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超精密切削加工实现条件

发布时间:2016-12-29

首先超精密加工的本质就是要实现稳定的最小切削厚度加工,其实现条件有四项关键的技术:

1、机床技术。超精密机床是实现超精密加工切削的首要条件,机床的刚度、驱动系统、主轴、工作台、导向、轴承、润滑、夹持系统、变形都对超精密加工有影响。因此,设计上需对机床系统整体和各部分技术具有全面、深刻的了解,并依可行性,从整体最优出发,周详地进行关联综合设计。否则,即便是全部采用最好的部件、子系统,堆砌方法仍会导致失败。在稳定性上,机床床身应该设计为高整体性,尽量减少装配环节;整体热处理,需解决相应大尺寸的热处理设备、工艺。在驱动上应该采用精密数字伺服方式,在主轴的选择上,小型机床采用空气静压主轴方案,大型机床则一般采用液体静压主轴,但无论气压源或液压源都需进行恒温、过滤和压力精密控制处理。在导轨的选择上闭式液体静压导轨更具有优势,它高抗振阻尼、高刚度、承载力大。在夹持定位上,现在的超精密机床坐标测量系统大多采用衍射光栅定位,光栅测量系统稳定性高,分辨率可达纳米级,如为了进一步获得较高的位置控制特性和表面加工质量,采用DSP细分,测量系统分辨率可达A°级。同时超精密机床必须具有纳米级重复定位精度的刀具运动控制品质。伺服传动、驱动系统需消除一切非线性因素,特别是具有非线性特性的运动机构摩擦等效应,因此采用气浮、液浮等方式应用于轴承、导轨、平衡机构会更好。

2、刀具技术。金刚石刀具是超精密切削中的重要关键,刀具的几何参数、结构、磨损、破损都会对加工产生不利影响。金刚石刀具的晶面的选择、切削刃钝圆半径是最直接的影响因素。对于金刚石刀具磨损的影响、最小切削厚度、积屑瘤的研究较少,目前还在实验室阶段。工件材料对超精密加工有重要影响,其主要原因有:表面出现不纯物,造成不规则的空穴和划伤;结晶的晶界出现阶梯;加工工件有残留变形和残留应力;对金刚石刀具的亲和性,产生粘结现象等。为解决这些问题,可以采用高纯度合金元素(例如99.99%Al)高真空熔解铸造,用极高速度使铸件冷却,高于再结晶温度进行长时间保温等。

3、测量技术。超精密加工对测量技术有严格的要求,要求测量精度比加工精度高一个数量级。误差检测、补偿、位移、形状、粗糙、微位移机构、激光技术、表面变质层都是要考虑的因素。误差补偿国内外争议较大,但要达到最高精度还是需要使用在线检测和误差补偿,定位则采用激光干涉测长仪。

4、环境技术。加工环境条件的极微小变化都可能影响加工精度,超精密加工必须在超稳定的加工环境下进行。放置机床的房间要保持恒温,对机床也要采取特殊的恒温措施。另外,还需要用隔震系统来保证机床不受外界振动影响。机床隔振需采取特殊的地基处理和机床本体气浮隔振复合措施。气浮隔振系统采用具有位置控制的主动式气垫。机床体气浮隔振系统还需具备自动调平功能,以防止机床加工中水平状态变化对加工的影响,对于机床的液压源、冷却水源的脉动也必须采取措施,如采取脉动滤波装置等。