20世紀(jì)60年代初隨著航天技術(shù)的發(fā)展，精密超精密加工技術(shù)在美國首先被提出并由于得到了政府和軍方的財(cái)政支持而迅速發(fā)展，70年代日本也成立了超精密加工技術(shù)委員會并制定了相應(yīng)發(fā)展規(guī)劃，將該技術(shù)列入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，經(jīng)過多年的發(fā)展，日本在民用光學(xué)、電子及信息產(chǎn)品等產(chǎn)業(yè)處于世界領(lǐng)先地位。近年來美國開始實(shí)施“微米和納米級技術(shù)”國家關(guān)鍵技術(shù)計(jì)劃，國防部成立了特別委員會，統(tǒng)一協(xié)調(diào)研究工作。美國勞倫斯利佛摩爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）、摩爾（Moore）公司等在國際超精密加工技術(shù)領(lǐng)域久負(fù)盛名。日本相關(guān)機(jī)構(gòu)重點(diǎn)開發(fā)民用產(chǎn)品所需的超精密加工設(shè)備及工藝，相機(jī)、電視、復(fù)印機(jī)、投影儀等民用光學(xué)行業(yè)的快速發(fā)展與其先進(jìn)的超精密加工技術(shù)有著直接的關(guān)系，德國和瑞士也以生產(chǎn)精密加工及檢測設(shè)備聞名于世。從2000年開始，美國和歐洲開始實(shí)施納米制造技術(shù)研究和開發(fā)技術(shù)，進(jìn)一步加強(qiáng)和推動了超精密加工技術(shù)的發(fā)展。

       國內(nèi)真正系統(tǒng)提出超精密加工技術(shù)這一概念是從20世紀(jì)80年代，來源于航空、航天等軍工行業(yè)對高精度零件的需求。其發(fā)展的里程碑是非球面零件超精密加工設(shè)備的研制成功，該設(shè)備在這之前只有美國、日本及西歐等少數(shù)國家能夠生產(chǎn)，國內(nèi)引進(jìn)受到嚴(yán)格限制而且價(jià)格昂貴。到“九五”末期，國內(nèi)多家單位陸續(xù)研制成功，徹底打破了國外的技術(shù)封鎖。隨著國內(nèi)超精密加工設(shè)備及工藝方面的迅速發(fā)展，超精密加工技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也從軍工行業(yè)擴(kuò)展到民用行業(yè)。

精密超精密加工技術(shù)的重要作用

       精密超精密加工技術(shù)可促進(jìn)現(xiàn)代基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展。美國航空航天局為了驗(yàn)證愛因斯坦廣義相對論的重力場彎曲效應(yīng)和慣性系拖曳效應(yīng)兩項(xiàng)預(yù)言，從1963年開始計(jì)劃，但直到2004年才發(fā)射了一個(gè)利用高精度陀螺儀的測量裝置——引力探測器，用于檢測地球重力對周圍時(shí)空影響。其中陀螺儀的核心部件——石英轉(zhuǎn)子（38.1毫米）的真球度達(dá)到了7.6納米，若將該轉(zhuǎn)子放大到地球的尺寸，要求地球表面波峰波谷誤差僅為2.4米，如此高的加工精度可以說將超精密加工技術(shù)發(fā)揮到了極限。

       精密超精密加工技術(shù)是現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。交通、能源、信息、生物醫(yī)藥等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)國內(nèi)還沒有真正掌握，關(guān)鍵設(shè)備或零部件仍然依賴進(jìn)口，如國內(nèi)生產(chǎn)的高性能軸承由于材料、工藝等方面的原因，壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。近年國內(nèi)開始研究的抗疲勞制造技術(shù)則是以被加工件的抗疲勞強(qiáng)度及疲勞壽命為判據(jù)，其中的核心技術(shù)之一是精密超精密磨削拋光工藝。

       精密超精密加工技術(shù)是現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭的重要技術(shù)支撐。超精密加工技術(shù)對國防武器裝備的發(fā)展具有重大影響，掌握超精密加工技術(shù)并具備相應(yīng)的生產(chǎn)能力是國防工業(yè)涉入現(xiàn)代國防科技和武器裝備尖端技術(shù)領(lǐng)域的必要手段，上世紀(jì)90年代初，美國就將其列為21項(xiàng)美國國防關(guān)鍵技術(shù)之一。如武器裝備成像和制導(dǎo)等關(guān)鍵元部件的精度決定了精確打擊、超視距攻擊的能力，噴嘴及葉片等的精密加工及檢測則會影響航空發(fā)動機(jī)的性能。

       精密超精密加工技術(shù)是衡量國家制造水平高低的重要標(biāo)志。制造技術(shù)不斷追求的目標(biāo)是質(zhì)量和效率，其中質(zhì)量就是精度和性能。歐美等國精密超精密加工技術(shù)具有很高的水平，同時(shí)這些國家的制造業(yè)水平在全球處于絕對領(lǐng)先地位，而我國近些年來由于國家的重視，制造業(yè)有了長足的進(jìn)步，但是目前還只能被稱作制造大國，為了向制造強(qiáng)國邁進(jìn)，在關(guān)注智能化制造的同時(shí)也應(yīng)重視精密超精密加工等基礎(chǔ)技術(shù)水平的提升。

精密超精密加工技術(shù)的發(fā)展趨勢

       超精密加工技術(shù)基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)還需進(jìn)一步不斷發(fā)展。超精密加工技術(shù)基礎(chǔ)理論是指在超精密加工過程的基本規(guī)律和現(xiàn)象的描述。例如，超精密加工工藝系統(tǒng)在力、熱、電、磁、氣等多物理量/場復(fù)雜耦合下的作用機(jī)理以及系統(tǒng)的動態(tài)特性、動態(tài)精度及穩(wěn)定性如何保證等都需要得到新理論的支持。利用分子動力學(xué)仿真技術(shù)研究納米級機(jī)械加工過程，可描述原子尺寸、瞬態(tài)的切削過程，在一定程度上反映了材料的微觀去除機(jī)理，但這一切還有待于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。被加工材料和工藝方法也在不斷擴(kuò)展。隨著導(dǎo)彈飛行速度的增加，對頭罩材料的耐磨性和耐高溫性要求提高，頭罩材料已從紅外向藍(lán)寶石乃至金剛石發(fā)展，形狀也從球形向非球面乃至自由曲面發(fā)展，這對超精密加工設(shè)備、工藝及檢測技術(shù)提出了新的要求。抗疲勞制造技術(shù)要求控制工件表層及亞表層的損傷及組織結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀態(tài)等參數(shù)，為超精密加工技術(shù)提出了新的發(fā)展方向。微納結(jié)構(gòu)功能表面的超精密加工技術(shù)得到重視。微結(jié)構(gòu)功能表面具有特定的拓?fù)湫螤睿?結(jié)構(gòu)尺寸一般為10~100微米，面形精度小于0.1微米，其表面微結(jié)構(gòu)具有紋理結(jié)構(gòu)規(guī)則、高深寬比、幾何特性確定等特點(diǎn)，如凹槽陣列、微透鏡陣列、金字塔陣列結(jié)構(gòu)等，這些表面微結(jié)構(gòu)使得元件具有某些特定的功能，可以傳遞材料的物理、化學(xué)性能等，如粘附性、摩擦性、潤滑性、耐磨損性，或者具備特定的光學(xué)性能等。例如，在航空、航天飛行器宏觀表面加工出微納結(jié)構(gòu)形成功能性表面，不僅可以減小飛行器的風(fēng)阻、摩阻，還可以避免結(jié)冰層形成，提高空氣動力學(xué)和熱力學(xué)功能，從而達(dá)到增速、增程、降噪等目的，同時(shí)表面特定的微結(jié)構(gòu)特征還能起到隱身功能，增強(qiáng)突防能力。未來零部件將會增加一項(xiàng)功能表面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造，通過在零件表面設(shè)計(jì)和加工不同形狀的微結(jié)構(gòu)，從而提高零部件力學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、升學(xué)等功能，這將是微納制造的重要應(yīng)用領(lǐng)域，2006年成立的國際納米制造學(xué)會經(jīng)專家討論并認(rèn)為，納米制造中的核心技術(shù)將從目前以MEMS技術(shù)逐步轉(zhuǎn)向超精密加工技術(shù)。

       超精密加工開始追求高效。超精密加工技術(shù)發(fā)展之初是為了保證一些關(guān)鍵零部件的最終精度，所以當(dāng)初并不是以加工效率為目標(biāo)，更多關(guān)注的是精度和表面質(zhì)量。但是隨著零件尺寸的進(jìn)一步加工增大和數(shù)量的增多，例如，激光核聚變點(diǎn)火裝置需要7000多塊400毫米見方的KDP晶體，如果沒有高效超精密加工工藝，加工時(shí)間無法想象。

       超精密加工技術(shù)將向極致方向發(fā)展。大到10米口徑的天文望遠(yuǎn)鏡反射鏡、小到數(shù)微米的微結(jié)構(gòu)特征的加工都需要超精密加工設(shè)備及工藝的支持，自由曲面光學(xué)曲面精度要求高、形狀復(fù)雜，有的甚至無法用方程表示，但由于其具有卓越的光學(xué)性能近年來應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其設(shè)計(jì)、制造及檢測等技術(shù)還有待于進(jìn)一步發(fā)展。超精密加工技術(shù)正向極大零件的極高精度、極小零件及特征的極高精度、極復(fù)雜環(huán)境下的極高精度、極復(fù)雜結(jié)構(gòu)的極高精度等極致方向發(fā)展。

       超精密加工技術(shù)將向超精密制造技術(shù)發(fā)展。超精密加工技術(shù)發(fā)展之初是為提高零件的精度和表面質(zhì)量，通常用于最終工序。隨著產(chǎn)品要求的提高，某些零部件整個(gè)制造過程或整個(gè)產(chǎn)品的研制過程都涵蓋了“超精密”的概念。例如，隨著高精度慣性傳感器結(jié)構(gòu)的微小型化、尺寸及形位精度的亞微米化，微小結(jié)構(gòu)零組件裝夾、定位、找正的精細(xì)化，刀具的小型化、尺寸測量顯微化，微小結(jié)構(gòu)零組件加工和裝配工藝等一系列技術(shù)難題要求建立系統(tǒng)的超精密微細(xì)加工設(shè)備及工藝、微細(xì)測量、組裝工藝技術(shù)平臺，實(shí)現(xiàn)由單工序的超精密加工向全過程的超精密制造的演變。

       大到天體望遠(yuǎn)鏡的透鏡，小到大規(guī)模集成電路等微納米尺寸及特征零件的制造，超精密加工技術(shù)從發(fā)展之初一直面臨著不斷的挑戰(zhàn)。當(dāng)前精密超精密加工技術(shù)在不斷研究新理論、新工藝以及新方法的同時(shí)，將向著高效、極致等方向發(fā)展，并貫穿零部件整個(gè)制造過程或整個(gè)產(chǎn)品的研制過程，向精密超精密制造技術(shù)發(fā)展。隨著我國精密超精密加工等基礎(chǔ)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，將為智能制造技術(shù)奠定基礎(chǔ)，最終實(shí)現(xiàn)從制造大國向制造強(qiáng)國的飛躍。