精密加工技术及应用
定义
精密加工涉及加工精度在 1~0.1µm 以上，表面粗糙度在 Ra0.1~0.01µm 以上的技术。
问题
精密加工需要解决的问题包括：
加工精度：形位公差、尺寸精度和表面状况等
加工效率：兼顾加工精度和效率
应用
精密加工包括：
微细加工和超微细加工
光整加工
传统方法
传统的精密加工方法有：
砂带磨削：使用砂带制作的磨具进行加工
精密切削：使用金刚石刀具进行切削
超精密磨削：使用精确修整过的砂轮进行微量磨削
珩磨：使用珩磨头进行往复运动加工
研磨和抛光：介于工件和工具间的介质用于加工
更新技术
抛光：
手工或机械抛光：使用抛光器和磨膏进行抛光
超声波抛光：利用超声振动的工具进行抛光
化学抛光：利用氧化剂使金属表面平整光泽
电化学抛光：通过电化学反应去除表面不平度
新型复合方法：
超精密电解磨削：结合电化学和机械加工
电化学机械复合光整加工：兼顾电化学和机械抛光的优点
电化学超精加工：能够加工镜面效果的表面
国外的精密加工技术发展始于 20 世纪 70 年代初，主要集中在美国、日本、英国等国家。该技术在 20 世纪 80 年代中期取得了令人瞩目的成就，并且在 1977 年，日本精密工学会精密机床研究专业委员会针对机床的加工精度标准提出了 IT-1 和 IT-2 两个补充等级。附表中展示了补充后的标准内容，与原来的 IT0 级精度相比，精度有了显著提升。
目前的精密加工精度仍与加工极限存在一定差距。国外有研究人员声称，他们已经开发出以原子级单位去除材料的加工方法，但尚未在实际生产中得到应用。为了促进精密加工技术的进步，有必要深入研究以下几个问题：
1.基于新原理的加工方法
致力于开发加工单位极小的精密加工方法，其加工原理本身即可将误差控制在 1nm 以下。目前，加工单位相对较小的加工方法包括弹性破坏加工、化学加工、离子束加工、电子束加工以及等离子体加工。从金刚石切削和金刚石砂轮精密磨削的加工原理来看，其加工单位较大，因此在本质上很难达到 0.05µm 以下的精度。
2.开发精密的机械机构
不论是加工还是测量装置，都需要配备精密的机械机构，包括导轨、进给机构和轴承等。超精密空气静压导轨是目前最好的导轨，其直线度可达 (0.1~0.2)µm/250mm。通过采用补偿技术，其直线度可以进一步提高，但刚性不如液体静压导轨。
由于空气静压导轨的气膜厚度仅为 10µm 左右，因此在使用过程中需要注重防尘。在导轨的设计中，可以通过并联多根导轨的方式来均化气膜的误差。采用高弹性合金和红宝石制造的滚动导轨，可以将系统误差控制在 0.5µm 左右，而随机误差可能超过 0.1µm。
超精密加工中使用的磁悬浮轴承主轴精度低于空气静压轴承主轴。空气静压轴承主轴的回转精度可达 0.05µm，国外最高可达 0.03µm，但仍无法满足纳米加工对主轴精度的要求。
提升空气静压轴承主轴回转精度的关键在于提高轴承的回转精度，而空气静压轴承的回转精度受限于轴承部件的圆度和供气条件。由于压力膜的作用，轴承的回转精度约为轴承部件圆度的 1/15~1/20。若要达到 10nm 的回转精度，轴和轴套的圆度必须达到 0.15~0.20µm。为了保持气体流出的均匀性，纳米级主轴通常采用多气穴结构。
3.开发高精度的测试系统
在超精密加工领域，加工精度的测量主要采用激光检测和光栅检测两种方法，其中光栅检测应用最为广泛。目前，光栅的测量精度可达纳米级，如北京光电仪研究中心的光栅系统可达 0.1µm，俄罗斯的全息光栅系统精度为 10nm，LG100 光栅系统的分辨率可达 0.1µm，测量范围为 100mm。
开发系统误差小、精度高、可靠性强的检测仪器和控制装置的前提是研制出高性能传感器和伺服从动机构。通过开发高性能的传感器和伺服机构以及高精度、高速度、高可靠性的读出装置，可以利用计算机进行检测、分析和计算，从而提高检测精度。
与超精密加工相关的技术问题还有很多，如温度控制技术、振动控制技术、环境控制技术等。例如，材料的弹性变形和热变形使得通过材料去除加工难以达到原子级的精度。对于长 100mm 的钢制零件，若要控制其热变形在 0.01mm 以内，就必须将温度变化控制在 0.01℃ 范围内，这在加工领域尚难以实现。一旦上述问题的某一项取得进展或突破，必然会为精密加工技术的快速发展奠定基础。
4.结论
精密加工技术在当今时代显得愈发重要，已成为高科技技术领域的基石。提升超精密加工的精度已成为当前迫在眉睫的问题。
目前，众多学者正在这一领域开展大量深入的研究和实验。相信在不久的将来，超精密加工技术将取得长足进步。