精密加工和超精密加工處于發(fā)展中,當(dāng)前有以下幾個(gè)特點(diǎn)。
(1)形成了系統(tǒng)工程精密加工和超精密加工是一門多學(xué)科的綜合高級(jí)技術(shù),要達(dá)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(cè)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(dá)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(jì)算機(jī)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(jī)理、建立數(shù)學(xué)模型的同時(shí),還要研究各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)。
(2)精密加工和超精密加工與微細(xì)加工和超微細(xì)加工關(guān)系密切徽細(xì)加工和超微細(xì)加工是指制造微小尺寸零件和超佛小尺寸零件的生產(chǎn)加工技術(shù)。微細(xì)加工和超微細(xì)加工的出現(xiàn)和發(fā)展與集成電路密切相關(guān),集成電路要求在徽小面積的半導(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)、單元芯片上的電子元件數(shù)和***小線條寬度是集成電路集成度的標(biāo)志,同時(shí)也表示了其制造難度和水平,如表0-1所示,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(xì)加工與一般尺寸加工在概念和機(jī)理上是不同的,一般尺寸加工時(shí),精度是用公差單位來表示的,公差=公差等級(jí)系數(shù)×公差單位,相同精度有相等的公差等級(jí)系數(shù),但公差單位隨基本尺寸的大小而不同,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(jì)算。而微細(xì)加工時(shí),由于加工尺寸很小,精度就用尺寸的絕對(duì)值來表示。因?yàn)閺墓ぜ慕嵌葋砜矗话慵庸ず臀⒓?xì)加工的***大差別是切屑的大小(厚度)不同。微細(xì)加工時(shí)背吃刀量極小,切削在材料的晶體內(nèi)部進(jìn)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(jí)加工、原子級(jí)加工。
微細(xì)加工與一般尺寸加工雖然在概念和機(jī)理上有所不同,但從加工技術(shù)上來看,微細(xì)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(xì)加工是屬于精密加工和超精密加工范疇。實(shí)際上,兩者的許多加工方法都是相同的,只是加工對(duì)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(jī)、光、電、聲熱、化學(xué)、磁、原子等能源來進(jìn)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(dú)加工方法,更可采用復(fù)合加工方法,應(yīng)用十分廣泛。目前,許多精密加工和超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(shí),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(dāng)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(jìn)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(jī)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(zhǎng),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(kuò)大了加工應(yīng)用范圍。
(4)加工檢測(cè)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(cè)手段,才能說明是否達(dá)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(yàn)都是難題,而且往往檢測(cè)的難度更大,只有采用加工檢測(cè)一體化的策略,在加工的同時(shí)考慮檢測(cè)。
從檢測(cè)過程的時(shí)域來分析,檢測(cè)可分為離線檢測(cè)、在位檢測(cè)和在線檢測(cè)三大類。離線檢測(cè)是指加工完成后,在檢驗(yàn)室檢測(cè),因此,加工與檢測(cè)是分離的,如果檢測(cè)不合格,由于加工精度很高,一般很難返修。在位檢測(cè)是指加工完成后,工件不卸下,在機(jī)床上進(jìn)行檢測(cè),如果檢測(cè)不合格,可及時(shí)返修,不會(huì)產(chǎn)生返修時(shí)再次裝夾造成的誤差,但要考慮離線檢測(cè)和在位檢測(cè)由于檢測(cè)環(huán)境的差異對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。在線檢測(cè)是在加工的過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),隨時(shí)掌握加工誤差值及其發(fā)展趨勢(shì),并進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,是一種動(dòng)態(tài)檢測(cè)過程。
誤差補(bǔ)償是提高加工精度的一個(gè)有效技術(shù)措施,可分為靜態(tài)誤差補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償兩大類。靜態(tài)誤差補(bǔ)償主要用來補(bǔ)償工藝系統(tǒng)中的系統(tǒng)誤差,如誤差校正尺。動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償是加工過程中的實(shí)時(shí)補(bǔ)償,可以補(bǔ)償工藝系統(tǒng)中的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差,動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償和在線檢測(cè)是
密切相關(guān)的。
數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、微位移機(jī)構(gòu)的發(fā)展,豐富了誤差補(bǔ)償方法,特別是使在線檢測(cè)與動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償有了長(zhǎng)足進(jìn)步。在精密加工和超精密加工中,檢測(cè)與誤差補(bǔ)償是加工檢測(cè)一體化的重要舉措。
(5)精密加工和超精密加工與自動(dòng)化技術(shù)聯(lián)系密切制造自動(dòng)化是先進(jìn)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(dòng)生產(chǎn)率、改善工作環(huán)境和工人勞動(dòng)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)定性的重要舉措。同時(shí),它又是快速響應(yīng)市場(chǎng)需求、縮短生產(chǎn)制造周期的有力措施。精密加工和超精密加工要達(dá)到高質(zhì)量,必須依靠自動(dòng)化技術(shù)才能保證。如工藝過程***化與適應(yīng)控制、檢測(cè)與誤差補(bǔ)償、計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)都是提高和保證加工質(zhì)量的自動(dòng)化技術(shù)。
雖然精密加工和超精密加工的加工質(zhì)量在當(dāng)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(shì)來看,自動(dòng)化技術(shù)代替手工的比例越來越大,加工效果也越來越***。
(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現(xiàn)代精密加工和超精密加工從加工成形的原理和特點(diǎn)來分類,可分為去除加工、結(jié)合加工去除加工又稱為分離加工,是從工件上去除一部分材料,如車削、銑削、磨削、電火花加工質(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(guó)加利福尼亞大學(xué)Lawrence Live-mor實(shí)驗(yàn)室和Y-12工廠在能源部支持下, 于1989年聯(lián)合研制成功的DTM-3型超精密金剛石車床,就是針對(duì)了加工激光核聚變用的各種反射鏡、大型天體望遠(yuǎn)鏡的天線等,反映了航天技術(shù)的需求。我國(guó)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(jìn)行的。當(dāng)前,精密機(jī)床、超精密機(jī)床的規(guī)格化、系列化遠(yuǎn)不及普通機(jī)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(qiáng),價(jià)格又十分昂貴,隨著市場(chǎng)需求的擴(kuò)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、系列化的精密加工和超精密加工設(shè)備一定會(huì)更為廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中。