【正文】 精密切削的一個(gè)新的研究方向，目前德國(guó)和日本在該領(lǐng)域的研究處于國(guó)際領(lǐng)先水平。德國(guó)夫瑯和費(fèi)生產(chǎn)技術(shù)學(xué)院用微小單晶金剛石刀具加工出表面特征結(jié)構(gòu)尺寸小100181。m 181。m、高 200181。m 的微薄壁結(jié)構(gòu)，采用快速伺服刀架還加工出具有微反光面陣列的集成鏡片。超精密磨削是指以利用細(xì)粒度或超細(xì)粒度的固結(jié)磨料砂輪以及高性能磨床實(shí)現(xiàn)材料高效率去除、加工表面粗糙度Ra 181。m 的加工方法，是超精密加工技術(shù)中能夠兼顧加工精度、表面質(zhì)量和加工效率的加工手段。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在機(jī)械、電子、通信、空間、光學(xué)等尖端技術(shù)和國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域中，硬脆材料高精度，高表面質(zhì)量的零件獲得了廣泛的應(yīng)用，如單晶硅片、工程陶瓷、光學(xué)玻璃、光學(xué)晶體、藍(lán)寶石基片等，超精密磨削技術(shù)就是為適應(yīng)這些材料的高精度高表面質(zhì)量的加工需要而發(fā)展起來(lái)的，硬脆材料超精密磨削可獲得高度的鏡面，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α５捎谀ハ魇敲鏍畹毒吲c工件的作用，因此，與單刃刀具相比，其產(chǎn)生的磨削阻力要大數(shù)倍乃至百倍。為了獲得高的磨削精度，必須要有高剛度的砂輪和磨床。對(duì)硬脆材料的磨削，要生成微小切削必須采用微細(xì)磨粒的砂輪，而要產(chǎn)生自銳性必須使磨粒脫落的可能性增大。樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪因結(jié)合劑較軟使砂輪自銳性顯著提高，比金屬結(jié)合劑砂輪磨削質(zhì)量好。但是，磨削阻力會(huì)引起砂輪面的變形和精度惡化問(wèn)題。為解決砂輪的高剛性化，采用玻璃質(zhì)固化的微細(xì)金剛石砂輪具有氣孔且易排屑，適用于高質(zhì)量，高精度的磨削?，F(xiàn)已生產(chǎn)出粒度為 nm、以鐵粉作結(jié)合劑的金剛石砂輪，磨削的表面粗糙度為 nm，適用于磨削精細(xì)陶瓷、玻璃以及單晶材料。超精密磨削要求機(jī)床具有很高的精度和剛度，砂輪軸的高速旋轉(zhuǎn)必須使用價(jià)格昂貴的軸承，而某種程度的振動(dòng)總是不可避免的。磨削過(guò)程中需要對(duì)砂輪不斷地進(jìn)行修整，以保持磨粒的銳利，防止磨屑堵塞砂輪燒傷工件表面，容屑空間及其保持性成為制作超微細(xì)磨粒砂輪的主要難題；另外，磨削過(guò)程中，工件與砂輪主要為線接觸方式，加工具有單向性，很難保證加工表面的均勻性；非磁導(dǎo)性工件裝夾困難。這些問(wèn)題都限制了磨削加工可獲得的表面質(zhì)量。如果能控制單顆磨粒對(duì)工件的法向載荷并使之小于中位—徑向裂紋或側(cè)向裂紋產(chǎn)生的臨界載荷，此時(shí)工件可能僅發(fā)生彈性變形，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)亞表面損傷的加工或塑性域加工。 超精密拋光技術(shù)超精密拋光是利用微細(xì)磨粒的機(jī)械作用和化學(xué)作用，在軟質(zhì)拋光工具或化學(xué)液、電/磁場(chǎng)等輔助作用下，為獲得光滑或超光滑表面，減少或完全消除加工變質(zhì)層，從而獲得高表面質(zhì)量的加工方法，加工精度可達(dá)到數(shù)納米，加工表面粗糙度 Ra 可達(dá)到10–1nm 級(jí)，超精密拋光是目前最主要的終加工手段。目前，拋光加工中材料的去除單位已在納米甚至是亞納米級(jí)，在這種加工尺度內(nèi)，加工區(qū)域氛圍的化學(xué)作用就成為拋光加工不可忽視的一部分。(1) 超精密無(wú)損傷拋光。超精密無(wú)損傷拋光是以不破壞極表層結(jié)晶結(jié)構(gòu)的加工單位進(jìn)行材料微量去除的加工方法?？梢园醇庸顟B(tài)，將無(wú)損傷拋光看作是機(jī)械作用和化學(xué)的作用所進(jìn)行的，它們的組合形成了各種拋光法。這些方法可分為：機(jī)械微量去除拋光、化學(xué)拋光、化學(xué)機(jī)械復(fù)合拋光。機(jī)械微量去除，只限定于磨圖11 各種拋光法的加工原理分類粒作用區(qū)域的機(jī)械拋光(圖 11)。(2) 界面反應(yīng)拋光。過(guò)去，硬脆電子功能陶瓷材料的加工基本上是利用硬質(zhì)磨粒的機(jī)械壓入、刻劃作用為主的研磨和拋光。通常在工件表面留有加工變質(zhì)層。為了消除加工變質(zhì)層，一般采用化學(xué)拋光和電解拋光加工，但又會(huì)造成形狀精度降低。為了克服上述缺點(diǎn)，必須開(kāi)發(fā)新的拋光法，以實(shí)現(xiàn)功能陶瓷的高精度高質(zhì)量拋光加工。在工件與磨料的摩擦界面上的機(jī)械能一部分轉(zhuǎn)化為熱能，使界面真實(shí)接觸部位處于高溫高壓狀態(tài)，處于這種狀態(tài)的界面是不穩(wěn)定的，各物質(zhì)之間很容易互相滲透，化合物很容易產(chǎn)生和分解。這種界面反應(yīng)一般稱為機(jī)械化學(xué)反應(yīng)。如果將反應(yīng)生成物控制在工件表層極小的深度內(nèi)(一般只有數(shù)個(gè)197。)，因其加工單位很小，就可以在不傷及母材情況下使其脫落，可以獲得一般機(jī)械加工絕對(duì)達(dá)不到的超精密表面。這就是一邊反應(yīng)生成易于去除的局部軟質(zhì)生成物，一邊進(jìn)行加工的界面反應(yīng)拋光方法。可用于拋光加工的界面反應(yīng)現(xiàn)象有機(jī)械化學(xué)固相反應(yīng)和水合反應(yīng)現(xiàn)象，相應(yīng)的拋光方法稱為機(jī)械化學(xué)拋光和水合拋光。這些新方法與傳統(tǒng)的拋光法相比在加工機(jī)理上是完全不同的。由于不必使用彈性拋光盤(pán)而使加工的面形精度得以提高。由于利用了化學(xué)反應(yīng)，所形成的加工變質(zhì)層極小。界面反應(yīng)拋光將可能成為功能陶瓷元器件基片超精密加工的主要方法。(4) 電、磁場(chǎng)輔助拋光。電、磁場(chǎng)輔助拋光(Fieldassisted fine finishing, FF)或場(chǎng)致拋光是通過(guò)控制電、磁場(chǎng)的強(qiáng)弱控制磨粒對(duì)工件的作用力，進(jìn)行拋光的加工方法。磁場(chǎng)輔助拋光主要包括磁性磨粒加工、磁流體拋光和磁流變加工三種。磁性磨粒加工、磁流變加工將在下一節(jié)介紹，磁流體拋光有懸浮式和分離式兩種，前者將磨?；烊氪帕黧w中，通過(guò)磁流體在磁場(chǎng)作用下的“浮置”作用進(jìn)行拋光；后者的磨粒不混入磁流體中，而是利用磁流體向強(qiáng)磁場(chǎng)方向移動(dòng)的特性，通過(guò)橡膠等彈性體擠壓磨料，對(duì)工件進(jìn)行拋光。電場(chǎng)輔助拋光主要是指電泳拋光，它利用膠體粒子在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的電泳現(xiàn)象進(jìn)行拋光。圖12 氣囊式拋光原理(5) 氣囊式拋光。氣囊式拋光原理如圖12所示：進(jìn)動(dòng)拋光是一種新穎的光學(xué)器件的拋光方法，它具有高斯形收斂的去除函數(shù)，陀螺式的旋轉(zhuǎn)使得工件在拋光區(qū)域任意一點(diǎn)產(chǎn)生不同方向的摩擦力，從而拋光紋理錯(cuò)綜交叉，使得紋理細(xì)膩無(wú)方向性劃痕，以柔性頭作為拋光工具并結(jié)合數(shù)控拋光技術(shù)，使得該方法很容易加工出高精度、高表面質(zhì)量的光學(xué)器件。它使用的拋光工具是特制的柔性氣囊，氣囊的外形為球冠，外面粘貼專用的拋光模，如聚氨酯拋光墊、拋光布等。將其裝于旋轉(zhuǎn)的工作部件上，形成封閉的腔體，腔內(nèi)充入低壓氣體，并可控制氣體的壓力。拋光頭本身旋轉(zhuǎn)形成拋光運(yùn)動(dòng)。工件可以旋轉(zhuǎn)，并可作x、y、z向的數(shù)控聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。在工件為回轉(zhuǎn)體表面時(shí)，工件旋轉(zhuǎn)并作 x、z 向的數(shù)控聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)；在工件為自由曲面時(shí)，工件不旋轉(zhuǎn)而作 x、 y、z 向的數(shù)控聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。為使拋光頭氣囊表面拋光模磨損均勻，在拋光時(shí)，拋光頭作一定的擺動(dòng)(但氣囊球面的中心位置不變)。氣囊式拋光方法適合平面、球面、非球面、甚至任意曲面的拋光(質(zhì)量控制)和修整(面形控制)?？梢约庸し乔蛎?包括離軸非球面)、自由光學(xué)曲面等。能夠拋光光學(xué)玻璃、鍍鎳鋁、不銹鋼、石墨纖維等多種材料。超精密加工技術(shù)總的發(fā)展趨勢(shì)是：① 大型化、微小型化、 數(shù)控化、 智能化的加工裝備； ② 復(fù)合化、無(wú)損傷加工工藝；③ 超精密、高效率、低成本批量加工；④ 在生產(chǎn)車間大量應(yīng)用的高精度低成本專用檢測(cè)裝置。我國(guó)已把“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”列為《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》確定的16 個(gè)國(guó)家科技重大專項(xiàng)之一。該專項(xiàng)的目標(biāo)是：到2020 年，我國(guó)將形成高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備主要產(chǎn)品的自主開(kāi)發(fā)能力，總體技術(shù)水平進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列，部分產(chǎn)品國(guó)際領(lǐng)先。該專項(xiàng)的實(shí)施，對(duì)于提升我國(guó)超精密機(jī)床和基礎(chǔ)制造裝備產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。第5章 本文總結(jié)隨著社會(huì)的發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)呈現(xiàn)了新的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。首先，介紹了先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展背景和國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)等。其次，介紹了先進(jìn)制造技術(shù)和新工業(yè)革命的關(guān)系，并對(duì)先進(jìn)制造工藝技術(shù)、先進(jìn)制造模式/系統(tǒng)、先進(jìn)制造技術(shù)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)活動(dòng)的影響和新工業(yè)革命的影響。再次，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的論述，尤其對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造基礎(chǔ)技術(shù)、單晶渦輪葉片制造技術(shù)、整體葉盤(pán)高效高精度低成本加工技術(shù)、空心葉片制造技術(shù)、高端軸承制造技術(shù)、粉末渦輪盤(pán)制造技術(shù)、葉片進(jìn)排氣邊（前后緣）加工技術(shù)及自適應(yīng)加工技術(shù)、防鳥(niǎo)撞技術(shù)、復(fù)合材料制造及3D 打印技術(shù)等的分析。最后，對(duì)超精密加工領(lǐng)域進(jìn)行研究分析，主要分析了超精密機(jī)床、超精密切削技術(shù)、超精密磨削技術(shù)和超精密拋光技術(shù)四個(gè)方面。為更全面地理解先進(jìn)制造技術(shù)與正在全球興起的新工業(yè)革命，在分析先進(jìn)制造 技術(shù)的概念、內(nèi)涵、體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總結(jié)了現(xiàn)有的制造模式提出實(shí)施先進(jìn)制造技術(shù)的戰(zhàn)略及把握新工業(yè)革命機(jī)遇的對(duì)策?？傊匾曋圃鞓I(yè)和先進(jìn)制造技術(shù)已成為全球化的大趨勢(shì)。先進(jìn)制造技術(shù)不是一項(xiàng)具體技術(shù)， 而是利用系統(tǒng)工程技術(shù)將各種相關(guān)技術(shù)集成的一個(gè)有機(jī)整體；先進(jìn)制造技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)技術(shù)，而不是一成不變的，它需要不斷吸收各種高新技術(shù)成果，并將其滲透到產(chǎn)品的所有領(lǐng)域，結(jié)合成一個(gè)有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔和靈活的生產(chǎn)；先進(jìn)制造技術(shù)在強(qiáng)調(diào)環(huán)保護(hù)的同時(shí)，還強(qiáng)調(diào)各專業(yè)學(xué)科之間的相互滲透、融合和淡化，并消除其間的界限。參考文獻(xiàn)：[1]孫林巖,[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2003.[2]房貴如,劉維漢。先進(jìn)制造技術(shù)的總體發(fā)展過(guò)程和趨勢(shì)[J].中國(guó)機(jī)械工程,1995(3):710.[3]楊叔子,李斌,[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2004(2):16.[4]趙曉梅,[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā),2001(2)。3031[5]周曉東,鄒國(guó)勝等 大規(guī)模定制研究綜述[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS),2003(12):10461056[6]魏志強(qiáng),王先逵,吳丹,面向全球制造環(huán)境的先進(jìn)制造技術(shù)[J].中國(guó)機(jī)械工程,2001(7):761765.[7][J].森林工程，2002（3）[8] 王世敬，[J].石油機(jī)械，2002[9] [J].機(jī)械制造與自 動(dòng)化,2003（1）.[10] LUNDROBERTT, HANSENJOHNA. Keeping America at work: strategies for employing then technologies [M].New York, : John Wileyamp。Sons,1986.[11] ZAMMU TO RAYMONDF,［ ４］O CONNOREDWARDJ, Gaining advanced manufacturing technologies benefits: the rles for ganization design adculture [J].Academy of Management Review,2012,17(4):701728.26 /