跟着航空航天、慎密仪器、光学和激光身手的急速进展，以及人制卫星式样负责和遥测器件、光刻和硅片加工设置等各式高精度平面、曲面和繁复式样零件的加工需求日益紧迫，超慎密加工的行使边界日益伸张。它的特性是能够直接加工出具有纳米级外观光洁度和亚微米级形面精度的外观，借以达成各式优化的、高成像质地的光学体例，并促使光学电子设置的小型化、阵列化和集成化。

　　跟着航空航天、汽车等工业的身手进展和环保条件的延续普及，对零件的加工精度和工艺条件也越来越高。以满意欧盟Ⅴ尾气排放条件的柴油带动机为例，燃油喷射阀门（图1）须要正在每一冲程内神速开闭5~8次，而阀门往还行程仅20μm，对阀门的气密性和动态特征的条件很高，从而对其加工精度的条件也大大普及。

　　为了满意上述条件，对这些零件的加工精度条件很高，高出了通常慎密加工机床能够到达的条件。只管超慎密加工机床能够到达所需的精度，但因为超慎密加工对机床的床身、导轨、主轴的迥殊机合，使该类机床不光价钱兴奋，也有行程偏小、切削效劳低、装夹年光长等错误，难以满意尺寸较大工件的巨额量出产须要。

　　高精度加工机床是对应上述加工条件的机床。高慎密加工的慎密度级别介乎慎密加工与超慎密加工之间，如外1 所示。

　　高精度加工正在界说上的一个特性是除了公差边界以外，也同时切磋零件尺寸巨细和批量。加工巨额量零件时连结5μm 的公差，加工彼此配合的两个零件时连结2μm 的公差，或用小直径的立铣刀正在定位精度为0.3μm 的机床前进行加工等，都属于高慎密加工的周围。也即是说，零件尺寸和工件批量决议了某些特定公差达成的难度。

　　为了达成较高精度的切削运动，高慎密加工机床的运动负责普通采用较高级此外成效部件。

　　正在导轨和轴承方面，因为高精度加工须要达成高精度和稳固的定位运动、轨迹运动和细微间隔运动，因而高精度加工机床采用静压丝杠和静压导轨较为常睹。其它，高慎密加工机床的电主轴也可选取动压或静压轴承的计划，以同时达成支承和冷却成效，并普及主轴的刚度和阻尼职能。

　　正在场所负责方面，因为慎密丈量是负责高精度加工的条件，要保障机床的运动到达须要的精度级别，其电子尺的丈量精度必要高1~2 个数目级。目前高精度加工机床通常采用阔别率达0.05~0.1μm 的玻璃光栅。机床的加工精度、光洁度和刀具寿命与机床的刚性成正比，因而高精度加工机床更加着重床身的安排和资料采取。

　　以瑞士DIXI 公司的JIG 系列坐标镗床为例，其床肉体料为球墨铸铁，进程有限元阐述优化后，床身的静态刚度达120N/μm，比通常数控机床高3 倍，高频动态刚度比通常机床高2~3 倍。其它，JIG 系列机床的床身采用三点维持，并将刀库、电气柜、托盘换取装配等周边体例与床名望离，此举除能够简化机床安设以外，另有普及机床不乱性、消重床身颤动的感化。

　　普及机床刚性的另一种途径是运用人制花岗石资料浇注的床身。以德邦KERN 公司的Pyramid Nano机床为例，该机床采用了KERN 公司专有的Armorith 人制花岗石资料（图2 中灰色展现Armorith 人制花岗石资料，蓝色展现金属部件），与球墨铸铁比拟，Armorith 资料的阻尼职能高10 倍，热导率低50%，热膨胀系数也较低。不乱的温度及战栗阻尼基座使Pyramid Nano 机床能够加工出光洁度尽头高的外观。其它，Armorith资料具有尽头高的密度，2t 重的机身仅占2.5m2 车间面积。

　　机床运转时形成的热量所形成的热变形对加工精度会形成宏大的影响。超慎密机床因为机床的总质地远高于所切削的资料，况且单元年光的切削量少，因而，只须要维护机床所处境况的温度恒定，即可避免热变形的题目。但是，高精度机床的运用前提是中批量和巨额量出产，条件高速率、大切削量的加工，机床的工件、刀具、丝杠、主轴等部件正在加工历程中将形成可观的热量，必需正在机床安排上加以详细切磋。

　　以DIXI 的JIG 系列坐标镗床为例，为了负责热变形，正在机床7 处合键热源扶植了温度负责点, 其散布如图3 所示。

　　图中的负责点别离是：①滚珠螺母；②丝杠轴承；③主轴轴承和电机；④ B、C 轴直接驱动电机；⑤电气柜；⑥液压体例；⑦冷却轮回体例。同时正在各个热源都安排了独立的冷却轮回回途并预备好遍地热源的发烧量。正在机床做事岁月，冷却液轮回体例依据各个热源的发烧量供应比室温低2℃的冷却液。确保每各个轮回回途都供应稍大于热源发烧量的冷却量，以连结机床的热变形正在应允边界之内。

　　因为刀具正在切削历程中的热变形无法齐备避免，机床的数控体例能够对刀具惹起的Z 轴偏差作出积累。结果，必需指出的是，除了前辈成效部件和身手以外，超慎密机床的缔制也离不开古代工艺，比如，安装1 台超慎密机床须要高达数百小时的刮研做事量。

　　超慎密加工是指尺寸精度正在100nm 以内的加工身手。跟着航空航天、慎密仪器、光学和激光身手的急速进展，以及人制卫星式样负责和遥测器件、光刻和硅片加工设置等各式高精度平面、曲面和繁复式样零件的加工需求日益紧迫，超慎密加工的行使边界日益伸张。它的特性是能够直接加工出具有纳米级外观光洁度和亚微米级形面精度的外观，借以达成各式优化的、高成像质地的光学体例，并促使光学电子设置的小型化、阵列化和集成化。

　　近年来，超慎密加工开首从高身手设备缔制规模走向消费品出产规模。行使最为通常的是各式电子产物中的塑料成像镜头，如手机和数码相机镜头、光盘读取镜头、人工晶体等。同时，也开首用于各式自正在曲面光学零件、微透镜阵列、渐进式镜片、菲涅尔透镜、微沟槽阵列等各式光束照料镜片的加工。与成像镜头比拟，光束照料器件具有更为繁复的形面。若干模范的光学器件如图4 所示。

　　其它，为了普及光束照料器件的加工效劳，涌现了出若干新的加工身手，如刀具法向成型车削、飞刀切削、慢刀伺服车削等。

　　单晶金刚石车削是最早涌现的超慎密加工工艺。单晶金刚石刀具是采用单晶金刚石缔制的尺寸很小的切削刀具，因为其刀尖半径能够小于0.1μm，工件加工后的外观粗疏度可达纳米级。因而能正在硬资料上直接切削出具有极光洁的外观和超高精度的细微三维特点，合用于塑料镜头注塑模模芯、铝合金反射镜以及有机玻璃透镜等零件的加工。美邦Moore Nanotechnology System 公司的450UPL 型超慎密车床的外观如图5所示。

　　平淡，单晶金刚石车削加工只对X 轴和Z 轴实行轨迹负责，固然外面上能够正在一次车削历程中能够加工展转体的端面和外里成形外观，但因为刀具机合的束缚，正在加工LED 准直镜等落差较大的成形外观时，刀具与镜面会爆发插手，往往无法一次实行一切镜面的车削。

　　为明了决这类光学器件的加工，开垦了刀具法向成形加工形式。将刀架安设正在展转B 轴上，机床对X、Z、B 轴同时实行负责，使刀具正在车削历程中永远连结刀尖与工件曲面的法线重合，一 次实行一切镜面的车削，如图6 所示。

　　除了展转对称的镜片外，各式波导器件正在产物上的行使也越来越众，波导器件是一种领导和桎梏光撒布旅途和对象的光学器件。条形波导器件特性是镜面曲率大、式样狭长，采用通常车削加工的效劳低况且加工边界受车床的主轴展转半径束缚。飞刀切削（Fly-cutting）是正在超慎密车床的根蒂上，通过改观刀具和工件的装夹步骤，普及大曲率狭长工件切削效劳的加工形式。它的道理是将刀具径向安设正在圆柱形的刀盘前端上，再将刀盘安设正在车床主轴上随主轴高速挽救，故称为“飞刀”。工件则安设正在做事台上随做事台实行直线进给，从而达成切削历程。条形波导器件和飞刀切削历程如图7所示。

　　当一条刀具轨迹实行后，“飞刀”跟着主轴沿切削间距对象挪动必然间隔，转为另一条轨迹的加工。因为刀具每挽救一周，刀具与工件只接触一次，加工效劳较量低，因而以飞刀切削滑润曲面时，通常采用聚晶金刚石资料的圆弧刀刃车刀来代替单晶金刚石尖刀，以尽量增大切削间距，同时普及主轴转速，以普及加工效劳。

　　刀切削的另一种用处是加器材有微机合阵列的光学器件。微机合外观是指具有特定成效的细微外观拓扑式样，形面精度达亚微米级的外观。如微机合阵列光学器件、菲涅尔透镜、衍射光学元件、梯度折射率透镜、闪动光栅、众棱镜等，模范的金字塔微机合如图8所示。

　　因为微机合阵列光学元件能大大普及光学器件的深宽比，有利于产物的小型化。用飞刀切削加工微机合阵列的道理是正在一切面上实行一个对象的加工后，依据要加工的微机合式样的须要将工件转动必然的角度再实行另一个对象的加工，直到加工出所须要的线性槽微机合、由众条订交线构成的微槽机合阵列，反复性的棱柱矩阵、金字塔矩阵等。

　　飞刀铣削固然能够加工一面微机合，但飞刀加工时工件的安设与调度较量贫窭，加工面形依旧受刀具尺寸的影响。其它，非几何式样的反光罩、正弦相位板等具有自正在曲面阵列的光学器件，因为其微机合的摆列为非订交线构成，难以采用飞刀切削加工。

　　慢刀伺服和疾刀伺服车削是近年进展较量疾的超慎密加工身手，这2种身手均能明显普及微机合阵列和自正在曲面光学器件的加工效劳。

　　慢刀伺服（Slow Tool Servo）车削是对车床主轴与Z 轴均实行负责，使机床主轴酿成场所可控的C 轴，机床的X、Z、C 三轴正在空间组成了柱坐标系，同时，高职能和高编程阔别率的数控体例将繁复面形零件的三维笛卡尔坐标转化为极坐标，并对通盘运动轴发送插补进给指令，正确妥洽主轴和刀具的相对运动，达成对繁复面形零件的车削加工。

　　慢刀伺服车削Z 轴和X 轴往往同时作正弦往还运动，须要众轴插补联动，如图9 所示。

　　因而，正在加工前须要对零件面形实行众轴妥洽阐述，进而确定刀具旅途和刀具积累。其它，慢刀伺服受机床滑座惯性和及电动机反响速率影响较大，机床动态反响速率较低，适合加工面形络续况且较大的繁复光学器件。

　　疾刀伺服车削与慢刀伺服的区别正在于：将被加工的繁复形面阐明为展转形面和形面上的微机合，然后将两者叠加。

　　由X 轴和Z 轴进给达成展转形面的轨迹运动，对车床主轴只实行场所检测并不实行轨迹负责。借助安设正在Z 轴但独立于车床数控体例以外的冗余运动轴来驱动刀具，实行车削微机合形面所需的Z 轴运动。这种加工步骤具有高频响、高刚度、高定位精度的特性。

　　疾刀伺服是一套伺服负责的刀架及其负责体例，金刚石刀具正在压电陶瓷驱动下能够实行Z 轴的往还运动。负责体例正在及时搜集主轴角度信号的根蒂上，及时发出负责量，负责刀具及时微进给，从而达成刀具跟踪工件面形的流动变革，如图10所示。

　　疾刀伺服正在加工前仅需对零件面形实行正确预备，天生能外征零件面形的数据文献。其它，疾刀伺服体例的运动频响高、行程惟有数毫米，更适于加工面形突变或不络续、有限行程内的细微机合。

　　跟着太空探测、卫星通讯和能源身手的进展，超慎密加工身手的行使边界正正在快速伸张。比如，具有宏大的家当、经济、科技和社会效应的太阳能诈欺和半导体照明等政策性新兴家当都离不开超慎密加工身手的维持。因而，超慎密加工已成为权衡一个邦度缔制科技秤谌的首要符号。

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