精密与超精密切削加工技术具有以下特点。
(1)精密与超精密切削加工技术是一门多学科的综合性技术。精密与超精密切削加工包括机、电、光等多种技术,是一个内容极其广泛的制造系统工程,不仅要考虑加工方法、加工设备、加工刀具、加工环境、被加工材料、加工中的检测与补偿等,还要研究切削原理及其相关技术。
(2)加工和检测一体化。由于加工精度很高,表面粗糙度很低,如果在工件加工完后进行检测,出现的缺陷问题就难以解决了,因此要在加工过程中进行在线检测和在位检测。
(3)精密与超精密切削加工技术与自动化技术联系紧密。采用计算机控制、误差分离与补偿、自适应控制和工艺流程优化等技术,可以进一步提高加工精度和表面质量。而且,它们还能有效地减小甚至避免机器自身和手工操作引起的误差,保证了加工质量及其稳定性。
(4)精密与超精密切削原理和一般金属的切削原理不同。精密与超精密切削加工属于微量切削加工,能从被加工表面去除微量表层,去除的微量表层越薄,加工精度越高。相比之下,采用一般切削加工方法去除的材料层厚度较大。
精密与超精密切削加工技术是一项涉及内容广泛的综合性技术。只有将各个相关领域的技术与理论成果集成起来,才有可能实现和发展精密与超精密切削加工技术。
精密与超精密切削加工的关键技术包括金刚石刀具制造技术、精密与超精密切削加工机床制造技术、精密测量与误差补偿技术等。
1)金刚石刀具制造技术
精密与超精密切削加工刀具必须能够均匀地切除极薄的金属层。金刚石刀具是精密与超精密切削加工的主要工具。对于金刚石刀具,有两个重要的问题要解决:一是金刚石晶体的晶面选择,这对刀具的使用性能有重要影响;二是金刚石刀具刃口的锋利度,即刃口的圆弧半径,它直接影响切削加工中的最小切削深度,决定微量切除能力和加工质量。
2)精密与超精密切削加工机床制造技术
精密与超精密切削加工机床是实现精密与超精密切削加工的首要条件和基础。机床主轴回转精度、工作台的直线运动精度和刀具微量进给精度直接决定机床的精度。精密与超精密切削加工机床主轴的轴承必须具有很高的回转精度,转动平稳而无振动。工作台的直线运动精度由导轨决定,精密与超精密切削加工机床使用的导轨有滚动导轨、液体静压导轨、气浮导轨和空气静压导轨等。为提高刀具微量进给精度,必须使用微量进给机构。目前,比较适用的进给机构主要有弹性变形式微量进给机构和电致伸缩式微量进给机构等。
3)精密测量与误差补偿技术
精密与超精密切削加工技术离不开精密测量技术。精密与超精密切削加工要求测量精度比加工精度高一个精度等级。目前,精密与超精密切削加工中所使用的测量仪器大多以干涉法和高灵敏度电动测量微技术为基础,如激光干涉仪、多次光波干涉显微镜及重复反射干涉仪等。国外广泛发展非接触式测量方法并研究原子级加工精度的精密测量技术。
当加工精度高于一定精度等级后,若仍然采取提高机床的制造精度、保证加工环境的稳定性等误差预防措施,以提高加工精度,则会使成本大幅度增加。此时,应采取误差补偿措施,即通过消除或抵消误差本身的影响,以达到提高加工精度的目的。