基于在位测量的超精密加工刀具定位技术

近年来，随着光学技术的快速发展，光学元件的加工精度要求不断提高，超精密对刀技术成为提升加工效率和质量的关键环节。在光学制造领域，单点金刚石车削（SPDT）技术被广泛应用，用于加工透镜、反射镜和微透镜阵列等高精度光学元件。然而，对刀误差会显著影响加工精度，传统对刀方法难以满足现代光学元件的高精度需求。本成果所述装备可显著降低加工表面的面形误差，提升光学元件的加工精度。

超精密切削加工所用的金刚石刀具具有极其锋利的刀刃，接触式对刀方法虽然能够实现高精度对刀，但容易造成刀刃崩刃失效；现有非接触式对刀方法的对刀系统复杂、对刀误差大、应用场景有限，难以满足超精密切削加工高精度对刀需求。为了实现金刚石刀具和工件表面的非接触式高精度对刀，提出了基于在位膜厚测量的精准对刀方法。该方法原理是在工件表面制备薄膜材料，并采用金刚石刀具对薄膜材料进行车削加工，通过测量薄膜厚度实现金刚石刀具和工件表面对刀间距的精准测量，进而实现金刚石刀具的非接触式精准对刀。

此外，超精密对刀装备还可用于加工复杂的光学结构，如自由曲面和微纳结构，这些结构在光学系统中具有重要应用。

潜在用户：

（1）精密光学元件制造商：该装备可应用于加工批量制造光学元件的模具以及各类高精度机械零部件，提升产品的加工精度和整体性能。

（2）航空航天企业：将该装备应用于航空零部件的加工，提升产品的性能和质量。

（3）半导体企业：利用该装备提高芯片制造的精度和效率，增强市场竞争力。

（4）医疗器械制造商：通过该装备加工高精度医疗器械零部件，满足医疗行业的需求。

合作对象：

（1）光学元件制造企业：协助完成高精度光学元件批量化制造。

（2）航空航天企业：共同开发高精度航空零部件加工技术。

（3）半导体企业：合作提升芯片制造的精度和效率。

（4）医疗器械制造商：共同研发高精度医疗器械加工工艺。

（5）科研机构：开展超精密加工技术的研究与开发，推动技术进步。

（6）高校：合作培养相关专业人才，为行业发展提供技术支持。

图1.基于在位膜厚测量的精确对刀方法流程

在航空航天制造领域，可用于加工高精度的航空发动机叶片、机翼等关键零部件，确保零部件的尺寸精度和表面质量，从而提高航空器的性能和可靠性。在半导体制造领域，对刀装备能够实现芯片制造过程中高精度的晶圆切割和封装，提升芯片的良品率和性能。在医疗器械制造领域，可用于加工人工关节、心脏支架等高精度的医疗器械零部件，确保产品的质量和安全性，满足医疗行业的严格要求。

近年来，随着现代光学技术、航空航天以及半导体等行业的快速发展，零件超精密加工的精度不断提升，单点金刚石车削（SPDT）技术在零件超精密加工中广泛应用，但对刀误差会显著影响加工精度，因此高效的对刀方法和装备成为市场的迫切需求。

从市场角度来看，光学制造领域对超精密对刀装备的需求不断增长。随着航空航天、半导体和生物医学等领域对高性能光学元件的需求增加，超精密对刀技术的市场规模也在不断扩大。例如，大口径非球面光学元件和微结构光学功能元件的制造需要极高的对刀精度，这为超精密对刀装备提供了广阔的应用空间。

在经济收益方面，超精密加工对刀装备能够显著提升加工精度，减少误差，从而提高生产效率和产品质量。采用本成果的对刀技术可以将加工表面的面形误差显著降低，从而减少废品率，提升产品良率。在光学制造、航空航天和半导体等领域，高精度加工可带来更高的产品附加值，为企业创造丰厚的经济收益。

在政策支持方面，各国政府对高端制造业的扶持力度不断加大，特别是在光学制造、航空航天、半导体等战略性新兴产业。政府出台了一系列政策支持超精密加工技术的研发和应用，包括研发补贴、税收优惠等，这为超精密加工对刀装备的发展提供了良好的政策环境。

在产业协同方面，超精密加工对刀装备的发展能够促进上下游产业的协同发展。上游的刀具制造企业和材料供应商将受益于市场需求的增长，而下游的航空航天、半导体、医疗器械等企业则能够通过高精度加工提升产品竞争力。此外，对刀装备的研发和应用还将推动相关检测设备、自动化系统等产业的发展。