超精密機械加工技術與發展研究

摘要：超精密機械加工的精度可以達到納米級，主要應用在加工高精度設備的零件。超精密機械加工技術是由美國率先提出的，一開始使用的是單刃金剛石車刀鏡面切削鋁合金和無氧銅，隨著機械加工技術和電氣工程及其自動化機技術的有機結合，超精密機械加工的精度得到的進一步的提升。由于超精密機械加工隨著社會的發展，勢必會成為影響時代發展的核心技術，所以要通過不斷的研究，不斷的提高超精密機械加工技術的精度，以及穩定性，確保所加工出來的機械零件的精度更高。本文主要探究超精密機械加工技術的主要優勢，以及超精密機械加工技術的發展歷程，還有提高超精密機械加工技術精度的主要措施。

關鍵詞：超精密機械加工；發展探究；加工技術

引言

超精密機械加工技術的主要優勢有，首先，該技術的精準度較高，所加工出來的元件的精度可以達到百納米級別，所以由超精密機械加工設備加工出來的設備具有較高的精度，進而為我國相關的研究院在開展精密實驗的時候，提供硬件支持。其次，超精密機械加工技術的自動化程度高，由于所加工元件的精度已經達到了肉眼無法識別的地步，所以相應的加工設備是完全自動運行的，操作員只需要在加工設備的操作界面設置好工藝參數就可以了，自動化的提升，可以有效的保障整個機械加工過程的質量，所加工出來的機械元件可以滿足相應的加工標準。

1主要優勢淺析

1.1穩定性好

超精度機械加工技術，主要應用在精密機械元件的加工領域。依托超精度機械加工技術實現對原有機械加工系統的改造，最大的一個好處在于，能夠切實提高整個機械加工生產線的穩定性，由于超精度機械加工系統采用的是邏輯控制，每個輸出都會有條件，如果該條指令輸出的條件不滿足，就不會觸發相應的輸出指令，從而實現對整個流水線的精準控制，整個機械加工工藝會按照提前編譯好的程序執行，不會誤動作，從而確保了整個系統的穩定性。而且，超精度機械加工技術實際動作的原理，是依靠中央控制芯片在接收到傳感器的信號之后，產生相應的輸出信號，兩個輸出信號是相互獨立的，不會產生干擾，從而實現了整個控制系統的穩定性[1]。

1.2工作效率高

超精度機械加工技術采用的是順序邏輯掃描法，也就是說，無論整個超精度機械加工技術內部編譯了多少條程序，超精度機械加工技術在實際掃描的過程之中都會從第一條逐條開始掃描，并一直循環下去，實際超精度機械加工技術掃描一條指令的時間在0.02ms左右，所以，整個系統運行的速度非常快，當相應的輸出指令滿足條件的時候，設備就會按照超精度機械加工技術輸出指令執行相應的動作[2]。

1.3自動化程度高

自動化程度高，也是超精度機械加工技術應用在機械加工改造工作中的一個主要優勢，由于超精度機械加工技術屬于邏輯控制，所有的指令都是根據是否滿足所有條件而選擇觸發的，當相應的加工步驟完畢之后，系統就會觸發機械觸手或者切割刀，觸發下一個相應的機械設備動作，然后在加工完成之后，將加工成型的機械元件導出生產流水線，整個生產過程節省了大量的人力資源，而且有效的提高了整個生產流水線的工作效率，以及實際生產機械產品的質量。

2基礎技術淺析

2.1高精度元件

機床的精密程度是決定超精度機械加工質量的重要因素，而在機床之中，軸承以及滑動工作臺的質量又決定著整個機床的質量。其中，目前我國主要使用的軸承有兩類，一種是靜壓空氣軸承，另外一種是液壓軸承，兩種軸承的精度都較好，比一般的軸承具有更高的靈敏度，而且軸承的剛度也能夠達到每納米100到1000牛頓力，可以確保加工機械元件期間的穩定性。而滑動工作臺目前使用最為廣泛的是牽引驅動式工作臺，該工作臺具有更好的靈活性，以及更短的反應時間。除此以外，在傳感器的選擇方面，主要使用到的是熱偶傳感器。當導體兩端的兩個不同的材料結合成一個電路，當兩個點在不同的溫度下，回路會產生電動勢，這種現象就是熱電效應。熱電偶就是根據這個原理對溫度進行測量的，其中，直接被于檢測介質溫度的一端稱為工作端（也叫做測量端），還有一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示設備或配套儀表相連，熱電偶所產生的熱電勢會在顯示設備上顯示出來。熱電偶本質是能夠將能量轉換工具，采用熱電偶所產生的熱電勢來檢測溫度，能夠把熱能轉變為電能，對于熱電偶的熱電勢，需嚴格注意以下問題：1）工作端的兩端部溫度函數之差被成為熱電勢，而熱電偶冷端與工作端這兩端溫度差的函數并不是熱電勢；2）熱電勢的大小，當熱電偶有均勻的材料時，熱電偶的長度和粗細不會影響電熱偶的大小，僅和熱電偶材料的構成和兩端的溫差有關。

2.2測量技術

隨著科技的進步，超精度測量技術的種類也逐漸增多，其中主要的測量技術有：（1）激光干涉：基于激光干涉原理的測量儀器，其測量精度可以達到10納米級，從而可以準確的檢測出所加工的機械元件的精度，同時還能夠控制機床動作的精度；（2）伺服探測：主要通過一個非接觸式的探測儀器，對所加工機械元件的表面進行檢測，當檢測到所加工機械元件表面的精度沒有達到工藝要求的時候，機會觸發提示信號。（3）電子顯微鏡：使用電子顯微鏡測量所加工機械元件的精度，主要利用的是反射電子信號的形式。在實際測量的過程中，電子顯微鏡的面分辨率為0.2納米，而垂直分辨率為0.01納米，可以實現良好的檢測功能。

3主要發展方向淺析

將超精密機械加工技術融入到相應的機械加工時，要切實保障超精密機械加工系統的穩定性以及可靠性。通過超精密機械加工設備加工出來的，統一批次的機械元件，各個元件之間的質量誤差要控制在0.05%以內。而且在實際使用機械設備的時候，要在縮減人力資源成本的同時，提高機械元件的質量，使機械元件的效率得到切實的保證。

就超精密機械加工的技術層面而言，主要是在以下的幾個方面發展：首先，是對整臺設備所有執行元件（切割刀、傳感器、機械觸手）的高度集成，就是在整個設備的內部，將所有的執行元件整合到一個大的網絡環境之內，通過有線網絡通信技術，將所有的執行元件都連接在一起，并對所有的執行元件的實時數據進行采集工作，該項工作最大的難點就在于對所有執行元件的連接工作，在現實的網絡環境以及技術之下，需要優化算法，以及傳輸方式，才能建立出滿足所有執行元件的局域網。

其次，是對機械加工軟件系統的設計工作，不同于人工機械加工，超精密機械加工是通過前端超精密機械加工檢測設備和后臺的超精密機械加工軟件協同作用得出的結果，軟件只會根據設計者編寫出來的程序去執行指令，不會自主化運行，所以，需要相應的產品設計者充分考慮，整合影響機械加工質量以及精度的所有因素，再匯總，進行軟件程序的編寫，這樣做，能夠在實際的使用過程之中，縮減人力資源成本的同時，提高所有加工得到的機械元件的質量，使機械加工設備的效率得到切實的保證。

最后，在實際安裝機械加工設備的過程之中，最為主要的工作內容就是將所設計好的機械加工控制系統和機械設備進行對接。一些智能化機械設備的零件，由于廠家的原因，會存在有一定的差異，所以在編寫程序的過程之中，要考慮到兼容性的問題，使所編寫的軟件程序和所有的智能機械器械都能形成高度的契合。從而能夠切實提高整臺超精密機械加工設備的質量，不會因為設備不兼容而影響到超精密機械加工技術的效率和準確度。

結束語

超精密機械加工技術的研究，對于推動我國機械加工行業發展有著至關重要的作用，通過超精密機械加工的應用，可以大幅的提升機械加工的穩定性和準確度。在實際發展超精密機械加工技術的時候，首先要從硬件入手，通過不斷的探索和研究，找到可以替代原有切割材料的物質，從而進一步提升機械加工的精度。其次，要從軟件以及設備的管理系統入手，對設備的自動化控制系統進行優化，增加位置傳感器，以及加工設備機械關節的數量，從而進一步提高加工設備的靈敏度。最后，要從操作工人的作業能力入手，建立完善的技能培訓體制，不斷提高每一位操作工人的技能水平。

參考文獻

[1]于霖，趙繼亮，荀飛. 超精密機械加工技術及其發展趨勢[J]. 中國設備工程，2017（19）.

[2] 徐昌語，劉勇，張建明，等. 直線電機在超精密加工技術中的應用和發展[J]. 航空精密制造技術，2009，45（4）：13-16..

[3]楊天博. 鐵芯式直線電機定位力擾動的模型辨識與補償方法[D]. 哈爾濱工業大學，2014.

[4]張彥龍，趙飛，張馳，et al. 基于位置域頻率和相位辨識的永磁直線電機推力波動抑制技術研究？ [J]. 組合機床與自動化加工技術，2016（3）.

作者簡介：王軍（1981—），男，漢族，四川宜賓人，大學本科，工程師，主要從事加工技術工作。

（作者單位：四川省宜賓普什驅動有限責任公司）