一个国家制造业水平的高低,很大程度上取决于其基础制造装备水平的高低。2005年我国数控机床市场总容量约30000台,中、高档市场年需求量12000台,其中数控车床、加工中心(包括数控铣床)占60%,约7000台。基础制造装备不仅需求量大,而且对装备的技术水平的要求越来越高,如飞机制造业中的大台面多坐标数控龙门铣床、高速加工中心、专用高速蜂窝铣等。
超精密加工机床按加工原理可分为超精密切削、超精密磨削、研磨、抛光及超精密微细加工等。尽管各自在原理和方法上有很大的区别,但有着诸多可继承的共性技术,发展好共性技术,对超精密机床进行模块化设计是 快速发展的捷径。下面列举了几个发展超精密加工机床需要特别重视的单元技术。
1、超精密运动部件
超精密加工就是 在超精密机床设备上,利用零件与刀具之间产生的具有严格约束的相对运动,对材料进行微量切削,以获得极高形状精度和表面光洁度的加工过程。超精密运动部件是 产生上述相对运动的关键,它分为回转运动部件和直线运动部件两类。
高速回转运动部件通常是 机床的主轴,目前普遍采用气体静压主轴和液体静压主轴。气体静压主轴的主要特点是 回转精度高,如Pneumo公司的Nanoform250车床采用气体静压主轴,回转精度优于0.05μm;其缺点是 刚度偏低,一般<100N/μm。
近年来,在提高气浮主轴刚度方面有很多研究,如德国Kugler公司开发了半球型气浮主轴,刚度高达350N/μm;日本学者利用主动控制的方法增加主轴刚度,同时提高了回转精度;荷兰Eindhoven科技大学研制的薄膜结构被动补偿气浮轴承静刚度可趋于无穷,动刚度也大大提高。液体静压主轴与气浮主轴相比,具有承载能力大、阻尼大、动刚度好的优点,但容易发热,精度也稍差。
直线运动部件是 指机床导轨,同样有气体静压导轨和液体静压导轨两种 。由于导轨承载往往大于机床主轴而运动速度较低,超精密机床大多采用后者,如美国LLNL研制的LODTM采用的高压液体静压导轨,直线度误差<0.025μm/1000mm。同样,主动控制的方法适用于提高气浮导轨静态刚度,日本Tottori大学的Mizumoto等人将这一技术应用到其设计的超精密车床中,提高了导轨直线度。
2、超精密运动驱动与传递
为了获得较高的运动精度和分辨率,超精密机床对运动驱动和传递系统有很高的要求,既要求有平稳的超低速运动特性,又要有大的调速范围,还要求电磁兼容性好。
一般来说,超精密运动驱动有两种 方式:直接驱动和间接驱动。直接驱动主要采用直线电机,可以减少中间环节带来的误差,具有动态特性好、机械结构简单、低摩擦的优点,主要问题是 行程短、推力小。另外,由于摩擦小,很容易发生振荡,需要用优秀的控制策略来弥补。间接驱动是 由电机产生回转运动,然后通过运动传递装置将回转运动转换成直线运动。它是 目前超精密机床运动驱动方式的主流。电机通常采用低速性能好的直流伺服电机,如美国ParkHannifin公司的DM和DR系列直接驱动伺服执行器,输出力矩大,位置控制分辨率达到64万分之一。运动传递装置通常由联轴器、丝杠和螺母组成,它们 的精度和性能将直接影响运动平稳性和精度,也是 间接驱动方式的主要误差来源。美国麻省理工学院设计了两种 联轴节,分别采用球槽和柔性铰链结构,用于消除电机与丝杠不同轴误差。我国国防科技大学设计了一种 框架式浮动单元,用于连接螺母和工作台,可消除4个方向的运动误差。丝杠往往选择高精度的滚珠丝杠,另外也有气浮丝杠和磁浮丝杠用于超精密机床的实验研究,如俄罗斯研制的气浮/磁浮丝杠分辨率达到了0.01μm。日本新宿大学的Fukada通过在滑动丝杠、螺母和工作台间插入弹性体,将扭矩转化为微位移,使滑动丝杠达到纳米级分辨率。
在驱动方式上还有突破传统的创新研究,如日本Tottori大学的Mizumoto等人研制的扭轮摩擦装置,分辨率达到纳米量级;我国国防科技大学研制的扭轮摩擦装置的分辨率也接近纳米级水平。
铸铁平台的四个支撑点要垫好,使其更为牢固。为了防止铸铁平台发生变形,在吊装 铸铁平台时,要用比较结实的钢丝绳同时绑住铸铁平台上的四个起重孔,将铸铁平台平平稳稳的装在运输车上。在经过刮研的铸铁平台上推动表座、工件比较顺畅,无发涩感觉,方便了测量,保证了测量准确性。
铸铁平台在保证的时候,要用木材作为外包装,在一定的环境下还要做全封闭的包装。铸铁平台在精加工之前,底面需要清砂彻底,并且要喷涂红色的防锈漆,侧面也要喷漆。铸铁平台在保养不当的时候,就会生锈,影响使用,因此,在精加工之前,平台的各个表面都要喷上不同色的防锈漆。铸铁平台在使用之前,一定要选择质量好的,必须要有的平面度,才能在使用中高度精确。
铸铁平台在精度等级低于”00″级的平台工作面上,对于直径小于15mm的砂孔允许用相同的材料堵塞,其硬度应低于周围材料的硬度。在工作面上堵塞的部位应不多于四处,其相互之间的距离应不小于80mm。改善铸铁平台的内在质量,机械制造中的重要工艺之一就是 金属热处理和其它加工工艺相比,热处理一般不改变物件的表面化学成分。为了防止铸铁平台变形,在平台上操作完毕后,应把平台清理干净,不要留下过重的零件。懂得这些使用中的注意事项,我相信您的铸铁平台会使用的很长久。
铸铁平台的使用寿命和优点介绍:在使用过程中要检验模样的完整性,保证无缺陷使用。如果有缺陷要经过修理后才能够使用。起模时要注意敲击力度,铝模要垫木块进行敲击,减少铝模的受损程度。铸铁平台在使用以前有一道工艺叫做“刮研”,许多人不知道什么刮研,铸铁平台的刮研工艺和刮研的优点用处。刮研平面用于未淬火的工件或铸铁平台,它可使两个平面之间达到紧密接触。
铸铁平台使用时的注意事项:为了防止铸铁平台变形,在平台上操作完毕后,应把平台清理干净,不要留下过重的零件。懂得这些使用中的注意事项,我相信您的铸铁平台会使用的很长久。在经过刮研的铸铁平台上推动表座、工件比较顺畅,无发涩感觉,方便了测量,保证了测量准确性。铸铁平台需要进行热处理,因为它是 一种 大型铸件必须要经过热处理才能提高本身的使用价值。
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