[轉(zhuǎn)載]超精密加工機(jī)床的關(guān)鍵部件技術(shù) [復(fù)制鏈接]

1 引言 5P![fX|5  
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超精密加工機(jī)床的研制開發(fā)始于20世紀(jì)60年代。當(dāng)時(shí)在美國(guó)因開發(fā)激光核聚變實(shí)驗(yàn)裝置和紅外線實(shí)驗(yàn)裝置需要大型金屬反射鏡，因而急需開發(fā)制作反射鏡的超精密加工技術(shù)。以單點(diǎn)金剛石車刀鏡面切削鋁合金和無氧銅的超精密加工機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。1980年美國(guó)在世界上首次開發(fā)了三坐標(biāo)控制的M-18AG非球面加工機(jī)床，它標(biāo)志著亞微米級(jí)超精密加工機(jī)床技術(shù)的成熟。日本的超精密加工機(jī)床的研制開發(fā)滯后于美國(guó)20年。從1981～1982年首先開發(fā)的是多棱體反射鏡加工機(jī)床，隨后是磁頭微細(xì)加工機(jī)床、磁盤端面車床，近來則是以非球面加工機(jī)床和短波長(zhǎng)X線反射鏡面加工機(jī)床為主。德國(guó)、荷蘭以及中國(guó)臺(tái)灣的超精密加工機(jī)床技術(shù)也都處于世界先進(jìn)水平。我國(guó)的超精密加工機(jī)床的研制開發(fā)工作雖起步比較晚，但經(jīng)過廣大精密工程研究人員的不懈努力，已取得了可喜的成績(jī)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)精密工程研究所研制開發(fā)的HCM-Ⅰ超精密加工機(jī)床，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際水平。國(guó)外部分超精密加工機(jī)床和HCM-Ⅰ超精密加工機(jī)床的性能指標(biāo)如表1所示。本文主要論述超精密加工機(jī)床的關(guān)鍵部件技術(shù)。

表1 國(guó)內(nèi)外典型超精密車床性能指標(biāo)匯總 cFloaCz  

型號(hào)(生產(chǎn)廠家)		HCM-Ⅰ /n8\^4{fP{   (中國(guó)哈工大)	M-18AG ECvTmU'=   (莫爾特殊機(jī)床,美國(guó))	Ultraprecision CNC machine mBg$eiGTB   (東芝,日本)	Ultraprecision Lathe ;a~ e   (IPT，德國(guó))
主軸	徑向跳動(dòng)(µm)	-	≤0.075	≤0.05(500r/min)	≤0.048
	軸向跳動(dòng)(µm)	-	≤0.05	≤0.05(500r/min)	-
	徑向剛度(N/µm)	220	-	100	-
	軸向剛度(N/µm)	160	-	200	-
導(dǎo)軌	Z向(主軸)直線度	＜0.2µm/100mm	≤0.5µm/230mm	-	0.044µm/80mm
	X向(刀架)直線度	＜0.2µm/100mm	≤0.5µm/410mm	-	0.044µm/80mm
	X、Z向垂直度(")	≤1	1	-	-
	重復(fù)定位精度(µm)	-	1(全程) #-bz$w#*   0.5(25.4mm)	-	-
加工 Z3z"c B   工件 )cBO_   精度	形面精度(µm)	圓度：0.1	平面度：0.3	＜0.1(P-V值)	0.1
	表面粗糙度(µm)	Ra0.0042	0.0075(P-V值)	Ra0.002	0.002～0.005RMS
位置反饋系統(tǒng)分辨率(µm)		-	25	2.5	10
溫控精度(℃)		≤0.004	±0.006	±0.1	-
隔振系統(tǒng)固有頻率(Hz)		≤2	2	-	-
加工范圍(mm)		320	356	650×250	-

2 主軸系統(tǒng) 4)E$. F^   
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超精密加工機(jī)床的主軸在加工過程中直接支持工件或刀具的運(yùn)動(dòng)，故主軸的回轉(zhuǎn)精度直接影響到工件的加工精度。因此可以說主軸是超精密加工機(jī)床中最重要的一個(gè)部件，通過機(jī)床主軸的精度和特性可以評(píng)價(jià)機(jī)床本身的精度。目前研制開發(fā)的超精密加工機(jī)床的主軸中精度最高的是靜壓空氣軸承主軸(磁懸浮軸承主軸也越來越受到人們的重視，其精度在迅速得到提高)�？諝廨S承主軸具有良好的振擺回轉(zhuǎn)精度。主軸振擺回轉(zhuǎn)精度是除去軸的圓度誤差和加工粗糙度影響之外的軸心線振擺，即非重復(fù)徑向振擺，屬于靜態(tài)精度。目前高精度空氣軸承主軸回轉(zhuǎn)精度可達(dá)0.05µm，最高可達(dá)0.03µm，由于軸承中支承回轉(zhuǎn)軸的壓力膜的均化作用，空氣軸承主軸能夠得到高于軸承零件本身的精度。例如主軸的回轉(zhuǎn)精度大約可以達(dá)到軸和軸套等軸承部件圓度的1/15～1/20。日本學(xué)者研究表明，當(dāng)軸和軸套的圓度達(dá)到0.15～0.2µm的精度時(shí)，可以得到10nm的回轉(zhuǎn)精度，并通過FFT測(cè)定其所制造的精度最高的空氣軸承主軸的回轉(zhuǎn)精度為8nm。HCM-Ⅰ超精密加工機(jī)床的密玉石空氣軸承主軸的圓度誤差≤0.1µm。另外，空氣軸承主軸還具有動(dòng)特性良好、精度壽命長(zhǎng)、不產(chǎn)生振動(dòng)、剛性/載荷量具有與使用條件相稱的值等優(yōu)點(diǎn)。但是在主軸剛度、發(fā)熱量與維護(hù)等方面需要做細(xì)致的工作。要做到納米級(jí)回轉(zhuǎn)精度的空氣軸承主軸，除空氣軸承的軸及軸套的形狀精度達(dá)到0.15～0.2µm，再通過空氣膜的均化作用來實(shí)現(xiàn)外，還需要保持供氣孔流出氣體的均勻性。供氣孔數(shù)量、分布精度、對(duì)軸心的傾角、軸承的凸凹、圓柱度、表面粗糙度等的不同，均會(huì)影響軸承面空氣流動(dòng)的均勻性。而氣流的不均勻是產(chǎn)生微小振動(dòng)的直接原因，從而影響回轉(zhuǎn)精度。要改善供氣系統(tǒng)的狀況，軸承材料宜選用多孔質(zhì)材料。這是因?yàn)槎嗫踪|(zhì)軸承是通過無數(shù)小孔供氣的，能夠改善壓力分布，在提高承載能力的同時(shí)，改善空氣流動(dòng)的均勻性。多孔質(zhì)材料的均勻性是很重要的。因?yàn)槎嗫踪|(zhì)供氣軸承材料內(nèi)部的空洞會(huì)形成氣腔，如不加以控制會(huì)引起氣錘振動(dòng)，為此必須對(duì)表面進(jìn)行堵塞加工。 AkVgFQg" n  
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