2、超精密制造技术的发展状况：国外
美国民兵Ⅲ型洲际导弹系统陀螺仪的精度为0.03˚～0.05˚/h，其命中精度的圆
概率误差为500m，而MX战略导弹(可装载l0个核弹头)制导系统陀螺仪精度比民
兵Ⅲ型导弹高出一个数量级，从而保证命中精度的圆概率误差只有50～l50m。 美国Union Carbide公司1980年研制出首台超精密车床。在美国能源部支持下， LLNL实验室和Y—12工厂合作，与1983年成功地研制出大型超精密金刚石车床
3、超精密加工对设备的要求
(1)高精度。包括高的静精度和动精度，主要的性能指标有几何精度、定位
精度和重复定位精度、分辨率等，如主轴回转精度、导轨运动精度、分度精度等；
(2)高刚度。包括高的静刚度和动刚度，除本身刚度外，还应注意接触刚度， 以及由工件、机床、刀具、夹具所组成的工艺系统刚度。 (3)高稳定性。设备在经运输、存储以后，在规定的工作环境下使用，应能长
1、超精密加工主要研究领域
近年来，在传统加工方法中，金刚石刀具超精密切削、金刚石微粉砂轮超精
密磨削、精密高速切削、精密砂带磨削等已占有重要地位；在非传统加工中，出
现了电子束、离子束、激光束等高能加工、微波加工、超声加工、蚀刻、电火花 和电化学加工等多种方法，特别是复合加工，如磁性研磨、磁流体抛光、电解研 磨、超声珩磨等，在加工机理上均有所创新。主要研究领域有： （1）超精密切削加工如金刚石刀具的超精密切削，可加工各种镜面。它已成功 地解决了用于激光核聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜的加工。 （2）超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盘的涂层表面加工和大规模集成电路 基片的加工。 （3）超精密特种加工如大规模集成电路芯片上的图形是用电子束、离子束刻蚀 的方法加工，线宽可达0.1μm。如用扫描隧道电子显微镜(STM)加工，线宽可达 2～5nm。
到毫米级)的需求日益迫切。超精密加工的制造产品广泛应用于国 防、医疗、航空航天、电子等军事民用领域，如国防领域:弹药引 信、微型传感器、微制导系统、光学元件等;航空航天领域:微卫星 零部件、微激光陀螺、微推进系统等;电子领域:电子封装、微马达、
微型夹持与微装配系统等。例如：对于导弹来说，具有决定意义
超精密加工领域国内外发展 态势分析
Contents
1
研究思路
2
3 4
报告框架
报告主要内容
结语
一、研究思路
•定位：对国内外精密加工领域国内外发展情况进行全面调 研，了解（1）国内外技术的整体进展情况；（2）关键技 术内容；（3）总体发展态势（学术研究走势、技术分布国 家与机构、全球市场布局）；（4）技术发展脉络（热点、 前沿等）。 •方法：文献调研和情报分析工具结合 •关键词：机械制造；机械加工、精密加工、发展、综述、 评论； •machine manufacture、Precision Machining；Ultra precision machining
三、超精密加工技术发展总体态势分析
1.专利申请量的年度变化趋势
申请数量随时间变化 通过专利申请数量的年度变化情况，可以把握该行业的总体技术发展趋 160 势。如图所示，显示了超精密加工各年申请优先权的专利数量变化。
140 139 128 120 117
100
97
80 60 52 37 19 19 36 38 44 44
3、超精密制造技术的发展状况：国内
哈尔滨工业大学研制的超精密机床型号为HCM： 主轴精度≤50nm， 径向刚度220N/μm，
轴向刚度160N/μm，
导轨Z向(主轴)直线度≤0．2μm/100 mm， X向(刀架)直线度≤0．2μm/100mm， X、Z向垂直度≤1“， 加工工件精度形面精度(圆度)≤0．1μm。
SCHNEIDER、日本的NACHI、TOSHIBA、荷兰的PHILIP等。
日本TOYOTA公司生产的专用超精密车床用于加工非球曲面的钢磨具， 可用于车削、铣削、磨削并带有精密测量装臵。该机床加工模具形状精
度为0.05um，表面粗糙度为0.025um。结构上机床采用盒式结构，不
受外界影响，并机床处于恒温状态。
国家记录数量
CN JP US KR TW DE DD SU GB EP Other 0 16 14 7 5 54 45 276 515
4
3 22 100 200 记录数量 300 400 500 600
三、超精密加工技术发展总体态势分析
2.主要技术分布国家与机构情况
序号 1 记录数 量 近三年记录 比率
LLL实验室这两台机床是目前公认的国际上水平最高的超精密机床。
2、超精密制造技术的发展状况：国外
90年代以后，超精密铣磨和抛光技术在几个发达国家竞相发展，个别
实验室可以达到很高的水平，特别是其中包含的纳米制造技术，受到很
大的关注。开发超精密铣磨和纳米抛光制造技术较好的公司及机构有： 美国M00RE公司、英国的TAYL0R、德国的ZEISS、LOH、
的是导弹的命中精度，而命中精度是由惯性仪表的精度所决定的。 制造惯性仪表，需要有超精密加工技术和相应的设备。
1、超精密加工应用领域
超精密制造技术是随着测量技术的发展而发展的。Renishaw、 Heidenhain及SONY等公司发展了分辨率均可以达到1nm的测量元件； 美国HP公司、英国Taylor、美国zygo等公司的测量仪器均可以满足纳米 测量的需求。 与国防工业有关的如人造卫星用的姿态轴承和遥测部件、被送入太空的 哈勃望远镜(HST)、飞机发动机转子叶片等；与集成电路(IC)有关的硅片 加工(要求硅片的加工表面粗糙度Ra一般小于2nm，最高要求达 0．1nm)； 光刻设备和硅片加工设备的精度要求到亚微米和纳米级。导弹惯性仪表 的精度、激光陀螺仪的平面反射镜的精度、红外制导的导弹反射镜等， 其表面粗糙度均要求达到纳米级。另外，光学非球曲面零件面形制造精 度要求已达 λ/(30—50)，表面粗糙度要求≤0．5nm。
60
40 17 18
20
10
15 7
11
15
0 1995年 1997年 1999年 2001年 2003年 2005年 2007年 2009年 2011年 2013年
三、超精密加工技术发展总体态势分析
2.主要技术分布国家与机构情况
专利申请的优先权国家分布情况基本可以反映这个国家在该项技术 的研发实力和技术发展水平，进而再对具体的申请机构进行统计，可以 了解掌握该领域核心技术的机构，从而为进一步跟踪、掌握最新技术发 展动态提供方向。
从这些全球排名前10的超精密加工的研发机构来看，它们的核
13 12 UNIV JILIN (UYJI-C) 2011 - 2014 2007 - 2014 69% of 13 UNIV ZHEJIANG TECHNOLOGY (UYZTC)
心技术领域主要针对的是传递运动的机械装臵；除传动装臵、联轴 11 KOYO SEIKO CO LTD (KOYS-C) 2005 - 2008 6 或附件，如仿形装臵或控制装臵，是全球的主流研发方向。 HON HAI PRECISION IND CO LTD
目前开展超精密加工研发的主要机构以中国、日本的公司和科 工程元件或部件，主要用于弹簧、减振器；传递 44 HARBIN INST TECHNOLOGY (HAIT-C) 2007 - 20Biblioteka 4 18% of 44组织名称
时间区间
核心技术主题词
研机构为主，其中中国的哈尔滨工业大学、日本的松下和佳能公司 36 TOSHIBA MACHINE CO LTD (TOSI-C) 1984 - 2012 2
二、报告大致框架
1、超精密加工领域概况； 1.1 超精密加工的主要研究领域； 1.2超精密加工的主要加工方法； 1.3超精密加工的设备要求； 2、超精密加工的国内外研究进展 2.1主要应用领域； 2.2国外主要发展状况 2.3国内主要发展状况 3、超精密加工技术发展总体态势分析 3.1专利申请量的年度变化趋势 3.2主要技术分布国家与机构情况 3.3近3年的热点研究领域 3.4近3年新兴的技术趋势 3.5近3年可能逐渐衰退的技术领域 3.6核心技术领域解读
4 5
运动的机械装置； 机床的零件、部件或附件，如仿形装置或控制装 0% of 36 置；车削；镗削加工工艺
传递运动的机械装置；除传动装置、联轴器、离 排在前 TOP10 机构总量的 63.6%。 13 3位，申请专利数量占 CANON KK (CANO-C) 1986 - 2011 0% of 13 3 合器或制动器元件以外的转动工程元件；
时间保持精度、抗干扰、稳定工作。设备应有良好的耐磨性、抗振性等。
(4)高自动化。为了保证加工质量，减少人为因素影响，加工设备多采用数控 系统实现自动化。
二、超精密加工的国内外应用及发展情况
随着航空航天、国防工业、微电子工业、现代医学以及生物工
程技术的发展， 对精密/超精密三维微小零件(特征尺寸在微米级
(DTM—3型)。该机床可加工最大直径￠2100mm，多路激光干涉测量系统分辨
率为2．5nm。 1984年，LLNL实验室成功地研制出LODTM大型金刚石车床。该机床可加工 的最大直径为￠1625mm x 500mm，重量1360kg。采用的双频激光测量系统
分辨率为0．7nm，其主轴静态精度为：径向跳动≤25nm，轴向窜动≤51nm。
三、超精密加工技术发展总体态势分析
在科学技术迅猛发展和经济全球化的时代背景下，专利对科学研究的作 用和影响日益显著，通过专利技术分析，能够找出该技术领域涉及的主 要国家、机构和发明人，了解技术布局及研发热点，从而为研究人员全 面了解该领域技术的全球发展态势提供借鉴和参考。
本研究的分析数据主要来源于汤森路透的德温特世界专利创新索引（DII） 数据库，利用主题词TS=(Precision Machin*)or(Ultra precision machin*)进行检索，检索截止日期为2015年8月21日，1949年—2014 年间 ，共检索到DII数据库收录的中子探测器专利数据共940条 。采用 的分析工具为TDA（Thomson Data Analyzer）和智慧芽专利分析系统。