国防科大、上交大、华科大和西交大联合策划——高性能超精密制造丨JME特邀专栏
制造精度是制造水平的重要标志，同时也是一个发展的概念。我国超精密制造技术一方面向更高精度发展，亚纳米精度或原子及近原子尺度制造将成为重要发展趋势。另一方面多物理参数约束下的高性能制造亦是制造发展的迫切需求，超精密制造的主要任务不再是单纯提高制造精度，而是在兼顾精度的同时考虑零件本征特性的调控，满足极端工况下的服役要求。因此，超精密加工技术内涵的发展主要表现在从高精度向高性能的变化上。为此，”专栏，广邀本领域专家学者结合自身科研实践，介绍最新研究进展、总结学科发展脉络及面临的挑战，集中展示高性能超精密制造在原理方法、工艺技术、机床装备及其应用等方面的最新研究进展，促进学术交流，推动相关领域纵深发展。专栏共收录论文
戴一帆，江苏南京人，国防科技大学教授，博士生导师。兼任超精密加工技术湖南省重点实验室主任，高层次领军人才、国家百千万人才工程人选、授予“有突出贡献中青年专家”荣誉称号，享受专业技术人才岗位一类津贴、国务院特殊津贴。主要从事机械工程领域超精密加工技术研究，研究方向为精密工程与计算机控制、现代光学制造，近五年，主要承担基础加强重点、国家重点研发计划、国家自然科学基金重点/重大项目等任务。研制了磁流变抛光和离子束抛光机床，超精密主轴和快速伺服刀具等高端装备，解决高精度加工和强光元件加工领域等一系列难题。获国家技术发明二等奖1项，军队科技进步一等奖1项，湖南省科技进步一等奖1项，指导学生获“上银”机械学科博士学位论文金奖。获授权发明专利40余项。发表论文200多篇，出版学术专著9部、教材1部。
朱利民，上海交通大学长江学者特聘教授、国家杰青、万人计划领军人才、美国机械工程师学会会士、国际纳米制造学会会士。长期从事精密超精密加工与检测方面的研究，以第一完成人获教育部自然科学一等奖1项，以主要完成人获国家自然科学二等奖和国家科技进步二等奖各1项。
许剑锋，华中科技大学机械科学与工程学院副院长、教授，数字制造装备与技术国家重点实验室副主任，国家杰出青年科学基金获得者，入选国家高层次人才。主要研究方向为超精密制造技术、智能制造技术与装备。
杨树明，西安交通大学机械工程学院院长、教授，国家杰出青年科学基金获得者，国家重点研发计划项目首席，陕西省重点科技创新团队带头人，国际纳米制造学会(ISNM)会士，亚洲精密工程与纳米技术学会(ASPEN)理事，从事微纳制造及测量技术研究。
陈善勇，国防科技大学智能科学学院机械工程学科研究员、博导，获湖南省杰青基金。从事光学检测与超精密加工技术研究，获军队和湖南省科技进步一等奖各1项，指导博士生获机械工程学会上银机械优博铜奖和全军优秀博士学位论文。
高端装备极端性能要求：关注了聚变点火、同步辐射、光刻机、深空探测、侦察预警等高端装备的极端性能要求，包括聚焦、极高能量输出、极高峰值功率、极端尺寸光束聚焦和纳米尺度精确图案转印等；
关键光学元件的重要性：强调了强光元件、同步辐射反射镜、掩膜版和光刻物镜、深空探测X射线反射镜等关键光学元件对实现高端装备极端性能的关键作用，这些元件需要具备高精度、低损伤、低应力、洁净制造和功构一体等特性；
光学制造技术的挑战：指出了传统光学制造方法面临的挑战，即从高精度制造向高性能制造的转变，需要解决多物理参数约束下的高性能要求，对制造水平提出更高要求；
高性能光学制造的内涵和发展趋势：总结了近年来国内外围绕光学元件和超精密零件高性能光学制造的工作，阐明了高性能光学制造的内涵，介绍了关键技术和发展趋势，例如面向特殊材料/结构、高功率/高能辐照、低缺陷和洁净制造等需求。
戴一帆，江苏南京人，国防科技大学教授，博士生导师。兼任超精密加工技术湖南省重点实验室主任，高层次领军人才、国家百千万人才工程人选、授予“有突出贡献中青年专家”荣誉称号，享受专业技术人才岗位一类津贴、国务院特殊津贴。主要从事机械工程领域超精密加工技术研究，研究方向为精密工程与计算机控制、现代光学制造，近五年，主要承担基础加强重点、国家重点研发计划、国家自然科学基金重点/重大项目等任务。研制了磁流变抛光和离子束抛光机床，超精密主轴和快速伺服刀具等高端装备，解决高精度加工和强光元件加工领域等一系列难题。获国家技术发明二等奖1项，军队科技进步一等奖1项，湖南省科技进步一等奖1项，指导学生获“上银”机械学科博士学位论文金奖。获授权发明专利40余项。发表论文200多篇，出版学术专著9部、教材1部。
分析了磨削系统稳定性的主要影响因素，深入探讨了颤振的成因和磨削系统动力学建模的进展，这对于理解磨削颤振的产生机理和稳定性具有重要意义；
从频域、时域、试验等方面重点分析了磨削稳定性模型的求解方法，比较并归纳了各种求解方法的过程原理、研究现状以及优缺点，为解决磨削颤振问题提供了理论支持和技术指导；
总结了磨削稳定性分析的应用方法和现状，同时对未来磨削加工颤振稳定性研究的发展方向进行了展望，为该领域的进一步研究和应用提供了思路和建议。
康仁科，教授、博士生导师，精密/特种加工及微制造技术教育部国防重点实验室主任，大连理工大学“高性能精密制造创新团队”核心成员，辽宁省“兴辽英才计划”杰出人才，辽宁省杰出科技工作者，大连市高层次领军人才，中国机械工程学会极端制造分会副主任，中国机械工程学会生产工程分会常务委员。国家重点研发计划项目首席，基础加强重点项目首席。先后承担国家重点研发计划项目1项、JKW基础加强计划重点项目1项国防基础科学挑战计划项目1项、国防预研项目2项、国家973计划课题1项、国家863计划课题1项、国家自然科学基金重大项目课题2项、重点项目2项，省部级项目多项。国家技术发明一等奖1项、二等奖1项，省部级一等奖7项，授权国际发明专利7项，中国发明专利200多项，发表学术论文400多篇，其中SCI/EI收录200多篇。
引用格式:刘汉中, 张瑞涛, 宗文俊, 孙涛. 微圆弧金刚石刀具刃磨关键技术及应用[J]. 机械工程学报, 2023, 59(21): 34-42.
介绍微圆弧金刚石刀具的应用和制造技术，分析不同定向刀具的切削刃强度与其刀刃圆弧波纹度、锋利度和耐用度的关系；
解析不同定向微圆弧金刚石刀具的切削刃强度空间分布规律，预测其刀具磨损形貌和耐磨损性能，提出微圆弧金刚石刀具定向设计方法；
介绍高精度微圆弧金刚石刀具机械刃磨装备的关键技术难点，给出相应的解决方案，优化微圆弧金刚石刀具的机械刃磨制造工艺，从提高刀具寿命的角度提出微圆弧金刚石刀具的未来发展方向。
刘汉中，工学博士，哈尔滨工业大学精密工程研究所助理研究员，上银奖获得者，主要研究方向：微金刚石工具设计制造及应用技术研究、大尺寸金刚石晶体抛光工艺技术研究和超精密加工装备与工艺技术研究。
宗文俊，工学博士，哈尔滨工业大学精密工程研究所教授/博导，获省部级奖励2项，研究方向：金刚石工具设计制造技术研究、超精密加工理论、工艺及装备技术研究、先进光学制造技术研究和超精密加工CAM工业软件开发等。
孙涛，工学博士，哈尔滨工业大学精密工程研究所教授/博导，获省部级奖励7项，研究方向：超精密加工、检测理论与装备制造技术研究、微/纳制造技术研究等。
引用格式:黄维维, 张鑫泉, 朱利民. 基于重复控制的快速刀具伺服系统前馈补偿方法[J]. 机械工程学报, 2023, 59(21): 43-51.
提出了基于重复控制的离线前馈补偿方法，实现了快速刀具伺服系统对非周期参考轨迹的高速精密跟踪；
相比于二自由度控制方法，提出的离线前馈补偿方法对随机均匀B样条曲线和复合频率正弦曲线的均方根跟踪误差分别减小94.47%和93.83%；
基于快速刀具伺服系统的超精密车削加工实验表明：使用提出的离线前馈补偿方法加工得到的网格面和复眼透镜阵列的最大轮廓误差分别为93.59 nm 和134.73 nm，表面粗糙度均小于5 nm。
朱利民，上海交通大学长江学者特聘教授、国家杰青、万人计划领军人才、美国机械工程师学会会士、国际纳米制造学会会士。长期从事精密超精密加工与检测方面的研究，以第一完成人获教育部自然科学一等奖1项，以主要完成人获国家自然科学二等奖和国家科技进步二等奖各1项。
张鑫泉，上海交通大学机械与动力工程学院副教授，入选国家海外高层次人才计划（青年项目）。主要研究方向为超精密智能制造，以及智能光学系统。
黄维维，上海交通大学机械与动力工程学院博士后。主要研究方向为快速刀具伺服系统的设计、控制与超精密加工应用。
引用格式:李涛, 黄惟琦, 龙归, 杨思铄, 张建国, 肖峻峰, 许剑锋. 单晶硅的激光抛光表面形貌演化[J]. 机械工程学报, 2023, 59(21): 52-64.
介绍激光抛光技术的应用背景及表面张力驱动表面形貌演化的基本原理，通过X射线衍射仪与透射电子显微镜检测残余应力与晶体结构，证明了单晶硅熔化前塑性变形的存在；
发现在单脉冲激光抛光过程中，塑性变形、毛细流动和热毛细流动的耦合作用诱发中心凸起和边缘堆积的“山”字形表面形貌；
分析激光扫描间距对抛光表面形貌的影响，发现合适的间距设置可消除塑性变形引起的中心凸起，单晶硅表面粗糙度可从4.04 nm 降低至0.34 nm。
肖峻峰，华中科技大学机械科学与工程学院副教授，主要研究方向为毛细流动及其在精密制造中的应用、场辅助超精密加工，入选湖北省高层次人才计划。
李涛，华中科技大学机械科学与工程学院硕士研究生，主要研究方向为单晶硅激光抛光表面形貌演化。
黄惟琦，华中科技大学机械科学与工程学院博士研究生，主要研究方向为基于激光诱导的光学表面成形，并结合场辅助超精密加工开展超光滑表面制造工艺与装备研究。
引用格式:潘延安, 鲍岩, 冯嘉健, 殷森, 董志刚, 康仁科. 高比重钨合金超声椭圆振动切削去除机理研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(21): 65-74.
对超声椭圆振动切削轨迹进行分析，结合瞬时剪切角变化，建立了超声椭圆振动切削弯矩及切削力模型，并基于上述模型，通过与常规车削相对比，对超声椭圆振动切削特性进行分析；
采用单晶金刚石刀具，进行高比重钨合金超声椭圆振动划擦实验和切削实验，并通过SEM、白光共聚焦显微镜、X射线残余应力分析仪等设备对材料塑脆特性、切屑厚度、切削表面残余应力及切削表面加工损伤等进行检测与分析；
理论分析与切削实验表明，与常规车削相比，超声椭圆振动切削下材料去除尺度由微米量级减小为纳米量级，高比重钨合金表现出更强的塑性；随着剪切角变化，超声椭圆振动切削在材料去除过程中，会产生更大的向下的分力，在切削表面留下更大的残余应力；超声椭圆振动切削下，切削方向与材料断裂方向更为一致，结合锋利的单晶金刚石刀具，有利于实现高比重钨合金超精密切削。
康仁科，教授、博士生导师，精密/特种加工及微制造技术教育部国防重点实验室主任，大连理工大学“高性能精密制造创新团队”核心成员，辽宁省“兴辽英才计划”杰出人才，辽宁省杰出科技工作者，大连市高层次领军人才，中国机械工程学会极端制造分会副主任，中国机械工程学会生产工程分会常务委员。国家重点研发计划项目首席，基础加强重点项目首席。先后承担国家重点研发计划项目1项、JKW基础加强计划重点项目1项国防基础科学挑战计划项目1项、国防预研项目2项、国家973计划课题1项、国家863计划课题1项、国家自然科学基金重大项目课题2项、重点项目2项，省部级项目多项。国家技术发明一等奖1项、二等奖1项，省部级一等奖7项，授权国际发明专利7项，中国发明专利200多项，发表学术论文400多篇，其中SCI/EI收录200多篇。
引用格式:李洲龙, 王锐, 范哲, 朱利民. 大气等离子体射流加工的热误差在线补偿方法[J]. 机械工程学报, 2023, 59(21): 75-84.
搭建了环-环型结构的大气等离子体发生装置，可形成放电稳定且回转对称的等离子体长射流，基于红外热成像实现了大气等离子体射流加工区域的在线温度测量，并分析了加工过程中全局和局部热效应对材料去除速率的影响规律；
建立了考虑热效应的时变非线性去除函数模型及标定方法，依据加工区域温度的实时测量数据，实现了基于驻留时间动态调整的大气等离子体射流加工热误差在线补偿技术，有效提升了光学元件的修形精度。
朱利民，上海交通大学长江学者特聘教授、国家杰青、万人计划领军人才、美国机械工程师学会会士、国际纳米制造学会会士。长期从事精密超精密加工与检测方面的研究，以第一完成人获教育部自然科学一等奖1项，以主要完成人获国家自然科学二等奖和国家科技进步二等奖各1项。
李洲龙，上海交通大学副教授、博导、德国洪堡学者。主要从事超精密抛光技术与装备的研究，主持国家自然基金面上项目、青年项目等课题8项，发表论文20余篇。曾获上海市浦江人才、上银优秀机械博士论文等荣誉。
引用格式:熊万里, 曾旭, 张翰乾, 李媛媛, 原帅, 金志鑫. 全液体静压支承结构磨削系统的磨削成圆规律及圆度极限预测[J]. 机械工程学报, 2023, 59(21): 85-98.
提出了磨床砂轮主轴、头架主轴和尾架主轴全部采用液体静压支承结构的磨削系统方案，建立了计入砂轮主轴回转误差、头架主轴回转误差、尾架主轴回转误差、双顶尖不同轴误差、工件初始表面轮廓圆度误差和工件材料磨削深度的磨削系统动力学模型；提出了基于Newmark-β数值积分方法的“磨削力-瞬态磨削深度”循环迭代收敛算法，实现了工件外圆轮廓精度形成过渡过程的定量仿真，揭示了磨削成圆的相关规律；
利用项目组研制的WNM400 全液体静压支承结构的数控复合磨床进行实验研究，证实了所建立模型、所提出算法和所揭示磨削成圆规律的有效性，根据相关规律优化磨削工艺，批量磨削工件的圆度达到0.1-0.3um。相比于目前国内外普遍采用的“滚动轴承头架支承式主轴+固定顶尖”磨削方案（最高圆度0.2 -0.5 um），磨削精度得到了显著提升；
利用被证实有效的全液体静压支承结构磨削系统数学模型和仿真算法，对磨削工件外圆可能达到的圆度精度极限进行了预测：当砂轮主轴、头架主轴和尾架主轴跳动误差均为0.005um，双顶尖不同轴误差0.3um/220mm，砂轮动平衡精度G0.05时，磨削工件的圆度精度可达0.012um。
熊万里，湖南大学教授、博士生导师、国家高效磨削工程中心总工程师，中国机械工程学会“青年科技成就奖”（2009）、教育部新世纪优秀人才（2011）、武汉市创新岗位特聘专家（2013）和广州市创新领军人才（2019）等称号获得者。长期致力于超高速、超精密电主轴和高速直驱电机中的科学问题、技术问题和产业化应用问题的研究工作，主持完成国家重大科技专项、国家工业强基工程项目、国家自然科学基金项目和企业委托项目20余项。主持研制成功“我国第一台永磁同步型电主轴”、电机内装式液体动静压电主轴、315kW/17000rpm高速大功率电机、高铁轨道铣磨车主轴、超精密液体静压头架、液体静压修整器、12kW/120000rpm带涡轮能量回收燃料电池空压机等十余种国内首台套产品。申请及授权发明专利 60 余项和软件著作权 10 项。发表学术论文近 100 篇，出版合著 3 部。专利成果大部分已产业化，专利产品在数百家用户单位广泛应用。荣获国家科技进步奖二等奖、广东省科技进步奖一等奖、教育部科技进步奖二等奖和中国专利优秀奖等奖励 10 余项。
曾旭，湖南大学博士研究生，主要从事高性能超精密磨削加工方向的研究工作。主研参加国家重大科技专项、国家工业强基工程项目和国家自然科学基金项目共3项，在高性能磨削加工方向发表学术论文5篇（其中SCI论文4篇，一区论文1篇，2区论文1篇），获得国家软件著作权授权1项。
张翰乾，广州市昊志机电股份有限公司研发部经理，“广州市珠江科技新星”称号获得者。长期从事超高速超精密电主轴的研究开发和成果转化工作，主持开发的多款超高速超精密气体静压电主轴和液体静压电主轴已实现批量化生产和应用。主研国家工业强基工程项目和重点研发计划项目4项，获授权发明专利12项，荣获2022年度广东省科技进步奖一等奖。
提出了一种高效的数据驱动MIMO定结构前馈控制方法，可有效补偿参考轨迹引入的伺服误差，降低各自由度间的耦合，从而提高光刻机超精密运动台对不同轨迹跟踪任务的适应性及跟踪性能；
所提方法无需对光刻机运动台建模，且每次迭代仅需一次轨迹跟踪实验。将所提方法应用于课题组自主研发的光刻机硅片台，2种参考轨迹的跟踪实验结果验证所提方法在有效提高轨迹跟踪性能的同时降低各自由度间的耦合。
李敏，博士，中国地质大学（武汉）教授，硕士/博士生导师，湖北省人才计划入选者。主持工信部重点项目、国基金面上与青年项目等，主要研究方向为精密/超精密动力学建模、数据驱动控制理论与应用、智能学习与预测。
朱煜，清华大学长聘教授，中组部 “万人计划”首批科技创新领军人才，科技部首批重点领域“超精密机械与测控创新团队”负责人，国家科技重大专项02专项总体专家组副组长、技术副总师，研制出国内首个光刻机双工件台系统样机。
杨开明，博士，清华大学副研究员。主持国家科技重大专项02专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”多个课题，主要研究方向为运动控制、精密驱动、超精密测量及信号处理。
引用格式:唐皓, 张贺, 张栋, 高贵兵, 郑煜. 基于微动特性分析的精密线性平台微行程重复定位精度表征与补偿[J]. 机械工程学报, 2023, 59(21): 110-120.
深入开展微行程尺度下的运动系统动力学分析，提出了一种基于微动特性研究的微行程重复定位误差表征方法；
求解丝杠螺母副等效刚度、等效摩擦、直线导轨等效摩擦等物理信息，建立微行程尺度下动力学微分方程，基于统计学规律计算其重复定位精度分布规律。结果表明，不同行程下重复定位精度基本保持不变，且与系统微行程动力学模型非常接近；
本方法阐明了微行程重复定位精度的形成机理，可用于精确预测精密运动系统重复定位精度。
唐皓，湖南科技大学副教授，主要方向为复杂精密运动系统误差分析，主持国家、省部级项目10余项，于Int J Mach Tool Manu, Precis Eng., 机械工程学报等期刊发表论文30余篇。担任湖南省机械工程学会理事、湘潭市机械工程学会副秘书长等职。
郑煜，中南大学教授，主要方向为集成光子器件设计/制造与封装，主持国家、省部级项目10余项，发表论文80余篇；授权发明专利50余项；出版专著2本、译著1本。获湖南省技术发明一、二等奖各1项、中国机械工程学会科技进步二等奖1项。
基于材料的物相表征方法揭示化学镀NiP非晶合金的微观变形机制，从而得到提高功能微结构轮廓精度的非晶态-晶态转变调控方法；
基于有限元法建立二维楔形工件和三维凸面闪耀光栅的动态切削过程，探究微米尺度下不同刀具倾斜角度的切屑和材料流动机理，提出功能微结构轮廓顶端泊松毛刺的抑制方法；
提出基于多轴联动的凸球面闪耀光栅加工方法，并优化切削工艺获得闪耀面粗糙度优于3nm Ra的高精度凸球面闪耀光栅元件；
彭小强，国防科技大学教授、博士生导师；入选国家级科技创新领军人才、获国家级人才科学基金资助。从事光学超精密制造技术研究，创新发展光学磁流变抛光、离子束抛光和超精密切削装备与工艺，在光学元件制造理论、装备和工艺方面取得突破，为高性能光学系统研制做出贡献。获国家技术发明二等奖、省部级科技进步一等奖等；发表SCI论文50余篇，获授权国家发明专利70余项。
李煌，国防科技大学智能科学学院博士研究生，主要研究方向为先进光学制造、表面功能结构超精密加工等，主持湖南省研究生科研创新项目1项，发表SCI/EI论文10余篇，授权发明专利4项，获得第九届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛国赛铜奖。
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