国内超精密加工机床的发展及应用塑料零件

国内超精密加工技术发展的里程碑是非球面曲面超精密加工设备的研制成功。光学非球面零件由于具有优越的光学性能，可以提高成像质量并简化光路和结构，在军工及民用行业得到了广泛应用。当年只有欧美及日本等国能够制造非球面超精密加工设备，而国内引进受限且价格昂贵。由于国内超精密加工设备的发展，英、美等国陆续解除了该类型超精密装备对我国的禁运，并且设备价格一路下滑，这对国内的超精密基础部件研究和超精密加工装备研制产生了很大的冲击，使我国多数超精密装备研制单位并没有形成完整的基础研究能力与工程化及产业化规模。随着产品功能和性能的进一步提高，从 21 世纪初开始对光学自由曲面、微小精密零件以及微结构功能表面等需求日益迫切，例如光学自由曲面能改善校正像差、改善像质、扩大视场等系统性能，同时能简化光学系统结构、减轻重量，因而已成为新一代光学系统的核心关键器件，特别在光学成像系统中在军工和民用领域具有广泛的应用背景。微结构功能表面的微结构具有纹理结构规则、高深宽比、几何特性确定等特点，由于这些呈特定的拓扑结构分布的表面微结构使得元件具有某些特定的功能，如粘附性、摩擦性、润滑性、耐磨损性等物理、化学性能等。例如，在航空、航天飞行器宏观表面加工出微纳结构形成功能性表面，不仅可以减小飞行器的风阻、摩阻，减小摩擦，同时可避免结冰层形成，提高空气动力学、热力学功能以及突防能力，从而达到增速、增程、降噪、隐身等目的。随着高精度传感器等器件结构的微小型化、工作部位尺寸及形位精度等级的亚微米化，以及新型材料的应用，微小结构零组件装夹、定位、找正的精细化，刀具的小型化和加工进给量的微量化、非接触面型和尺寸测量显微化等一系列技术难题对传统精密超精密加工设备及工艺也提出了严峻挑战。此外，在一些特殊的专业领域对超精密加工设备及工艺也提出了新的要求，例如近年来发展的抗疲劳制造技术与第一代成形制造技术及第二代表面完整性制造技术相比，可用于航空发动机主承力件、运动件以及连接件等关键构件（如齿轮、轴承、叶片、盘轴类零件、对接螺栓等）的制造，将会显著提高航空武器装备的使用寿命。抗疲劳制造技术的核心技术之一是精密超精密加工工艺，提高关键构件的加工精度及表面质量、控制加工工件表面完整性，提高构件的疲劳强度，改善表面应力状态及疲劳性能，最终提高零件的疲劳寿命。普通精密数控加工设备已经无法满足航空关键构件的抗疲劳制造需求，针对不同材料、不同结构的航空构件需要采用超精密数控磨床、超精密数控加工中心等通用超精密加工设备，同时还需研发一些专用超精密加工设备，才能最终达到航空关键构件抗疲劳制造技术的要求。

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