精密与超精密加工技术3.3.1

航天航空精密超精密加工技术主要基于惯性器件、伺服机构、卫星有效载荷、各类导引头系统等重点产品和关键零部件，其多数产品部件呈现出中小形态的结构特征，并且具有高精度、微型加工、特种制造等共性元素。与国外先进精密加工水平相比，相应的工艺技术的发展严重滞后，在很大程度上制约了我国航天航空精密与超精密技术的发展以及工程的应用，具体表现在以下几个方面。

精密与超精密制造仍停留在单件小批量状态。虽然在某些单项技术上有所突破，但面向产品的集成应用技术程度仍不够；对操作人员的技能依赖性比较强，质量一致性不易保证；精度稳定性与国外先进水平有明显差距。

高效精密加工技术应用水平较低。虽然引进了部分先进的数控加工机床，但在引进数控设备时，比较关注功能和精度等要求，对研制生产过程中数控设备的配套能力考虑不足，尤其是相关工艺装备和刀具库的缺失，并且在综合集成应用上远未形成数控加工单元、生产线和数字化车间等整体能力，限制了关键设备能力的充分发挥。

光学零件制造手段相对落后。光学零件制造手段落后，光学制造核心技术急待突破，需拓宽光学零件制造范围，提高制造精度，使光学零件制造精度和周期，以满足型号研制生产和未来型号发展需求。

工艺装备和生产模式在整体水平上仍比较落后。 目前航天航空精密零部件的加工生产虽然在部分工序上引进了先进的高精度设备和自动化设备，但在整体上仍呈现出生产效率低下，合格率无法有效提高，生产规模难以扩大，产品的成本难以降低，难以满足未来航天航空事业飞速发展的需求。

针对主要航天航空精密与超精密加工生产需求，开展精密超精密加工、检测等技术的预先研究、工艺瓶颈问题和工艺共性问题技术攻关，研究解决航天航空型号中的低刚度薄壁零件、弹挠性零件、精密偶件、非球面光学零件、精密微小结构件、精密复杂结构件，以及金属基复合材料、陶瓷、钛合金、不锈钢以及高温合金等难加工材料精密超精密加工技术难题，进一步提高零件加工精度和尺寸一致性，实现微米级精密零件高效率生产制造，实现亚微米级精密偶件的分组互换批量生产能力，满足航天航空型号产品的发展要求。

根据航天型号发展需求和精密超精密加工技术自身发展的规律，需重点开展以下方向：①以复杂薄壁结构件、弹挠性元件等精密异形构件，及高强度合金、新型复合材料和硬脆材料等难加工材料的精密超精密加工技术研究；②围绕“三浮”惯性仪表、高精度石英加速度表、激光陀螺、光学遥感器的关键技术及研制生产需求，重点开展以超精密车削、磨削、超光滑表面加工等为代表的高效、高精度加工技术研究；③开展以伺服阀等精密偶件精密磨削、磨粒加工、在线检测为代表的亚微米级偶件成组互换加工技术研究。图3-19所示为典型零件超精密切削加工。

图3-19　典型零件超精密切削加工(www.xing528.com)

1）电液伺服阀阀芯超精密加工与配磨自动测量装备技术

针对航天运载火箭中多余度电液伺服阀偶件微米叠合量的高精度、高一致性、高可靠性工作要求，研制集超精密数控磨削加工、在线高效自动化去微小毛刺、配磨气动在位测量为一体的加工装备，解决电液伺服阀阀芯零件的高效、全数字化、低缺陷加工。包括在线去毛刺设备软/硬件系统搭建、去毛刺工具系统设计及去毛工艺优化、超精密磨削/在线去毛刺/在位配磨测量的设备集成、基于自动化气动测量的数控配磨工艺、成套伺服阀阀芯类零件精密加工工艺数据库的建立等关键技术。实现阀芯端面跳动≤1.5 μm，径向圆度≤0.6 μm，轴线直线度≤0.8 μm，端面粗糙度Ra≤0.4 μm，外圆表面粗糙度Ra≤0.2 μm；在线去毛刺实现全数字化自动控制、一次完成，无人工工序介入，工作边锐边无毛刺（＜2 μm）。解决伺服阀产品交付困难、加工短线局面突显，尤其产品质量不稳定、性能一致性差、生产效率低等主要问题。

2）硬脆材料的超光滑低亚表面损伤加工机理与工艺

采用亲水性固结磨料研抛技术，探索硬脆材料固结磨料研抛过程中的材料去除机理，突破硬脆材料研磨抛光过程中效率低下、表面质量差的技术瓶颈，关键技术包括纳米尺度下硬脆材料工件的材料去除和加工工具的磨损及失效机制、多场耦合作用下硬脆工件表面的材料特性演变规律和物理化学行为、微纳去除条件下硬脆材料工件亚表面损伤层的产生机理和检测方法、基于固结磨料研抛技术的硬脆材料加工工艺及参数优化等，解决适合硬脆材料研抛加工应用的固结磨料工具的设计与制备，实现硬脆材料的高效率低亚表面损伤的超光滑加工，优化加工工艺，达到典型硬脆材料（蓝宝石、尖晶石、石英玻璃等）工件表面粗糙度Ra＜1 nmm，研磨后亚表面损伤层厚度优于2 μm，全流程加工效率提高20%以上。该项技术广泛应用于电子元器件、整流罩、透明装甲、半球谐振陀螺等领域硬脆材料加工。硬脆材料硬度高、脆性大，加工效率低下，加工后工件表面质量差、亚表面损伤层大，严重影响了产品的可靠性和成品率。因此，研究硬脆材料高效率低亚表面损伤的超光滑加工工艺具有重要的理论意义和工程应用价值。图3-20所示为导引头光学头罩和球形整流罩生产线。

图3-20　导引头光学头罩和球形整流罩生产线

3）弹挠性零件微细结构高速精密切削加工及表面完整性技术

针对卫星关键零件，围绕一体式挠性接头与电液伺服阀零件难加工强韧性材料的热力学性能及其切削加工特性，开展挠性接头高速铣削过程仿真分析、挠性接头高速铣削加工工艺控制、挠性接头材料加工表面完整性、挠性接头零件性能稳定性等研究，达到挠性接头四处细筋厚度（0.036±0.001） mm，四筋90°±0.05°、中心一致性0.002 mm、端面残余变形不大于0.02 mm等指标要求。突破典型零件精密、高速、高效加工的关键技术，提高关键零件加工质量及效率，缩短零件加工周期，提高产品合格率。