摘要：近年来，随着社会经济的不断发展，我国的微机电系统以及机械零件制造业也获得了飞速的发展。超精密微机械制造技术的发展对于航天航空、国防工业、微电子工业以及现代医学等行业的发展具有十分重要的推动作用。但是不可忽视的是，超精密微机械制造技术在发展过程中还面临着许多问题。基于此，本文初步简单介绍了超精密机械制造技术的内涵和特点，然后分析和研究了超精密微机械制造技术的发展以及关键技术，希望对超精密微机械制造技术的发展能有所帮助。
关键词：超精密加工；微机械；机械制造
中图分类号：TH16 文章编号：1009-797X(2016)08-0022-03
随着我国经济的不断发展，我国的工业实现了繁荣的发展，国防领域、航空领域以及电子领域也发生了巨大的技术变革。微光电子器件制造技术、微电子制造技术、微机电系统制造技术等均属于超精密微机械制造技术，这些先进的超精密微机械制造技术在工业中都得到了广泛的应用。
1超精密微机械制造技术的内涵
超精密微机械制造技术兴起于20世纪80年代末90年代初，一经问世就受到人们的广泛关注。超精密微机械制造技术主要是通过采用No-MEMS制造技术，将传统的加工技术应用于微小零件的大批量生产中。微小机械零件是微制造系统加工的主要对象，在微制造系统加工的过程中涉及到了供料、加工、检测与搬运等环节，在这些环节中不仅应用了系统化的理论，同时还采用了先进的技术，从而实现零件结构的有机组合和优化，最终实现微小零件的制造。微制造系统的理念是实现小机床加工小零件，在加工非硅类材料微小零件时经常采用微制造系统。超精密微机械制造技术具有体积小、能耗低、生产效率高等优点，能够有效的节约能源和制造空间，是一种更加节能和环保的生产模式，是我国微机械制造的未来发展方向之一。
2超精密加工的特点
20世纪80年代末，超精密微机械制造技术逐渐兴起。随着机械技术的不断发展和完善，超精密微机械制造技术的加工精度和加工尺寸具备了非常高的精度。超精密加工具备很多特点，下文将对此进行详细地介绍。第一，超精密加工在实施的过程中遵守进化加工的原则。而进化加工包括两种方式，一种是直接方式，另一种是间接方式。直接式加工主要适用于单件、小批量工件的生产加工。直接加工过程中使用的设备精度比工件的精度要低，为了满足工件精度的要求，在加工的过程中需要经过特殊的工艺处理。与此同时，间接式是在直接式的基础上生产第二代工作母机，然后再借助母件完成工件的批量生产和加工。间接式加工主要应用于批量生产。第二，微量切削机理。切削工件的整个过程是在晶粒中完成的，和传统的切削工艺相比，晶粒比背吃刀量要大。第三，一些新的方法和工艺被应用于超精密微机械制造加工过程中。随着工件加工技术的不断发展，微机械零件的加工要求不断提升。随着特种加工、复合加工等多种新方法的应用，有效的促进了加工精度。第四，超精密加工形成了综合的制造工艺。超精密加工对于工件的材料、加工方法、设备以及测试手段等进行了综合的考虑，有效的提升了工件的加工质量，形成了系统化的加工制造工艺。第五，在超精密微机械制造技术应用的过程中结合了自动化技术。超精密加工有效的提升了产品设计的科学性，实现了产品检测、控制的自动化，提高了产品加工的质量与精度，保证了超精密加工的质量与效率。
3超精密微机械制造技术的发展
目前，关于微型电系统技术的研究主要集中在三个方面。第一，是先进器件和工艺的研究。第二，是微系统的研究；第三，是演示记忆支撑技术的研究。超精密微机械制造技术在实践中的应用主要表现在下述几个方面。第一，是用于流体的传感和控制；第二，是储存大容量的数据；第三，是用于光学成像研究；第四，是用于导航仪器和通讯设备；第五，是用于传感器。微型电系统的研究大大促进了超精密微机械制造技术的进步。和国外发达国家相比，我国在微型电系统方面的研究没有落后太多，关于微型直升机、微马达、集成式压力式传感器以及微机械光开关等的研究已经处于国际领先地位。
3.1微型制造系统的提出
鉴于微型机械制造零件的特殊性，微型机械制造零件使用的材料比较特殊，采用的形状比较复杂。为了更好地发挥微型机械的性能，必须要加强对微型机械零件制造工艺的研究，提高微型机械零件制造工艺的水平。目前，我国在光刻方面的研究比较多，技术也比较成熟。因此，我国很多微型机械零件都采用光刻技术。但是，在微型机械零件制造的过程中应用光刻技术只能进行二维或者准三维加工，真正的三维形状零件用光刻技术不能有效的完成。由此可见，为了实现对三维微小零件的加工，必须要加强在微型机械零件制造技术方面的研究，实现对微小机械零件进行三维加工的目的。
3.2超精密加工技术在MEMS系统中的应用
精密加工技术属于先进制造技术。通常来说，在进行微米级、亚微米级零件加工的过程中才会使用精密加工技术。超精密加工技术的级别更高，当加工零件的尺寸在亚微米级以下时才会使用超精密加工技术。进行超精密加工技术研究，其主要的研究内容包括亚微米级以下的加工工艺、使用的加工设备、加工过程中所处的环境、加工过程中采用的原理等。未来，随着微型电系统的不断发展，对微小零件形状的要求会越来越复杂，非硅材料三维复杂形状微小零件加工工艺还将会有所发展。目前，在三维形状微小零件加工的过程中采用的加工工艺主要是切削和磨削两种。但由于切削工艺在实践的过程中不好控制力度，因此在微小零件加工的过程中很少采用切削工艺。近年来，随着超精密微机械制造技术的不断发展，加工亚微米级微小零件已经不属于难点问题了。
4超精密微机械制造中的关键技术
超精密微机械制造技术在工业生产过程中具有重要的作用，属于工业领域中的重要技术之一。因此，无论是国内还是国外都比较重视超精密微机械制造技术的研究工作，希望提高超精密微机械制造技术水平，实现对各种微小零件进行加工的目的，进而促进工业的发展。目前我国超精密微机械制造技术中的关键技术主要有微机械加工设备技术、微切削加工技术、三维微小零件的精密多功能测量系统等多种技术。
4.1微机械加工设备技术
近年来，国内外的许多国家都十分重视超精密微机械制造技术的发展与完善，而且取得了十分显著的成就。日本的微机械加工设备技术水平处于世界领先水平，有效地解决了超精密微机械工件在切削加工过程中遇到的问题，实现了在3D复杂曲面的机械自由加工。除此之外，德国的微切铣削技术的发展也处于世界领先水平，该种技术主要是用于淬火钢、硬铝材料等微型零件加工过程中。国内对于微型机械加工设备技术方面的研究成果还比较少。首先，与传统机床结构相比微型加工设备具有许多特点。在进行关键性零件设计前必须要进行全面的分析和研究，实现优化设计的目的，从而使得微型加工设备结构布局达到最优。其次，研究分析微型加工设备、典型零件以及部件的建模、仿真和动静态分析。最后，在完成微型加工设备的设计与制造之后应当对微小零件的装夹、微型刀具的设计以及微型产品制造的关键技术进行分析研究，选取合理准确的机理工艺参数，明确切削的范围。由此可见，微机械加工设备的核心是机床的设计，因此在进行机械产品的制造和装配时应当依靠精密和超精密加工技术。
4.2微切削加工技术
解决微切削加工技术发展过程中所遇到的问题具有十分重要的意义。第一，在进行微切削加工工艺研究时必须要掌握微切削工艺的相关参数和切削的机理，确保微切削工艺设计的合理性，从而使得机械产品的质量和精度都能达到要求。第二，微型切削加工过程是一个动态的、非线性的过程，因此加大对微切削力的预测工作具有十分重要的意义。在进行元件的切削时应当建立准确的模型，确定合理的最小切削极限，从而有效提升切削力预测的准确性，保证构建模型对于每种零件材料的适应性。第三，如果在切削过程中存在刀具变形、刀具刃口、弹塑性行为或者是刀具磨损等现象，会影响最小切削极限。因此，必须要综合考虑各种因素对最小切削极限的影响，从而有效提升微切削加工的准确性和有效性。
4.3三维微小零件的精密多功能测量系统
三维微小电子零件的测量系统主要包括五部分，分别为高精度微小型坐标测量机、超精密柔性位移系统、高精度数据采集系统、原子力探针侧头传感系统、误差补偿系统。首先，测量系统通过高精度激光干涉测量原理实现小空间范围内的在线测量和监测，从而作为微型机械、微型零件的几何尺度标准。其次，微尺度测量系统在进行三维坐标运动的过程中采用了柔性铰链四连杆，在进行长行程与小分辨能力驱动的过程中应用了螺旋形压电驱动装置。再次，在研究原子力微探针测头准接触力学模型时应用了原子力微探针测头技术。最后，三维微小零件的精密多功能测量系统可以实现原子力信息检测。
5小结
综上所述，国内与国外在超精密微机械制造技术的发展具有较大的差距。因此为了有效地提高超精密微机械制造技术的发展水平，我们应当充分利用国内的优势,学习国外先进的设计理念与方法，开展高效率的制造系统研究，从而有效降低微小零件的制造成本，拓宽被加工材料的范围,提高机械产品质量，增加装备设计的灵活性。
参考文献:
[1]吴进林.超精密微机械制造技术研究及进展[J].中国机械，2014,(7):21~21.
[2]宋涛.超精密微机械制造技术研究进展[J].中国机械，2014，(9):128~128.
[3]郑颖.超精密微机械制造技术研究进展[J].科技风，2014,(13):241~241.
作者：商凌云 单位：上海欧萨评价咨询股份有限公司
