超精密切削加工實現條件

 

 

超精密切削加工實現條件

 

首先超精密加工的本質就是要實現穩定的最小切削厚度加工,其實現條件有四項關鍵的技術:

1、機床技術。超精密機床是實現超精密加工切削的首要條件,機床的剛度、驅動系統、主軸、工作臺、導向、軸承、潤滑、夾持系統、變形都對超精密加工有影響。因此,設計上需對機床系統整體和各部分技術具有全面、深刻的了解,并依可行性,從整體最優出發,周詳地進行關聯綜合設計。否則,即便是全部采用最好的部件、子系統,堆砌方法仍會導致失敗。在穩定性上,機床床身應該設計為高整體性,盡量減少裝配環節;整體熱處理,需解決相應大尺寸的熱處理設備、工藝。在驅動上應該采用精密數字伺服方式,在主軸的選擇上,小型機床采用空氣靜壓主軸方案,大型機床則一般采用液體靜壓主軸,但無論氣壓源或液壓源都需進行恒溫、過濾和壓力精密控制處理。在導軌的選擇上閉式液體靜壓導軌更具有優勢,它高抗振阻尼、高剛度、承載力大。在夾持定位上,現在的超精密機床坐標測量系統大多采用衍射光柵定位,光柵測量系統穩定性高,分辨率可達納米級,如為了進一步獲得較高的位置控制特性和表面加工質量,采用DSP細分,測量系統分辨率可達級。同時超精密機床必須具有納米級重復定位精度的刀具運動控制品質。伺服傳動、驅動系統需消除一切非線性因素,特別是具有非線性特性的運動機構摩擦等效應,因此采用氣浮、液浮等方式應用于軸承、導軌、平衡機構會更好。

2、刀具技術。金剛石刀具是超精密切削中的重要關鍵,刀具的幾何參數、結構、磨損、破損都會對加工產生不利影響。金剛石刀具的晶面的選擇、切削刃鈍圓半徑是最直接的影響因素。對于金剛石刀具磨損的影響、最小切削厚度、積屑瘤的研究較少,目前還在實驗室階段。工件材料對超精密加工有重要影響,其主要原因有:表面出現不純物,造成不規則的空穴和劃傷;結晶的晶界出現階梯;加工工件有殘留變形和殘留應力;對金剛石刀具的親和性,產生粘結現象等。為解決這些問題,可以采用高純度合金元素(例如99.99%Al)高真空熔解鑄造,用極高速度使鑄件冷卻,高于再結晶溫度進行長時間保溫等。

3、測量技術。超精密加工對測量技術有嚴格的要求,要求測量精度比加工精度高一個數量級。誤差檢測、補償、位移、形狀、粗糙、微位移機構、激光技術、表面變質層都是要考慮的因素。誤差補償國內外爭議較大,但要達到最高精度還是需要使用在線檢測和誤差補償,定位則采用激光干涉測長儀。

4、環境技術。加工環境條件的極微小變化都可能影響加工精度,超精密加工必須在超穩定的加工環境下進行。放置機床的房間要保持恒溫,對機床也要采取特殊的恒溫措施。另外,還需要用隔震系統來保證機床不受外界振動影響。機床隔振需采取特殊的地基處理和機床本體氣浮隔振復合措施。氣浮隔振系統采用具有位置控制的主動式氣墊。機床體氣浮隔振系統還需具備自動調平功能,以防止機床加工中水平狀態變化對加工的影響,對于機床的液壓源、冷卻水源的脈動也必須采取措施,如采取脈動濾波裝置等。

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