淺析超精密微機(jī)械制造技術(shù)研究進(jìn)展

王冠明

（季華實(shí)驗(yàn)室，廣東 佛山 528200）

航空航天、生物工程、國(guó)防工業(yè)、顯示裝備等產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，對(duì)于設(shè)備模組的加工精度有著嚴(yán)格的要求，通過(guò)加工精度的保證，使得模組構(gòu)件聯(lián)動(dòng)能力更強(qiáng)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的成效更明顯?；谶@種認(rèn)知，研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)超精密微機(jī)械制造技術(shù)，對(duì)設(shè)備模組的結(jié)構(gòu)參數(shù)等，按要求開(kāi)展加工制備工作，以實(shí)現(xiàn)加工精度的穩(wěn)步提升，更好地推動(dòng)制造產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，打造成熟、高效的機(jī)械設(shè)備加工技術(shù)體系。

1 超精密微機(jī)械制造技術(shù)概述

對(duì)超精密微機(jī)械制造技術(shù)內(nèi)涵的梳理，有助于技術(shù)人員在思維方面形成正確的認(rèn)知，準(zhǔn)確把握不同領(lǐng)域下，超精密微機(jī)械制造技術(shù)的應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)超精密微機(jī)械制造技術(shù)的合理化應(yīng)用。超精密微機(jī)械制造技術(shù)作為成熟的技術(shù)體系，與傳統(tǒng)的制造技術(shù)有著明顯的差異，其在加工對(duì)象、精細(xì)度等方面有著更嚴(yán)格的要求?，F(xiàn)階段，超精密微機(jī)械制造技術(shù)主要基于10納米到10微米的尺寸材料，開(kāi)展材料的制造與加工。例如，在國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域，借助超精密微機(jī)械制造技術(shù)，工作人員可以快速完成彈藥引信、微型傳感器、光學(xué)元件等核心部件的加工。借助超精密微機(jī)械制造技術(shù)，不僅可以大幅度提升機(jī)械設(shè)備的零部件加工能力，降低零部件加工制備差錯(cuò)，避免額外費(fèi)用的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)加工成本的管控。并且在超精密微機(jī)械制造技術(shù)的支持下，推動(dòng)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)加工能力的升級(jí)，對(duì)我國(guó)加工制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了堅(jiān)定的技術(shù)支撐。

2 國(guó)內(nèi)外超精密微機(jī)械制造研究進(jìn)展

為更好地明確國(guó)內(nèi)外超精密微機(jī)械制造研究的進(jìn)展情況，總結(jié)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，工作人員應(yīng)當(dāng)細(xì)致歸納，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外超精密微機(jī)械制造技術(shù)研究的進(jìn)展情況，通過(guò)思路的把握與明確，明確超精密微機(jī)械制造的發(fā)展方向，旨在推動(dòng)超精密微機(jī)械制造技術(shù)的創(chuàng)新性發(fā)展，以更好地提升超精密微機(jī)械制造技術(shù)的實(shí)用性，持續(xù)提升超精密微機(jī)械制造技術(shù)的可操作性，為后續(xù)技術(shù)的創(chuàng)新與升級(jí)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

隨著航空航天、國(guó)防工業(yè)、微電子產(chǎn)業(yè)以及生物工程的快速發(fā)展，呈現(xiàn)出微型化、精細(xì)化的態(tài)勢(shì)，微小三維組件的使用數(shù)量呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，特形化的結(jié)構(gòu)、特殊的材質(zhì)，使得原有的加工制造技術(shù)方案越來(lái)越難以滿足實(shí)際的使用需求。超精密微機(jī)械制造技術(shù)在很大程度上適應(yīng)了現(xiàn)階段精細(xì)化加工的相關(guān)要求，由于其技術(shù)價(jià)值，微制造技術(shù)被稱為20世紀(jì)十大關(guān)鍵技術(shù)，超精密微機(jī)械制造技術(shù)植根于微制造技術(shù)，通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)性能優(yōu)化，穩(wěn)步強(qiáng)化制造環(huán)節(jié)的精細(xì)度、靈活度等。日本、美國(guó)以及德國(guó)等國(guó)家投入大量資源，組織專業(yè)研發(fā)隊(duì)伍，開(kāi)展超精密微機(jī)械制造技術(shù)的研發(fā)工作，并取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。例如，日本在2000年，由國(guó)家主導(dǎo)，投入250億日元，進(jìn)行各類超精密微機(jī)械加工設(shè)備的研發(fā)；德國(guó)在2004年依托歐盟，制定了跨國(guó)性的超精密微機(jī)械制造技術(shù)研發(fā)計(jì)劃，先后投入15億歐元，對(duì)超精密微機(jī)械制造加工技術(shù)進(jìn)行升級(jí)。日本經(jīng)過(guò)年多的技術(shù)深耕，在3D復(fù)雜曲面超精密微機(jī)械制造加工領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，依托合理的技術(shù)處理方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)淬火鋼、硬鋁材料等微小零部件的切削處理，不僅加工精度高，并且加工周期較短，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備加工成效的提升。德國(guó)阿亨工業(yè)大學(xué)與大眾等汽車企業(yè)合作，試制轉(zhuǎn)速達(dá)到160000rpm的超精密微小銑床，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微小型零件部件的快速加工。這種制造加工設(shè)備有效解決了以往微小零部件加工過(guò)程出現(xiàn)的壞損率高、制造周期長(zhǎng)等問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了技術(shù)的迭代升級(jí)，形成了具有較強(qiáng)實(shí)用性的超精密微機(jī)械加工系統(tǒng)。近年來(lái)，我國(guó)也逐步認(rèn)識(shí)到超精密微機(jī)械制造技術(shù)的重要性，制定了相應(yīng)的技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，整合人力資源、物力資源，實(shí)現(xiàn)了超精密微機(jī)械制造技術(shù)的跨越式發(fā)展。例如，哈爾濱大學(xué)精密工程研究所在2007年，研制出微小型超精密三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床，這種新型銑床轉(zhuǎn)速控制精度較高，可以實(shí)現(xiàn)有效的加工區(qū)域定位。在外國(guó)進(jìn)口刀具的支持下，可以實(shí)現(xiàn)0.15毫米寬度的切割。與日本、德國(guó)等國(guó)家的技術(shù)差距逐步縮小。但是，必須清楚地認(rèn)識(shí)到，國(guó)內(nèi)超精密微機(jī)械制造技術(shù)暴露出一定的短板，例如，超精密微機(jī)械制造設(shè)備盡管開(kāi)展了相應(yīng)的技術(shù)升級(jí)，但是，設(shè)備整體加工精準(zhǔn)度不高，加工誤差難以得到有效控制。同時(shí)相關(guān)配套設(shè)施不完備，對(duì)于制造過(guò)程中涉及的裝夾具、刀具等配套組件，在很大程度上，對(duì)外依賴較為嚴(yán)重，國(guó)產(chǎn)化水平相對(duì)較低。即便部分國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了相應(yīng)的研發(fā)、生產(chǎn)的嘗試，但是，設(shè)備參數(shù)管控水平不佳，生產(chǎn)流程的可控性不強(qiáng)，無(wú)法真正滿足實(shí)際的設(shè)備加工與使用需求?；趪?guó)內(nèi)外超精密微機(jī)械制造技術(shù)的研究現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)著眼于實(shí)際，統(tǒng)籌考量，綜合分析，采取系統(tǒng)性舉措，有針對(duì)性地推動(dòng)超精密微機(jī)械制備技術(shù)的創(chuàng)新、研發(fā)以及升級(jí)，以保證超精密微機(jī)械制造技術(shù)的先進(jìn)性。

3 超精密微機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

超精密微機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，要求研發(fā)團(tuán)隊(duì)、技術(shù)人員從實(shí)際出發(fā)，通過(guò)對(duì)超精密微機(jī)械制造技術(shù)內(nèi)含的把握、研究現(xiàn)狀的梳理，逐步明確超精密微機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展趨向，對(duì)于技術(shù)的升級(jí)有著極大的裨益，避免超精密微機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展的盲目性。

3.1 超精密微機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展方向

超精密微機(jī)械制造技術(shù)在微小尺寸零部件的加工過(guò)程中，具有較強(qiáng)的可操作性。日本、德國(guó)等國(guó)家經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)深耕，在超精密微機(jī)械制造技術(shù)的研發(fā)、升級(jí)方面取得了巨大的優(yōu)勢(shì)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，尤其在部分關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的實(shí)用化。例如，目前較為成熟的微小零部件加工演示系統(tǒng)，其可以較好地滿足微小零部件的加工要求，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械制造的精細(xì)化。我國(guó)的超精密微機(jī)械制造技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中，著眼于與國(guó)外技術(shù)的差距，制定細(xì)致、全面的技術(shù)研發(fā)計(jì)劃，針對(duì)于超精密微機(jī)械制造理論、加工技術(shù)方案等領(lǐng)域，加大研究的力度，通過(guò)這種手段，持續(xù)提升超精密微機(jī)械制造技術(shù)體系的系統(tǒng)化與完備化，以實(shí)現(xiàn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮，促進(jìn)超精密微機(jī)械制造技術(shù)體系在實(shí)踐領(lǐng)域中的應(yīng)用，切實(shí)滿足航空航天、軍工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展訴求。

3.2 超精密微機(jī)械切削技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

切削技術(shù)作為超精密微機(jī)械體系的重要組成部分，其通過(guò)高速軸系統(tǒng)、零件定位、運(yùn)動(dòng)控制等各類切削技術(shù)手段，確保切削工具可以在較短的時(shí)間內(nèi)，順利完成微小零部件的切割，并在切割的過(guò)程中，對(duì)切削動(dòng)作開(kāi)展實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦在監(jiān)控環(huán)節(jié)發(fā)生問(wèn)題，相關(guān)應(yīng)急系統(tǒng)會(huì)快速作出反應(yīng)，停止切削動(dòng)作，以此達(dá)到控制加工誤差的目的。為達(dá)到這一目的，研發(fā)團(tuán)隊(duì)還需要做好為切削工具、快速裝夾、監(jiān)測(cè)體系等配套設(shè)施合適的定向升級(jí)，以針對(duì)性強(qiáng)化切削技術(shù)能力。

3.3 超精密微機(jī)械加工技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

超精密微機(jī)械加工技術(shù)在發(fā)展的過(guò)程中，可以借鑒日本的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)總結(jié)、梳理日本微機(jī)械加工技術(shù)的特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)的研發(fā)力量，針對(duì)性地做好超精密微機(jī)械加工技術(shù)的創(chuàng)新工作，在技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，基于成本投入的考量，可以對(duì)原有的設(shè)備進(jìn)行定向升級(jí)，在降低技術(shù)發(fā)展前期投入的基礎(chǔ)上，確保各類技術(shù)可以快速投入實(shí)踐生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)超精密微機(jī)械加工技術(shù)的實(shí)用性，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)體系的成熟。

4 結(jié)語(yǔ)

超精密微機(jī)械制造技術(shù)對(duì)于我國(guó)工業(yè)體系的健全、生產(chǎn)能力的提升，有著極大的裨益。為更好地發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，本文著眼于實(shí)際，通過(guò)梳理國(guó)內(nèi)外超精密微機(jī)械制造技術(shù)的研究情況，結(jié)合工業(yè)發(fā)展訴求，明確超精密微機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，梳理技術(shù)創(chuàng)新要求以及提升方向，為超精密微機(jī)械制造技術(shù)的升級(jí)、應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。