精密加工工艺是指加工精度和表面光洁程度高于各相应加工方法精加工的各种加工工艺。精密加工工艺包括精密切削加工(如金刚镗、精密车削、宽刃精刨等)和高光洁高精度磨削。精密加工的加工精度一般在10~0.1μm,公差等级在IT5以上,表面粗糙度Ra在0.1μm以下。
超精密加工是处于发展中的跨学科综合技术。20 世纪 50 年代至 80 年代为技术开创期。20 世纪 50 年代末,出于航天、国防等技术发展的需要,美国率先发展了超精密加工技术,开发了金刚石刀具超精密切削——单点金刚石切削(Single point diamond turning,SPDT)技术,又称为“微英寸技术”,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。
以金刚石切削为例。其刀刃口圆弧半径一直在向更小的方向发展。因为它的大小直接影响到被加工表面的粗糙度,与光学镜面的反射率直接有关,对仪器设备的反射率要求越来越高。如激光陀螺反射镜的反射率已提出要达到99.99%,这就必然要求金刚石刀具更加锋利。为了进行切极薄试验,目标是达到切屑厚度nm,其刀具刃口圆弧半径应趋近2.4nm。为了达到这个高度,促使金刚石研磨机改变了传统的结构。其中主轴轴承采用了空气轴承作为支承,研磨盘的端面跳动可在机床上自行修正,使其端面跳动控制在0.5μm以下。
科技的发展对精密加工和超精密加工技术也提出了更高的要求。从大到天体望远镜的透镜,小到大规模集成电路线宽μm要求的微细工程和微机械的微纳米尺寸零件,不论体积大小,其尺寸精度都趋近于纳米;零件形状也日益复杂化,各种非球面已是当前非常典型的几何形状。微机械技术为超精密制造技术引来一种崭新的态势?它的微细程度使传统的制造技术面临一种新的挑战,促进了各种产品技术性能的提高,发展过程呈现出螺旋式循环发展,直接对科学技术的进步和人类文明作出贡献。对产品高质量、小型化、高可靠性和高性能的追求,使超精密加工技术得以迅速发展,现已成为现代制造工业的重要组成部分。