm的精密軸承、JCS－027超精密車床、JCS－031超精密銑床、JCS－035超精密車床、超精密車床數(shù)控系統(tǒng)、復(fù)印機(jī)感光鼓加工機(jī)床、紅外大功率激光反射鏡、超精密振動－
