精密加工和超精密加工處于發(fā)展中,當前有以下幾個特點。
(1)形成了系統(tǒng)工程精密加工和超精密加工是一門多學科的綜合高級技術(shù),要達到高精度和高表面質(zhì)量,不僅要考慮加工方法本身,而且涉及被加工材料、加工設(shè)備及工藝裝備、檢測方法、工作環(huán)境和人的技藝水平等。因此,孤立的加工方法是不能達到預(yù)定的效果的,必須有綜合技術(shù)和條件的支持,從而形成了精密加工系統(tǒng)工程。精密加工技術(shù)與系統(tǒng)論、方法論、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)的結(jié)合,更促成了精密加工系統(tǒng)工程的形成。在研究精密加工和超精密加工理論和表面形成機理、建立數(shù)學模型的同時,還要研究各項相關(guān)技術(shù)。
(2)精密加工和超精密加工與微細加工和超細加工關(guān)系密切 微細加工和超微細加工是指制造微小尺寸零件和超微小尺寸零件的生產(chǎn)加工技術(shù)。微細加工和超微細加工的出現(xiàn)和發(fā)展與集成電路密切相關(guān),集成電路要求在微小面積的半導(dǎo)體材料芯片上制造出更多的元件,形成各種復(fù)雜功能的電路。因此,單元芯片上的單元邏輯門電路數(shù)、單元芯片上的子元件數(shù)和***小線條寬度是集成電路集成度的標志,同時也表示了其制造難度和水平。表中列出了小、中、大、超大規(guī)模集成電路的參數(shù)與性能。
微細加工與一般尺寸加工在概念和機理上是不同的,一般尺寸加工時,精度是用公差單位來表示的,公差=公差等級系數(shù)x公差單位,相同精度有相等的公差等級系數(shù),但公差單位隨基本尺寸的大小面不同,基本尺寸愈大,公差單位愈大,按基本尺寸的分段范圍有不同的公式來計算。面微細加工時,由于加工尺寸很小,精度就用尺寸的絕對值來表示。因為從工件的角度來看,一般加工和微細加工的***大差別是切屑的大小(厚度)不同。微細加工時背吃刀量極小,切削在材料的晶體內(nèi)部進行,切削去除量用“加工單位尺寸”或稱“加工單位”來表示,加工單位”的大小代表了加工精度的水平,如分子級加工、原子級加工。微細加工與一般尺寸加工雖然在概念和機理上有所不同,但從加工技術(shù)上來看,微細加工主要是加工微小尺寸,而精密加工和超精密加工既加工大尺寸,也加工小尺寸,因此,微細加工是屬于精密加工和超精密加工范疇。實際上,兩者的許多加工方法都是相同的,只是加工對象有所不同而已。
(3)精密加工和超精密加工與特種加工關(guān)系密切 特種加工是指利用機、光、電、聲、熱、化學、磁、原子等能源來進行加工的非傳統(tǒng)加工方法,近年來發(fā)展很快,不僅可以采取單獨加工方法,更可采用復(fù)合加工方法,應(yīng)用十分廣泛。目前,許多精密加工和題精密加工方法采用了激光加工、離子束加工等特種加工工藝,開辟了精密加工和超精密加工的新途徑,一些高硬度、脆性的難加工材料,如淬火鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、石英、金剛石等,一些剛度差、加工中易變形的零件,如薄壁零件、彈性零件等,在精密加工和超精密加工時,特種加工已是必要手段,甚至是唯一手段,形成了精密特種加工。
當前,雖然傳統(tǒng)加工方法仍占有較大的比例,是主要加工手段,應(yīng)該重視并進一步發(fā)展,但由于特種加工的迅速興起,不僅出現(xiàn)了許多新加工機理,而且出現(xiàn)了各種復(fù)合加工技術(shù),它將幾種加工方法融合在一起,發(fā)揮各自之所長,相輔相成,具有很大的潛力,可以提高加工精度、表面質(zhì)量和效率,并且擴大了加工應(yīng)用范圍。
(4)加工檢測一體化 精密加工和超精密加工的加工精度和表面質(zhì)量都很高,因此,一定要有相應(yīng)的檢測手段,才能說明是否達到技術(shù)要求。所以,在精密加工和超精密加工中,加工和檢驗都是難題,而且往往檢測的難度更大,只有采用加工檢測一體化的策略,在加工的同時考慮檢測。從檢測過程的同時來分析,檢測可分為離線檢測、在位檢測和在線檢測三大類。離線檢測是指加工完成后,在檢驗室檢測,因此,加工與檢測是分離的,如果檢測不合格,由于加工精度很高,一般很難返修。在位檢測是指加工完成后,工件不卸下,在機床上進行檢測,如果檢側(cè)不合格,可及時返修,不會產(chǎn)生返修時再次裝夾造成的誤差,但要考慮離線檢測和在位檢測由于檢測環(huán)境的差異對檢測結(jié)果的影響。在線檢測是在加工的過程中進行實時檢測,隨時掌加工誤差值及其發(fā)展趨勢,并進行實時控制,是一種動態(tài)檢測過程。
誤差補償是提高加工精度的一個有效技術(shù)措施,可分為靜態(tài)誤差補償和動態(tài)誤差補償兩大類。靜態(tài)誤差補償主要用來補償工藝系統(tǒng)中的系統(tǒng)誤差,如誤差校正尺。動態(tài)誤差補償是加工過程中的實時補償,可以補償工藝系統(tǒng)中的隨機誤差和系統(tǒng)誤差,動態(tài)誤差補償和在線檢測是密切相關(guān)的。
數(shù)控技術(shù)、計算機控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、微位移機構(gòu)的發(fā)展,豐富了誤差補償方法,特別是使在線檢測與動態(tài)誤差補償有了長足進步。在精密加工和超精密加工中,檢測與誤差補償是加工檢測一體化的重要舉措。
(5)精密加工和超精密加工與自動化技術(shù)聯(lián)系密切 制造自動化是先進制造技術(shù)的重要組成部分,它的作用不僅是提高效率、提高勞動生產(chǎn)率、改善工作環(huán)境和工人勞動條件,而且是提高加工精度和表面質(zhì)量、避免手工操作引起的人為誤差、保證加工質(zhì)量及其穩(wěn)定性的意要舉措。同時,它又是快速響應(yīng)市場需求、縮短生產(chǎn)剩造周期的有力措施。精密加工和超精密加工要達到高質(zhì)量,必須依靠自動化技術(shù)才能保證。如工藝過程***化與適應(yīng)控制、檢測與誤差補償,計算機控制等技術(shù)都是提高和保證加工質(zhì)量的自動化技術(shù)。雖然精密加工和超精密加工的加工質(zhì)量在當前仍靠工人的技藝來保證,如研磨、刮研等加工方法仍依賴于手工,但從發(fā)展的趨勢來看,自動化技術(shù)代替手工的比例越來越大,加工效果也越來***。
(6)精密加工和超精密加工的發(fā)展與產(chǎn)品需求聯(lián)系緊密 精密加工和超精密加工由于在加工質(zhì)量上要求高,技術(shù)上難度大,涉及面廣,影響因素多,因此,往往投資很大,所以精密加工和超精密加工的發(fā)展與具體的產(chǎn)品需求關(guān)系密切。例如,美國加利福尼亞大學 Lawrence livemsr實驗室和y12工廠在能源部支持下,于1989年聯(lián)合研制成功的DM-3型超精密金剛石車床,就是針對了加工激光核聚變用的各種反射鏡、大型天體望遠鏡的天線等,反映了航天技術(shù)的需求。我國在精密加工和超精密加工技術(shù)的發(fā)展上也是結(jié)合了航天、航空技術(shù)上的具體需求進行的。當前,精密機床、超精密機床的規(guī)格化、系列化遠不及普通機床,品種也不夠多,主要是由于在技術(shù)上推廣不夠,通用性不強,價格又十分昂貴,隨著市場需求的擴大、產(chǎn)品質(zhì)量的提高和精密加工技術(shù)的不斷成熟,通用化、系列化的糖密加工和超精密加工設(shè)備一定會更為廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)實際中。