微型机械加工技术发展现状趋势分析www.tool-tool.com

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一、概念

微型机械加工或称微型机电系统或微型系统是只可以批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、甚至外围接口、通讯电路和电源 等于一体的微型器件或系统。其主要特点有：体积小（特征尺寸范围为：1μm-10mm）、重量轻、耗能低、性能稳定；有利于大批量生产，降低生产成本；惯 性小、谐振频率高、响应时间短；集约高技术成果，附加值高。微型机械的目的不仅仅在于缩小尺寸和体积，其目标更在于通过微型化、集成化、来搜索新原理、新 功能的元件和系统，开辟一个新技术领域，形成批量化产业。

微型机械加工技术是指制作为机械装置的微细加工技术。微细加工的出现和发展早是与大规模集成电路密切相关的，集成电路要求在微小面积的半导体上能容纳更多 的电子元件，以形成功能复杂而完善的电路。电路微细图案中的最小线条宽度是提高集成电路集成度的关键技术标志，微细加工对微电子工业而言就是一种加工尺度 从微米到纳米量级的制造微小尺寸元器件或薄模图形的先进制造技术。目前微型加工技术主要有基于从半导体集成电路微细加工工艺中发展起来的硅平面加工和体加 工工艺，上世纪八十年代中期以后在LIGA加工（微型铸模电镀工艺）、准LIGA加工，超微细加工、微细电火花加工（EDM）、等离子束加工、电子束加 工、快速原型制造（RPM）以及键合技术等微细加工工艺方面取得相当大的进展。

微型机械系统可以完成大型机电系统所不能完成的任务。微型机械与电子技术紧密结合，将使种类繁多的微型器件问世，这些微器件采用大批量集成制造，价格低廉，将广泛地应用于人类生活众 多领域。可以预料，在本世纪内，微型机械将逐步从实验室走向适用化，对工农业、信息、环境、生物医疗、空间、国防等领域的发展将产生重大影响。微细机械加 工技术是微型机械技术领域的一个非常重要而又非常活跃的技术领域，其发展不仅可带动许多相关学科的发展，更是与国家科技发展、经济和国防建设息息相关。微 型机械加工技术的发展有着巨大的产业化应用前景。

二、国外发展现状

1959年，RichardPFeynman（1965年诺贝尔物理奖获得者）就提出了微型机械的设想。1962年第一个硅微型压力传感器问世，气候开发 出尺寸为50~500μm的齿轮、齿轮泵、气动涡轮及联接件等微机械。1965年，斯坦福大学研制出硅脑电极探针，后来又在扫描隧道显微镜、微型传感器方 面取得成功。1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60~12μm的利用硅微型静电机，显示出利用硅微加工工艺制造小可动结构并与集成电路兼 容以制造微小系统的潜力。

微型机械在国外已受到政府部门、企业界、高等学校与研究机构的高度重视。美国MIT、Berkeley、Stanford\\AT&T 和的15名科学家在上世纪八十年代末提出"小机器、大机遇：关于新兴领域--微动力学的报告"的国家建议书，声称"由于微动力学（微系统）在美国的紧迫 性，应在这样一个新的重要技术领域与其他国家的竞争中走在前面"，建议中央财政预支费用为五年5000万美元，得到美国领导机构重视，连续大力投资，并把 航空航天、信息和MEMS作为科技发展的三大重点。 美国宇航局投资1亿美元着手研制"发现号微型卫 星"，美国国家科学基金会把MEMS作为一个新崛起的研究领域制定了资助微型电子机械系统的研究的计划，从1998年开始，资助MIT，加州大学等8所大 学和贝尔实验室从事这一领域的研究与开发，年资助额从100万、200万加到1993年的500万美元。1994年发布的《美国国防部技术计划》报告，把 MEMS列为关键技术项目。美国国防部高级研究计划局积极领导和支持MEMS的研究和军事应用，现已建成一条MEMS标准工艺线以促进新型元件/装置的研 究与开发。美国工业主要致力于传感器、位移传感器、应变仪和加速度表等传感器有关领域的研究。很多机构参加了微型机械系统的研究，如康奈尔大学、斯坦福大 学、加州大学伯克利分校、密执安大学、威斯康星大学、老伦兹得莫尔国家研究等。加州大学伯克利传感器和执行器中心（BSAC）得到国防部和十几家公司资助 1500万元后，建立了1115m2研究开发MEMS的超净实验室。

日本通产省1991年开始启动一项为期10年、耗资250亿日元的微型大型研究计划，研制两台样机，一台用于医 疗、进入人体进行诊断和微型手术，另一台用于工业，对飞机发动机和原子能设备的微小裂纹实施维修。该计划有筑波大学、东京工业大学、东北大学、早稻田大学 和富士通研究所等几十家单位参加。


欧洲工业发达国家也相继对微型系统的研究开发进行了重点投资，德国自1988年开始微加工十年计划项目，其科技部于1990~1993年拨款4万马克支 持"微系统计划"研究，并把微系统列为本世纪初科技发展的重点，德国首创的LIGA工艺，为MEMS的发展提供了新的技术手段，并已成为三维结构制作的优 选工艺。法国1993年启动的7000万法郎的"微系统与技术"项目。欧共体组成"多功能微系统研究网络NEXUS"， 联合协调46个研究所的研究。瑞士在其传统的钟表制造行业和小型精密机械工业的基础上也投入了MEMS的开发工作，1992年投资为1000万美元。英国 政府也制订了纳米科学计划。在机械、光学、电子学等领域列出8个项目进行研究与开发。为了加强欧洲开发MEMS的力量，一些欧洲公司已组成MEMS开发集 团。

目前已有大量的微型机械或微型系统被研究出来，例如：尖端直径为5μm的微型镊子可以夹起一个红血球，尺寸为7mm×7mm×2mm的微型泵流量可达 250μl/min能开动的汽车，在磁场中飞行的机器蝴蝶，以及集微型速度计、微型陀螺和信号处理系统为一体的微型惯性组合（MIMU）。德国创造了 LIGA工艺，制成了悬臂梁、执行机构以及微型泵、微型喷嘴、湿度、流量传感器以及多种光学器件。美国加州理工学 院在飞机翼面粘上相当数量的1mm的微梁，控制其弯曲角度以影响飞机的空气动力学特性。美国大批量生产的硅加速度计把微型传感器（机械部分）和集成电路 （电信号源、放大器、信号处理和正检正电路等）一起集成在硅片上3mm×3mm的范围内。日本研制的数厘米见方的微型车床可加工精度达1.5μm的微细 轴。

三、国内现状

我国在科技部、国家自然基金委，教育部和总装备部的资助下，一直在跟踪国外的微型机械研究，积极开展MEMS的研究。现有的微电子设备和同步加速器为微系 统提供了基本条件，微细驱动器和微型机器人的开发早已列入国家863高技术计划及攀登计划B中。已有近40个研究小组，取得了以下一些研究成果。广东工业 大学与日本筑波大学合作，开展了生物和医用微型机器人的研究，已研制出一维、二维联动压电陶瓷驱动器，其位移范围为10μm×10μm；位移分辨率为 0.01μm，精度为0.1μm，正在研制6自由度微型机器人；长春光学精密机器研究所研制出直径为Φ3mm的压电电机、电磁电机、微测试仪器和微操作系统。上海冶金研究所研制出了微电机、多晶硅梁结构、微泵与阀。上海交通大学研制出Φ2mm的电磁电机，南开大学开展了微型机器人控制技术的研究等。

我国有很多机构对多种微型机械加工的方法开展了相应的研究，已奠定了一定的加工基础，能进行硅平面加工和体硅加工、LIGA加工、微细电火花加工及立体光刻造型法加工等。

四、技术发展趋势

微型机械加工技术的发展刚刚经历了十几年，在加工技术不断发展的同时发展了一批微小器件和系统，显示了巨大生命力。作为大批量生产的微型机械产品，将以其 价格低廉和优良性能赢得市场，在生物工程、化学、微分析、光学、国防、航天、工业控制、医疗、通讯及信息处理、农业和家庭服务等领域有着潜在的巨大应用前 景。当前，作为大批量生产的微型机械产品如微型压力传感器、微细加速度计和喷墨打印头已经占领了巨大市场。目前市场上以流体调节与控制的微机电系统为主， 其次为压力传感器和惯性传感器。1995年全球微型机械的销售额为15亿美元，有人预计到2002年，相关产品值将达到400亿美元。显然微型机械及其加 工技术有着巨大的市场和经济效益。

微型机械是一门交叉科学，和它相关的每一技术的发展都会促使微型机械的发展。随着微电子学、材料学、信息学等的 不断发展，微型机械具备了更好的发展基础。由于其巨大的应用前景和经济效益以及政府、企业的重视，微型机械发展必将有更大的飞跃。新原理、新功能、新结构 体系的微传感器、微执行器和系统将不断出现，并可嵌入大的机械设备，提高自动化和智能水平。


微型机械加工技术作为微型机械的最关键技术，也必将有一个大的发展。硅加工、LIGA加工和准LIGA加工正向着更复杂、更高深度适合各种要求的材料特性 和表面特性的微结构以及制作不同材料特别是功能材料微结构、更易于与电路集成的方向发展，多种加工技术结合也是其重要方向。微型机械在设计方面正向着进行 结构和工艺设计的同时实现器件和系统的特性分析和评价的设计系统的实现方向发展，引入虚拟现实技术。

我国在微型加工技术发展的优先发展领域是生物学、环境监控、航空航天、工业与国防等领域，建设好几个有世界先进水平的微型机械研究开发基地，同时亦重视微观尺度上的新物理现象和新效应的研究，加速我国微型机械的研究与开发，迎接二十一世纪技术与产业革命的挑战。

五、关键技术

微型机械是一个新兴的、多学科交叉的高科技领域，面临许多课题，涉及许多关键技术。

当一个系统的特征尺寸达到微米级和纳米级时，将会产生许多新的科学问题。例如随着尺寸的减少，表面积与体积之比增加，表面力学、表面物理效应将起主导作 用，传统的设计和分析方法将不再适用。为摩擦学、微热力这等问题在微系统中将至关重要。微系统尺度效应研究将有助于微系统的创新。

微型机械不是传统机械直接微型化，它远超出了传统机械的概念和范畴。微型机械在尺度效应、结构、材料、制造方法和工作原理等方面，都与传统机械截然不同。微系统的尺度效应、物理特性研究、设计、制造和测试研究是微系统领域的重要研究内容。

在微系统的研究工作方面，一些国内外研究机构已在微小型化尺寸效应，微细加工工艺、微型机械材料和微型结构件、微型传感器、微型执行器、微型机构测量技 术、微量流体控制和微系统集成控制以及应用等方面取得不同程度的阶段性成果。微型机械加工技术是微型机械发展的关键基础技术，其中包括微型机械设计微细加 工技术、微型机械组装和封装技术、为系统的表征和测量技术及微系统集成技术。

六、前沿关键技术

1、微系统设计技术

主要是微结构设计数据库、有限元和边界分析、CAD/CAM仿真和拟实技术、微系统建模等，微小型化的尺寸效应和微小型理论基础研究也是设计研究不可缺少的课题，如：力的尺寸效应、微结构表面效应、微观摩擦机理、热传导、误差效应和微构件材料性能等。

2、微细加工技术

主要指高深度比多层微结构的硅表面加工和体加工技术，利用X射线光刻、电铸的LIGA和利用紫外线的准LIGA加工技术；微结构特种精密加工技术包括微火 花加工、能束加工、立体光刻成形加工；特殊材料特别是功能材料微结构的加工技术；多种加工方法的结合；微系统的集成技术；微细加工新工艺探索等。

3、微型机械组装和封装技术

主要指沾接材料的粘接、硅玻璃静电封接、硅硅键合技术和自对准组装技术，具有三维可动部件的封装技术、真空封装技术等新封装技术的探索。

4、微系统的表征和测试技术

主要有结构材料特性测试技术，微小力学、电学等物理量的测量技术，微型器件和微型系统性能的表征和测试技术，微型系统动态特性测试技术，微型器件和微型系统可靠性的测量与评价技术。

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超精密加工www.tool-tool.com

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精密、超精密加工 个相对概念，而且随着工艺水平的普遍提高，不同年代有着不同的划分界限，但并无严格统一的标准。从目前机械加工的工艺水平来看，超精密加工一般指加工精度<0.3µm，表面粗糙度ra值<0.03µm的加工。同时也包含加工尺寸在微米级的微细加工。>

随着科学技术的发展，特别是许多高新科技的发展，使超精密加工的市场需求呈现出如下的特点：

要求超精密加工的机电产品元器件越来越多，不仅有传统的光学零件、超精密加工块规等，而且有现代IT中广泛采用之大规模集成电路的各种芯片，计算机 用的磁盘、光盘，复印机用的磁鼓；核聚变用的激光反射镜；导弹制导系统用的激光反射镜；导航用的陀螺仪腔体；气浮和静电陀螺仪的球状支承； 造卫星姿态控制用的过半球体；卫星、航天器上各种仪器仪表用的真空无润滑轴承；全球定位系统（GPS）和电子对抗技术中用的砷化镓半导体大规模集成电路； 红外夜视设备、大型天文望远镜和太空望远镜中用的球面和非球面光学透镜，以及多种军、民使用的高新科技产品中的精密零部件等。

相同品名的元器件要求超精密加工的数量越来越大。例如有些品名，以前只是单件或小批生产，用于实验性的产品上，现在则要求批量乃至大批量规模生产，用在军、民使用的高新科技产品上，如大规模集成电路用的硅片、磁盘、磁鼓等，年需求量数以百万、千万件计。

要求超精密加工的表面形状越来越复杂，精度要求也越来越高。其中不仅有平面、圆柱面，还有球面、非球形曲面、抛物面等。其面形精度一般都要求控制在 加工尺寸（用mm表示）的10%（用nm表示，实质上是百万分之一）以内，也就是说，加工Ø100mm直径的外圆时，加工圆度要求要控制在 100×10%=10nm以内。加工的表面粗糙度Ra值则在2nm~10nm之间。

要求超精密加工的材料也越来越广泛；不仅有黑色金属、有色金属、还有玻璃、陶瓷和各种半导体材料，如硅、砷化镓、碲镉汞晶体等。

要求超精密加工的零件尺寸在向大型（Ø2m以上）和微型（微米、纳米级）两极发展。

总而言之，超精密加工的市场需求在迅 速扩大。目前虽无直接的数据说明，但有一些数据也可以作为佐证的。例如，目前以半导体IC为基础的电子信息产品的世界贸易额已达到一万亿美元，是世界第一 大产业；2003年中 的电子电讯设备制造业的产值达14917.6亿元人民币。全球的IC有90%以上都要采用硅片，而大规模和超大规模的IC芯片（主要为硅片）都要用超精密 加工来进行生产。美国为了部署战略导弹防御系统和发展先进武器，大大增加国防开支；许多国家也为了自身的安全和防卫而提高对高新科技研发的投入和国防费 用，所有 些将扩大对超精密加工的市场需求。

实现超精密加工基本条件

为了能实现超精密加工并获得预期的加工效果，必须具备下述基本条件：

被加工工件的材质要密实；各向的同一性要好（最好为单晶）；表层硬度和弹性模量要恒定一致；可加工性要好；材料的化学成份与机械物理性能对标准值的偏差不应超过0.1%。

选用的超精密加工工艺方法要与被加工材料相匹配。例如，有色金属材料（如铜、铝合金）宜用单点金刚石刀具进行车削或铣削加工；黑色金属材料（如钢等）则宜选磨削与研、抛等工艺，否则得不到预期的加工效果等。

加工环境要严格恒温、隔振和净化。恒温室（第一分隔区）中的温度波动不得大于±0.1°C；加工区（第二分隔区）中则不应超过±0.01°C；环境 的相对湿度要保持在40%±10%以内；大气压力（如用激光测量仪时）应保持1MPa±0.1%；机床地基的隔振系统固有频率<2hz；加工区的净>

具有能实现纳米级（1nm ~10nm）增量进给的机床和分辨力优于0.1nm的测量设备，如激光干涉仪，扫描隧道显微镜和原子力显微镜等。

超精密加工的工艺方法

根据被加工件的材料和形面的不同，常用的超精密加工工艺方法主要分三大类：切削加工法、磨削加工（含研、抛）法和电物理加工法。

切削加工法

切削加工法主要是采用优质的天然金刚石作刀具的切削刃，对有色金属、玻璃或陶瓷工件进行车削和铣削加工，可以加工端面、球面和抛物面等曲面。

超精密车削加工中，金刚石刀具的刃磨是关键。刀尖的圆弧半径应为被加工表面要求值的五分之一左右，一般γc小于10nm，用铸铁研具进行研抛时，可获得γc=3~5nm。再小的γc值则要用离子束加工来获得。实践证明，采用这样的刀具，便于切削速度在很大（V=120~3600m/min）的范围内变化，而不影响被加工表面的粗糙度值。

常选的切削用量是：加工有色金属时V=120~4000m/min，加工玻璃或陶瓷时V=15~120m/min；根据刀尖圆弧末径γc值的不同，进给量可在0.1~10µm/r的范围内选取，切削深度则为t=0.05~0.1µm。

在用雾化酒精或温度可控的矿物润滑油冷却的情况下，高质量的单晶金刚石刀具的耐用度（用一次刃磨後切刃可以有效地进行切削的 度来衡量）可达1500km。

切削加工法所能达到的最高水平：面形精度为0.025µm、表面粗糙度为Ra=2~4nm。

磨削加工法

磨削加工法是采用精细磨粒的砂轮或砂带进行磨削和研、抛的加工。此法多用于硬度较高的黑色金属材料加工，也可用于玻璃及陶瓷等非金属材料的加工。它可以加工比用切削法加工更大的工件表面――平面、圆柱面、球面和非球面。

圆柱形镜面通常用磨削方法加工，磨削速度选V=25~35m/s，粗磨时t=0.02~0.07mm，精磨时t=3~10µm；当用油石研、抛 时，V=10~50m/min，材料的去除速度为0.1µm~1µm/min。超精磨削可达到0.01µm的圆度和Ra 0.002µm的表面粗糙度。

球形镜面研、抛时要求研具保持在被加工表面的法向上，有两种保证方法：一是通过研具（1）本身的自定位机构来达到；二是通过采用数控系统使研磨头（2）倾斜一φ角来实现。

球形镜面的磨抛加工法是建立在借助激光干涉仪（4）进行表面（3）的误差测量的基础上（图2b）。测量时，激光干涉仪沿X和Y坐标移动，或沿X，Y 中之一的方向移动和工作台（5）转动，镜面误差的测量结果被记录在模拟量或数字量的记忆装置中，然後进行处理。根据来自数控系统的指令磨头（研具）被移动 到标有对给定面形误差最大的偏差处并磨除材料。之後表面被重新检测和重复加工工序。就这样以逐步趋近的方法去达到所要求的面形精度。

平面形镜面的加工主要采用磨削和研抛工艺方法来加工，目前此法所能达到的最高平面度<0.2µm/300mm，表面粗糙度ra<1nm。>

电物理加工法

电物理加工的方法有多种，其中获得最广泛应用的是电磨料抛光和离子束表面加工。前者的实质是使电解加工过程中所产生并留下的氧化膜由磨料从被加工表面上去掉以获得镜面；後者则是借助离子发生器射出的离子束对表面进行研、抛。

离子束表面加工法如图3所示：经过预磨削加工的工件（2）被放置入真空度保持在1.33×10-3Pa的真空室（1）中，离子发生器（8）射出的离 子束以高达30K电子伏的强度作用在被加工的表面上，并以1µm ~5µm/h的速率去除表层材料，从而达到10nm乃至更高的形状精度。

在工作过程中，离子发生器（8）射出的离子束打在工件上的强度和加工过程均由计算机（6）及程序软件（5）来实现，而根据激光干涉仪（9）对被加工 表面形状的检测结果，借助驱动装置（12）来调节光栏（掩盖物）（11）改变离子束强度，通过控制器（7）控制离子发生器（8），通过驱装置（3）和 （4）控制工件位置，并由传感器（10）来测量和控制真空室（1）中的温度，使之保持恒定。

除上述方法之外，还有其他的超精密复合加工方法，如电火花成形加工後继而采用的流体抛光法、电化学抛光法、超声化学抛光法、动力悬浮研磨法、磁流体研磨法以及采用ELID技术的磨削法等。采用ELID技术进行光学玻璃非球面透镜加工时面形精度可达0.2µm，表面粗糙度则达Ra=20nm。

超精密加工机床的设计与制造

超精密加工机床设计与制造的关键与核心问题是保证超精密加工工艺和目标的实现。因此，超精密加工机床的设计和制造的基本原则和要求是：消除或减少机 床上的热源和振源；提高机床的结构刚度和几何精度；减少机床的变形（含温度变形和力变形）对机床加工精度的影响等。为了实现这些基本原则和要求，超精密加 工机床设计时，经常采取的一些原则措施有：

首先是尽量不用或少用摩擦发热量大的传动装置（如机械无级调速器），并把工作过程中发热量大的热源（如电机、冷却润滑油箱等）与机床本体结构分离或隔热，以避免热量落入机床本体引起机床结构的热变形。

选用热胀系数α和导热系数λ值低的材料作机床的重要零部件材料。这样的材料如表1所示。与此同时也要尽量采用热物理特性相同或相近的材料来制造机床的构件和零部件。

零部件的结构设计力求热对称，而且应考虑采取强迫的风冷或液体冷却并预留相应的冷却液循环流动通道。当冷却的尺寸范围在200mm~1500mm 时，风的流量应为（3~10）m3/s或液体的通量为（1~10）L/s，从而可分别保持温度波动为±0.05°C和±0.02°C。对个别强热源处（如 主轴轴承）所产生的热量，必要时可采用专门的热管带走。

超精密加工机床不仅要考虑安装和工作在恒温室里，而且在极高精度要求的情况下，还应考虑控制机床工作在温度

±0.01°C的油淋浴的恒温箱中，因此，机床的工作过程必须是完全自动或遥控的，不能有人在现场，以免人的活动和体温对环境条件产生影响。

为了避免振动影响加工精度，除了机床必 须安装在由空气支承、弹簧支承或其他有效的隔振器支承的地基上外，机床上的旋转运动件也要严格进行动平衡，残馀不平衡量应小于0.5~1g.mm。与此同 时，为了消除和减少机床本身内部振源，要尽量采用运动平稳的传动系统，如非接触的气动和液体传动，禁止或避免采用带有冲击力的传动，如有间隙的换向机构 等。

通过振源振动频率的调整（如改变转速）或通过对机床工艺系统的质量（m）和弹簧刚度（k）等动力 数的选择使振源的振动频率与机床工艺系统的固有频率相互远离，避开共振区，减少振动对机床工作的影响。

选用具有高内阻尼系数的材料，如天然大理石、人造大理石、陶瓷等或采用不清砂的双层壁铸铁件作为机床的结构件，以保证高度衰减内部产生和外部传来的 振动，因为振动衰减的效果正比于阻尼系数（即衰减指数）。正常情况下，铸铁的衰减指数为0.006~0.008，而天然大理石和人造大理石的衰减指数则分 别为0.02~0.04和0.06~0.08；不清砂的双层壁铸件可以大大增加结构的内阻尼，因而可大大提高衰减振动的效果。

主轴部件设计的关键指标是回转精度和刚度，为此优先采用带有温控的低噪音主轴电机并通过扭矩或各种电磁的和薄膜的联轴节与主轴联接进行驱动，主轴轴 承则采用具有自定位功能的球面气浮或液体静压轴承结构。用此结构的主轴精度（径向和轴向跳动）可达0.01µm。当工作压力为0.3MPa~0.6MPa 时，气浮轴承的平均刚度为200N~400N/µm，液体静压轴承则为600N~1000N/µm。但为了主轴跳动不超过0.05µm，供油压力的波动值 不应大于0.01MPa，油温波动也不应大于0.05°C。

进给传动的设计主要要求是：保证能有效进行误差动态补偿的换向精度；可实现最小5nm的脉冲位移；采用修正系统後具有2nm的高定位精度。为此，可供选择的进给传动方式有以下几种：

－滚珠丝杠副。特点是刚度大，可实现的增量位移为100nm（即0.1µm）。

－摩擦传动。传动刚度为50N~100N/µm，拉力达100N，可实现的移动增量为5nm。缺点是寿命低，不够灵敏。

－条（带）传动。仅适合在小型机床上用。

－压电和磁致伸缩传动。移动量可小于5nm，但总的行程量很小，只有100~200µm，故多数情况下它是与其它传动方式（如滚珠丝杠副）组合使用。

－自定位静压丝杠副。特点是由于齿形角小（只有10°），故刚度大（达100N~1000N/µm）和可实现微小的增量位移。缺点是保证油温和油压稳定的系统较复杂。

－增量式液压传动。刚度可达600N/µm，位移增量80nm，但供油系统复杂。

－电磁丝杠副传动。它是由涂有稀有材料的磁性混合物的丝杠与带有线圈的螺母相互作用来实现传动。可实现微小的增量位移，但刚度过低，只有10N/µm。

导轨设计。导轨是超精密加工机床上保证实现精密微量进给的重要要素之一，虽有多种形式可供选择，但采用得最为广泛的是液体静压导轨和气浮导轨。前者 的刚度可达6KN~8KN/µm，并能保证位移精度0.02µm~0.04µm/400mm行程；後者的刚度为1KN~2KN/µm，当气膜厚度为 4µm~8µm时，也能保证与液体静压导轨一样的位移精度。液体静压和气浮导轨的直线性均可高达0.02µm/100mm。

在总体布局设计上，超精密加工机床的结构应分成承载部分和计量部分。此时，机床所能实现的精度在很大程度上取决于测量系统的有效性。因此，一般采用 像激光干涉仪这样的高精度、高分辨率的仪器作测量装置，并将其单独安装在气浮支承的计量支架上，而且不仅安装测量装置时要遵守阿贝原理，在更广义理解上， 也要遵守阿贝原理。阿贝原理要求，测量轴要接近于刀尖，以便消除按杠杆原理放大误差的可能性。从这一立场出发，导轨和测量装置应位于同一水平面上，在机床 的承载系统中要避开采用悬伸和刚度不恒定的构件。

在机床整体和各部件所完成的功能分配方面，在多数情况下，一台机床只实现一种加工方法，每个部件也只完成一个固定的功能运动。这样做的目的是简化机 床结构和更易于根据精度指标进行优化，而无需采取妥协（折衷）的办法。――这一点是与目前一般机床的设计发展趋势――复合化，扩大工艺可能性――是不一样 的，或者说是正好相反的。

为了保证超精密加工的目标顺利实现，超精密加工机床设计必须考虑采用主动控制的隔振系统和在线的误差自动补偿技术。这是因为很难保证所要求的零件制造精度，同时也很难完全消除振动和热因素带来的负面影响。

结束语

超精密加工是为适应现代高新科技发展的要求而发展起来的先进制造技术，它的成功实现，不仅取决于机床、刀具和工艺方法，也还取决于测量和控制技术， 即含机、光、电、传感技术和计算机技术等。它是多种学科新技术成果的综合应用，但也对许多高新科技的发展与进步起着推动的作用。因此超精密加工已成为发展 现代高新技术，特别是发展现代武器装备的基础技术，也是衡量一个国家科技水平的重要标志之一。与美俄相比，中国在这方面还有不少差距，如非轴对称的光学曲 面加工工艺的可靠性和可操作性等方面。为使中国超精密加工技术的进一步发展和提高，除继续加强超精密加工工艺和装备的研究外，还必须加强测量和控制，特别 是对非轴对称的非球曲面等复杂曲面的测量与控制（如五轴超精密CNC系统）的研究；加强工艺可靠性和可操作性的研究等。而且开发研究工作需要跨学科，跨部 门来协同组织进行，以便集中力量（包括人、财、物）解决问题。

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