99氧化铝陶瓷用那种设备能够精密加工

不请你说的结构陶瓷是哪种陶瓷材料，不过看语句应该是用陶瓷材料制作的结构件吧，加工陶瓷材料的数控机床可以用磨床，还要使用陶瓷专用的数控机床，陶瓷雕铣机，等。可以生产几乎所有的陶瓷结构件。

耐磨渣浆泵最有名的厂家是山东三工机械有限公司。渣浆泵具有特强的耐磨性能，且机械强度高，不老化，无毒素分解，广范应用于冶金，矿山，煤碳，电厂，抽沙，环保，市政工程等行业。

耐磨渣浆泵的特点

耐磨橡胶渣浆泵从概念上讲指通过借助离心力泵的叶轮的旋转的作用使固，液混合介质能量增加的一种机械，将电能转换成介质的动能和势能的设备。近年来由于物料运输颗粒较大而进化出的一种效率较高，性能相对较强的离心泵，没错的，它就是本产品了。

本产品的核心技术在于使用了陶瓷金属复合制造技术，陶瓷精密加工技术，三元流设计理论，有限元设计方法，以及先进的陶瓷加工经验和应用经验，使得陶瓷泵在保持运行效率的前提下，使用寿命比传统的高铬白口铸铁，铸钢，以及橡胶衬里泵提高几倍几十倍以上。

注浆成形的生产过程由以上9道工序组成，其中：

吃浆就是模具吸附泥浆中的水分，形成坯体的工序。

放浆又称空浆，是当坯体形成一定厚度时，排出多余泥浆的过程。放出的泥浆返回浆池(或罐)。回浆的方式有：(1)人工端桶回浆：(2)自然压力回浆，利用管道的坡度，使泥浆流回泥浆池；(3)利用泥浆泵抽回余浆：(4)负压回浆，即利用下注式压力注浆管道，用真空泵形成的负压，把泥浆抽回到泥浆罐。在以上各种方式中，除第一种外，均属于管道回浆。

巩固：放浆后坯体很软，不能立即脱模需经过一段时间继续排出坯体水分，增加其强度。这段时间称为巩固。巩固是注浆成形的主要工序之一，其持续时间约为吃浆时间的一半。

在巩固过程中由于模型继续吸水，坯体含水率不断下降，坯体由于水分排山而逐渐收缩。当坯体含水率下降到19—20％左右时(即脱模点)，巩固过程结束，此时坯体很容易从模型内取山。

脱模：从模型中取出粗坯的过程。脱模点的掌握是一个关键。脱模过早，坯休强度不够，脱模困难，且脱模后坯体易塌陷；脱模过迟，坯体会发生开裂。

修粘：包括一次修坯、打眼与粘接等过程。传统的注浆方式，脱模后的坯体内外表面都很粗糙。一般需经多次修坯，而且粘接的工作量也很大。现代采用高强石膏模或树脂模，压力注浆等手段，修粘的工作量已大为减少。修坯、打眼与粘接这些工作都需手工进行，容易出现废品，必须掌握好坯体含水率。

干燥： 预干燥(也称半干)，即将坯体含水率从15％～17％(粘接时的含水率)降低到8％左右。

传统浇注方式，坯体的预干燥是在注浆车间内进行自然干燥的。在工人下班后的16小时内，注浆车间内保持高温度(33～40℃)、高湿度(40％一60％)，使坯体缓慢的干燥。经预干燥后，湿坯休的含水率从15％～17％下降到8％一10％。要注意防止因干燥过急或干燥不均匀，而造成废品。

现代注浆方式一般采用热风直接对坯休进行强制干燥，玻化瓷坯体预干燥收缩率为4％，粘土坯体预干燥收缩率为2％。

二次修坯(修刷)：是注浆成形的最后一道工序，将最终决定坯体的尺寸。修刷时坯体含水量要少、刷坯用水也要少，不能有油污。坯体修刷完毕后存放在28-35℃的室内，准备进行施釉。

2 注浆操作过程要点

(1)注浆时，要擦掉模型上的泥缕，进浆速度不宜太快，以使模型中的空气随泥浆的注入而排出，避免空气混入泥浆中，以及避免使坯体表面产生缺陷。

(2)浇注大型产品时，在棱角等收缩大的部位，注浆前，可在模型内的相应处贴上绸布，使各部分水分移动的速度尽量均衡，以防止开裂。

(3)需上型芯成形的制品，事先在型芯上撒石粉，帮助脱模。

(4)掌握好吃浆时间的长短，以保证坯体的厚度。

(5)放浆前应敞开气眼，速度不宜太快，以免模型内产生负压，使坯体过早脱离模型造成变形或塌落。

(6)修粘时，零部件坯体应比主坯体含水率稍低2％～3％。

陶瓷注浆成形模具制造过程

1 模具的制造过程

卫生陶瓷模具的制造是一项既复杂又细致的工作，需要高超的技艺。为了制成供注浆使用的工作模，需经过一系列严密地工作。其一般制造过程可分为以下五步：

第一步：制作原型 原型尺寸与卫生陶瓷成品一致。系根据设计图纸(或样品)做成。若已有实物样品需进行仿制，则可省去第一步。

第二步：制作原胎 原胎又称模种，其尺寸与卫生陶瓷坯体一致。系根据原型经过放尺(增加干燥、烧成过程的总收缩)制成。在有些情况下也可直接根据设计图纸或实物样品，经过放尺制成。

第三步：制作凹胎 凹胎又称模种，系由原胎翻制而成。

第四步：制作凸胎 凸胎又称母模，系由凹胎翻制而成。它一般包括底模与模围或型芯与模围。

第五步：制作工作模 工作模又称子模，系由凸胎翻制而成，供注浆成形使用。

2 模具的材质与分类

(1)传统浇注用的石膏模具

其制造过程：将标准的β型半水石膏粉，加水制成石膏浆，经搅拌、真空脱气等处理，注入母模内，石膏硬化后，脱模，再经适当修整，装配，在50—60℃下干燥5～7天即成。

(2)低压快排水浇注用的石膏模具

有带微孔管网和不带微孔管网两种。带微孔管网的石膏模具与前面不同的主要是：在浇注前要先在母模内的相应部位(距浇注工作面2公分处)，放入经过定型的管网，这些管网的接口，能与成形线上的真空和压缩空气管路相连接，以便浇注时排水、脱模和模具脱水。

制造微孔管网的材料有：微孔玻纤软管，管径φ=7.5mm；编织网格用的尼龙丝φ=9.5um：网用的树脂浸渍液(系由树脂、催化剂、引发剂、滑石粉等配制而成)。将这些编网材料在另一个专门制作的辅助母模内编成管网并固化，脱模取出后，用于制作母模。

所用的石膏有β—石膏或α—石膏。后者比前者抗折强度要高1倍；表面显微硬度要高60％，抗拉强度则要高山约2倍。但标准稠度吸水率则低30％左右。故α—石膏更适宜制作强度高的石膏模型。

(3)适于卫生瓷高压注浆用的微孔树脂模具

这种微孔树脂模具分为带有管网的和不带管网的两种。为能满足卫生瓷高压注浆要求，共抗压强度—般不小于20兆帕，在10兆帕压力作用下应无明显变形，透水率在0.10～0.13 m3／m2s。这种模具的主要材料是树脂，其制造关键是高强度树脂材料的配方及其制备方法。

用于高压注浆的模具制造过程比较复杂，各公司公布的资料又很少，需要时可参阅“建筑卫生陶瓷工程师手册”第8章的有关内容。

(4)化学石膏模具

与前述低压快排水模具制造过程基本相同。共不同点主要是在模具材料中加入了能提高具强度的化学试剂。

制作要点：化学石膏浆注入模具后，在凝固过程中，从微孔管网入口吹入压缩空气，使工作模内形成气孔，石膏凝固后从母模里脱出工作模。修补表面的小缺陷，在非工作面涂刷防水层(20％虫漆乙醇溶液)。

适用范围：化学石膏模具使用的压力范围是0.4—0.6兆帕，可用于中压注浆。

3 注浆前的模型处理

对注浆用模具的基本要求是：(1)有良好的吸水性以保证有足够的吃浆速度，缩短注浆周期；(2)有足够的机械强度，包括抗折、抗拉、抗压强度，以保证制品不变形：(3)表面光滑、无油污和泥缕，易于脱模，坯体质量好，可减少修坯的工作量。(4)尺寸、形状符合要求；(5)使用寿命长。

模型的处理过程：

(1)烘干

烘干的目的是排出模型中过多的水分，以利于注浆成形。注浆用的石膏模型，其水分含量最大不应超过19％，最小不低于4％。

正常浇注中的石膏模型，一般在每天成形使用后，及时清理干净口缝上的跑边泥后，就放在车间内自然烘干。保持车间内温度在28～35℃，相对湿度在50％～70％。

若需在60—60℃下对模型进行烘干，则应组装成套，上紧夹具，放置平稳。不要单件进行干燥，以免变形。

(2)清理

清理就是清除使用后模型上的泥、碱毛、灰土等杂质。

(3)擦模

擦模又叫刷水，是模型处理工作中最为重要的一环，也是保证产品质量的关键。擦模未擦好，易出现塌、变形、裂等缺陷。

擦模对成形的作用主要是通过润湿模型，并擦出一层石膏浆，在模型表面形成Ca-粘土结构层，使坯体与模型能适当紧密的结合，达到湿坯不粘模和不出坯裂的目的。

对不同的具体情况(如模型的新旧程度、干湿程度、环境的温度与湿度、模型的形状和部位等)需要有不同的擦法，操作人员只能通过实践灵活掌握：

(4)组装

组装是注浆前模型处理的最后一道工序。把需要组装在一起的模具部件，装卡牢固，塞严防浆口，准备注浆

陶瓷干燥法及干燥设备

1.1 卫生陶瓷生产对干燥器的要求

(1)要有良好的干燥质量，而且干燥制度要易与控制，操作方便灵活。

(2)产量要高，并要利于下一道工序的进行。

(3)能源消耗要少，在可能情况下应尽量利用工厂的余热。

在自然干燥的老式企业里干燥的能耗很高，有的甚至达到生产能耗的40％。由于干燥的操作温度较低，而陶瓷烧成又离不开高温窑炉，因此一般陶瓷工厂都有大量余热可供利用。

(4)生产强度高，占地少。

(5)省力，省工序，特别是易于和前后工序连成自动线，减少搬运次数。

(6)对环境污染小。现代注浆车间里有大量精密的机械设备，有时需要安排两班或三班生产。因此，不能适应高温高湿的环境。

1．2 干燥器的分类

(1)按干燥制度是否进行控制

可分为：自然干燥和人工干燥。由于人工干燥是人为控制干燥过程，所以又称强制干燥。

(2)按干燥方法不同进行分类 可分为：

1)对流干燥 其特点是利用气体作为干燥介质，以一定的速度吹拂坯体表面，使坯体得以干燥。

2)辐射干燥 其特点是利用红外线、微波等电磁波的辐射能，照射被干燥的坯体使其得以干燥。

3)真空干燥 这是一种在真空(负压)下干燥坯体的方法。坯体不需要升温，但需利用抽气设备产生一定的负压，因此系统需要密闭，难以连续生产。

4)联合干燥 其特点是综合利用两种以上干燥方法发挥它们各自的特长，优势互补，往往可以得到更理想的干燥效果。

还有一些干燥方法，在卫生瓷生产中没有得到应用。

按干燥制度是否连续分为间歇式干燥器和连续式干燥器。

连续式干燥器又可按干燥介质与坯体的运动方向不同分为顺流、逆流和混流；按干燥器的外形不同分为室式干燥器、隧道式干燥器等。

1．3 成形车间干燥系统

这种干燥系统主要适用于石膏模每天只成形一次(白班成形)的工厂，按间歇方式操作。按照干燥制度能否调节分成以下两种干燥系统。它们具有的共同优点是：坯体在脱模以后，无需多搬动即可进行干燥，不需另建干燥器，节省投资：能充分利用成形车间的热量和空间。

(1)传统的成形车间干燥系统

过去传统的方式是在成形车间内安装蒸汽管道和散热器。在成形工人下班后，打开蒸汽阀门，提高成形室内的温度，对坯体进行加热干燥。

由于车间内湿度不能控制，加热效率很低，现在已较少使用。

(2)带温、湿度自动控制的成形车间干燥系统

这种系统已属于人工干燥，其结构如下图所示：

图中，在各组台架之间均匀设置吹风管道(3支或更多)。室外新鲜空气由抽风口被吸入管道内，与室内部分再循环的干燥废气混合，经过滤器除去空气中的杂质，再经冷却管、加热器，最后由通风机加压后送入吹风支管，对湿坯进行对位干燥。

与传统干燥方式相比，这个系统具有以下特点：

(1)利用废气再循环，可以节约加热器的热量消耗；

(2)干燥制度具有可调节性。配合自动控制系统后，可以按给定的程序，准确调节干燥介质的温度、湿度，因此干燥质量好。

(3)采用多个送风口，对位吹风干燥，室内温、湿度比较均匀，能量利用率有所提高。

热源可以用蒸汽、窑炉余热、或另设热风炉产生热风。

图中所示即为采用蒸汽的情况，此时需要装设间壁式(又称表面式)热交换器，加热空气。热交换器的形式，最好采用空气侧带肋片的热管式换热器。

若是利用窑炉余热，需根据具体情况决定：当抽取的热风是清洁的，没有混入窑内气体就可以直接掺入干燥废气，调整温、湿度后，作为干燥介质使用：当利用烟气余热时，可在烟道装设间壁式热交换器，也可将烟管通入成形室内利用其余热，但此时无法控制干燥制度；当抽取窑内冷却制品的空气时，因为容易混入烟气或杂质，最好经热交换后使用。

另设热风炉的情况，可参照蒸汽加热器的办法处理。

由于成形车间很大，室内热气体上浮，即所谓气流分层。上部热气流具有大量热能而难以利用，下部又容易漏入冷风。即使采用棉门帘等方法密封，也难达到理想效果。一些厂家在屋顶安装多个吊扇，并合理布置再循环抽风口及送风口的位置，引导室内气流合理流动，可以在一定程度上改善由于气流分层造成的恶果。坯体的干燥制度也有两种情况：一种是湿修后的坯体，其含水率较高；另一种是干修后的坯体，其含水率较低。

2006-12-19 22:34:21

陶瓷坯体的干燥过程

在对流干燥过程中介质与坯体之间既有热交换，又有质交换，可以将其分为下面三个既同时进行又相互联系的过程：

(1)传热过程

干燥介质的热量以对流方式传给坯体表面，又以传导方式从表面传向坯休内部。坯体表面的水分得到热量而汽化，由液态变为气态。

(2)外扩散过程

坯体表面产生的水蒸汽，通过层流底层，在浓度差的作用下，以扩散方式由坯体表面向干燥介质中移动。

(3)内扩散过程

由于湿坯体表面水分蒸发，使其内部产生湿度梯度，促使水分由浓度较高的内层向浓度较低的外层扩散，称湿传导或湿扩散。

当坯体中存在有温度梯度时，也会引起水分的扩散移动，移动的方向指向温度降低的方向，即与温度梯度的指向相反，这种单由温度梯度引起的水分移动称热湿传导或称热扩散。

在实际的干燥过程中，水分的内扩散过程一般包括湿传导和热湿传导的共同作用。

(二)坯体干燥过程的特点

干燥过程依次分为如下几个阶段； (1)加热阶段

由于干燥介质在单位时间内传给坯体表面的热量大于表面水分蒸发所消耗的热量，因此受热表面温度逐步升高，直至等于干燥介质的湿球温度，即到达图中A点，此时表面获得热与蒸发耗热达到动平衡，温度不变。此阶段坯体水分减少，干燥速率增加。

(2)等速干燥阶段

本阶段仍继续进行自由水排除。由于坯体含水分较高，表面蒸发了多少水量，内部就能补充多少水量，即坯体内部水分移动速度(内扩散速度)等于表面水分蒸发速度，亦等于外扩散速度，所以表面维持潮湿状态。另外，介质传给坯体表面的热量等于水分汽化所需之热量，所以坯体表面温度不变，等于介质的湿球温度。坯体表面的水蒸汽分压等于表面温度下的饱和水蒸汽分压，干燥速率恒定，故称等速干燥阶段。

因本阶段是排除自由水，故坯体会产生体积收缩，收缩量与水分降低量成直线关系，若操作不当，干燥过快，坯体极易变形、开裂，造成干燥废品。

等速干燥阶段结束时，物料水分降低到临界值，K点即为临界水分点。此时尽管物料内部仍是自由水，但在表面一薄层内已开始出现大气吸附水。

(3)降速干燥阶段

K点为等速干燥阶段与降速干燥阶段的转折点。自K点继续降低水分，过程即进入降速阶段。此时，坯体含水量减少，内扩散速度赶不上表面水分蒸发速度和外扩散速度，表面不再维持潮湿，干燥速率逐渐降低。由于表面水分蒸发所需热量减少，物料温度开始逐渐升高。物料表面水蒸汽分压小干表面温度下的饱和蒸汽分压。

由图3-15可见，此阶段排除的是大气吸附水。当物料水分下降至等于平衡水分时，干燥速率变为零，干燥过程终止。即使延长干燥时间，物料水分也不再变化。此时物料的表面温度等于介质的干球温度，表面水蒸汽分压等于介质的水蒸汽分压。

降速干燥阶段的干燥速率，取决于内扩散速率，故又称内扩散控制阶段，此时，物料的结构、形状、尺寸等因素影响着干燥速率。

由于本阶段排除的是大气吸附水，坯体不产生体积收缩，不会产生干燥废品。

（一）纳米级原料制备技术与纳米陶瓷据国外有关资料统计，2000年后，纳米材料结构器件市场容量约为6375亿美元，纳米材料薄膜器件市场容量为340亿美元，纳米粉体、纳米复合陶瓷及其复合材料的市场容量为5457亿美元。目前精细陶瓷用纳米粉体制备方法有三大类：物理制备法、气相法、湿化学法。制备的纳米陶瓷粉体有：Al203、Zr02、Si02、Si3N、SiC、BaTi03、Ti02等。纳米陶瓷的研制，带动了一些新的快速烧结设备的开发，如真空烧结工艺、微波烧结工艺和等离子烧结技术（SPS）等。

（二）先进陶瓷的复合技术与制品取各种材料性能之长，进行组分设计，使新材料具有多种功能，以满足各种工作条件下对材料和制品的要求。

（1）陶瓷基纤维复合材料。利用纤维的柔性来改善结构陶瓷的脆性是行之有效的途径之一。近10年来，用晶须或短纤维来补强陶瓷材料以外的各种连续陶瓷纤维也相继问世。

（2）叠层技术的发展。l990年根据仿生学原理提出的叠层陶瓷研究在国际上形成新的热点，其断裂韧性和断裂功比常规的SiC陶瓷提高几十倍，大大扩展了叠层陶瓷和制品的市场。

（3）梯度材料设计与膜材料。20世纪90年代日本首先提出一种称为梯度材料的功能材料，为陶瓷新材料的复合提供了另一条工艺途径。在此基础上，将孔径分布梯度化，就可以制成性能优良的陶瓷膜材料。陶瓷膜已在催化反应、过滤与分离技术中发挥了巨大的作用。梯度材料设计与膜材料在化学工业、石油化工、食品工程、环境工程、电子行业中有着广阔的发展前景。

（4）介孔材料（孔径在2nm～50nm）是20世纪90年代开发的新材料，最具代表性的MCM-41材料具有孔道大小均匀、六方有序排列、孔径可连续调节、高比表面积和较好的热稳定性和水热稳定性等特性。在大分子催化、吸附分离等领域有广阔的应用前景。

（三）廉价高效陶瓷制备工艺的发展先进陶瓷产品推向市场的最大障碍是价格昂贵。降低成本、增加可靠性、提高制备效率是各陶瓷企业关注的焦点。

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超高速加工技术是指采用超硬材料的刃具，通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。

超高速加工的切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异。目前，一般认为，超高速切削各种材料的切速范围为：铝合金已超过1600m/min，铸铁为1500m/min，超耐热镍合金达300m/min，钛合金达150~1000m/min，纤维增强塑料为2000~9000m/min。各种切削工艺的切速范围为：车削700~7000m/min，铣削300~6000m/min，钻削200~1100m/min，磨削250m/s以上等等。

超高速加工技术主要包括：超高速切削与磨削机理研究，超高速主轴单元制造技术，超高速进给单元制造技术，超高速加工用刀具与磨具制造技术，超高速加工在线自动检测与控制技术等。

超精密加工当前是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于025μm，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01μ m的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展。

超精密加工技术主要包括：超精密加工的机理研究，超精密加工的设备制造技术研究，超精密加工工具及刃磨技术研究，超精密测量技术和误差补偿技术研究，超精密加工工作环境条件研究。

二、现状及国内外发展趋势

1．超高速加工

工业发达国家对超高速加工的研究起步早，水平高。在此项技术中，处于领先地位的国家主要有德国、日本、美国、意大利等。

在超高速加工技术中，超硬材料工具是实现超高速加工的前提和先决条件，超高速切削磨削技术是现代超高速加工的工艺方法，而高速数控机床和加工中心则是实现超高速加工的关键设备。目前，刀具材料已从碳素钢和合金工具钢，经高速钢、硬质合金钢、陶瓷材料，发展到人造金刚石及聚晶金刚石（PCD）、立方氮化硼及聚晶立方氮化硼（CBN）。切削速度亦随着刀具材料创新而从以前的12m/min提高到1200m/min以上。砂轮材料过去主要是采用刚玉系、碳化硅系等，美国G．E公司50年代首先在金刚石人工合成方面取得成功，60年代又首先研制成功CBN。90年代陶瓷或树脂结合剂CBN砂轮、金刚石砂轮线速度可达125m/s，有的可达150m/s，而单层电镀CBN砂轮可达250m/s。因此有人认为，随着新刀具（磨具）材料的不断发展，每隔十年切削速度要提高一倍，亚音速乃至超声速加工的出现不会太遥远了。

在超高速切削技术方面，1976年美国的Vought公司研制了一台超高速铣床，最高转速达到了20000rpm。特别引人注目的是，联邦德国Darmstadt工业大学生产工程与机床研究所（PTW）从1978年开始系统地进行超高速切削机理研究，对各种金属和非金属材料进行高速切削试验，联邦德国组织了几十家企业并提供了2000多万马克支持该项研究工作，自八十年代中后期以来，商品化的超高速切削机床不断出现，超高速机床从单一的超高速铣床发展成为超高速车铣床、钻铣床乃至各种高速加工中心等。瑞士、英国、日本也相继推出自己的超高速机床。日本日立精机的HG400III型加工中心主轴最高转速达36000~40000r/min，工作台快速移动速度为36~40m/min。采用直线电机的美国Ingersoll公司的HVM800型高速加工中心进给移动速度为60m/min。

在高速和超高速磨削技术方面，人们开发了高速、超高速磨削、深切缓进给磨削、深切快进给磨削（即HEDG）、多片砂轮和多砂轮架磨削等许多高速高效率磨削，这些高速高效率磨削技术在近20年来得到长足的发展及应用。德国Guehring Automation公司1983年制造出了当时世界第一台最具威力的60kw强力CBN砂轮磨床，Vs达到140~160m/s。德国阿享工业大学、Bremen大学在高效深磨的研究方面取得了世界公认的高水平成果，并积极在铝合金、钛合金、因康镍合金等难加工材料方面进行高效深磨的研究。德国Bosch公司应用CBN砂轮高速磨削加工齿轮齿形，采用电镀CBN砂轮超高速磨削代替原须经滚齿及剃齿加工的工艺，加工16MnCr5材料的齿轮齿形，Vs＝155m/s，其Q'达到811mm3/mm.s，德国Kapp公司应用高速深磨加工泵类零件深槽，工件材料为100Cr6轴承钢，采用电镀CBN砂轮，Vs达到300m/s，其Q`＝140mm3/mm.s，磨削加工中，可将淬火后的叶片泵转子10个一次装夹，一次磨出转子槽，磨削时工件进给速度为1.2m/min，平均每个转子加工工时只需10秒钟，槽宽精度可保证在2μm，一个砂轮可加工1300个工件。目前日本工业实用磨削速度已达200m/s，美国Conneticut大学磨削研究中心，1996年其无心外圆高速磨床上，最高砂轮磨削速度达250m/s。

近年来，我国在高速超高速加工的各关键领域如大功率高速主轴单元、高加减速直线进给电机、陶瓷滚动轴承等方面也进行了较多的研究，但总体水平同国外尚有较大差距，必须急起直追。

2．超精密加工

超精密加工技术在国际上处于领先地位的国家有美国、英国和日本。这些国家的超精密加工技术不仅总体成套水平高，而且商品化的程度也非常高。

美国是开展超精密加工技术研究最早的国家，也是迄今处于世界领先地位的国家。早在50年代末，由于航天等尖端技术发展的需要，美国首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，称为“SPDT技术”（Single Point Diamond Turning）或“微英寸技术”（1微英寸＝0.025μm），并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床。用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面非球面大型零件等等。如美国LLL实验室和Y－12工厂在美国能源部支持下，于1983年7月研制成功大型超精密金刚石车床DTM－3型，该机床可加工最大零件?2100mm、重量4500kg的激光核聚变用的各种金属反射镜、红外装置用零件、大型天体望远镜（包括X光天体望远镜）等。该机床的加工精度可达到形状误差为28nm（半径），圆度和平面度为12.5nm，加工表面粗糙度为Ra4.2nm。该机床与该实验室1984年研制的LODTM大型超精密车床一起仍是现在世界上公认的技术水平最高、精度最高的大型金刚石超精密车床。

在超精密加工技术领域，英国克兰菲尔德技术学院所属的克兰菲尔德精密工程研究所（简称CUPE）享有较高声誉，它是当今世界上精密工程的研究中心之一，是英国超精密加工技术水平的独特代表。如CUPE生产的Nanocentre（纳米加工中心）既可进行超精密车削，又带有磨头，也可进行超精密磨削，加工工件的形状精度可达0.1μm ，表面粗糙度Ra<10nm。

日本对超精密加工技术的研究相对于美、英来说起步较晚，但是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家。日本的研究重点不同于美国，前者是以民品应用为主要对象，后者则是以发展国防尖端技术为主要目标。所以日本在用于声、光、图象、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件的超精密加工技术方面，是更加先进和具有优势的，甚至超过了美国。

我国的超精密加工技术在70年代末期有了长足进步，80年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件。北京机床研究所是国内进行超精密加工技术研究的主要单位之一，研制出了多种不同类型的超精密机床、部件和相关的高精度测试仪器等，如精度达0.025μm的精密轴承、JCS－027超精密车床、JCS－031超精密铣床、JCS－035超精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机床、红外大功率激光反射镜、超精密振动－位移测微仪等，达到了国内领先、国际先进水平。航空航天工业部三零三所在超精密主轴、花岗岩坐标测量机等方面进行了深入研究及产品生产。哈尔滨工业大学在金刚石超精密切削、金刚石刀具晶体定向和刃磨、金刚石微粉砂轮电解在线修整技术等方面进行了卓有成效的研究。清华大学在集成电路超精密加工设备、磁盘加工及检测设备、微位移工作台、超精密砂带磨削和研抛、金刚石微粉砂轮超精密磨削、非圆截面超精密切削等方面进行了深入研究，并有相应产品问世。此外中科院长春光学精密机械研究所、华中理工大学、沈阳第一机床厂、成都工具研究所、国防科技大学等都进行了这一领域的研究，成绩显著。但总的来说，我国在超精密加工的效率、精度可靠性，特别是规格（大尺寸）和技术配套性方面与国外比，与生产实际要求比，还有相当大的差距。

超精密加工技术发展趋势是：向更高精度、更高效率方向发展；向大型化、微型化方向发展；向加工检测一体化方向发展；机床向多功能模块化方向发展；不断探讨适合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。21世纪初十年将是超精密加工技术达到和完成纳米加工技术的关键十年。

三、“十五”目标及主要研究内容

1．目标

超高速加工到2005年基本实现工业应用，主轴最高转速达15000r/min，进给速度达40~60m/min，砂轮磨削速度达100~150m/s；超精密加工基本实现亚微米级加工，加强纳米级加工技术应用研究，达到国际九十年代初期水平。

2．主要研究内容

（1）超高速切削、磨削机理研究。对超高速切削和磨削加工过程、各种切削磨削现象、各种被加工材料和各种刀具磨具材料的超高速切削磨削性能以及超高速切削磨削的工艺参数优化等进行系统研究。

（2）超高速主轴单元制造技术研究。主轴材料、结构、轴承的研究与开发；主轴系统动态特性及热态性研究；柔性主轴及其轴承的弹性支承技术研究；主轴系统的润滑与冷却技术研究；主轴的多目标优化设计技术、虚拟设计技术研究；主轴换刀技术研究。

（3）超高速进给单元制造技术研究。高速位置芯片环的研制；精密交流伺服系统及电机的研究；系统惯量与伺服电机参数匹配关系的研究；机械传动链静、动刚度研究；加减速控制技术研究；精密滚珠丝杠副及大导程丝杠副的研制等。

（4）超高速加工用刀具磨具及材料研究。研究开发各种超高速加工（包括难加工材料）用刀具磨具材料及制备技术，使刀具的切削速度达到国外工业发达国家90年代末的水平，磨具的磨削速度达到150m/s以上。

（5）超高速加工测试技术研究。对超高速加工机床主轴单元、进给单元系统和机床支承及辅助单元系统等功能部位和驱动控制系统的监控技术，对超高速加工用刀具磨具的磨损和破损、磨具的修整等状态以及超高速加工过程中工件加工精度、加工表面质量等在线监控技术进行研究。

（6）超精密加工的加工机理研究。“进化加工”及“超越性加工”机理研究；微观表面完整性研究；在超精密范畴内的对各种材料（包括被加工材料和刀具磨具材料）的加工过程、现象、性能以及工艺参数进行提示性研究。

（7）超精密加工设备制造技术研究。纳米级超精密车床工程化研究；超精密磨床研究；关键基础件，如轴系、导轨副、数控伺服系统、微位移装置等研究；超精密机床总成制造技术研究。

（8）超精密加工刀具、磨具及刃磨技术研究。金刚石刀具及刃磨技术、金刚石微粉砂轮及其修整技术研究。

（9）精密测量技术及误差补偿技术研究。纳米级基准与传递系统建立；纳米级测量仪器研究；空间误差补偿技术研究；测量集成技术研究。

（10）超精密加工工作环境条件研究。超精密测量、控温系统、消振技术研究；超精密净化设备，新型特种排屑装置及相关技术的研究。