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我国超精密机床技术研究

我国超精密机床技术研究

高精度是数控机床的主流趋势在过去的30年里,世界范围的机床技术得到了很大程度的发展,机床技术的发展趋势也呈现出多元化的特点,比如高精度的趋势、高速运动的趋势、多运动轴的趋势、高可靠性的趋势、多功能复合化趋势、可重构的趋势、低能耗环保的趋势以及智能化的趋势等,但在所有的趋势中,最能够体现发展主流的趋势应该是高精度和智能化的趋势。刘炳业强调,高精度是数控机床的主流发展趋势,并且超精密加工的精度比精密加工精度还要高出一个数量级。

事实上,超精密加工技术所涉及的技术领域非常丰富。在北京机床研究所30多年的研究历程中,针对超精密加工技术所涉及到的相关技术,刘炳业系统地总结出了36个方面的关键前沿研究以及11项领先的核心技术。其中,关键前沿研究包括设计、运动部件、测量分析、工艺技术、主机制造技术和机床应用条件技术六方面内容。领先的核心技术涵盖:精密超精密主轴关键结构制造技术、精密超精密直线运动部件关键结构制造技术、高分辨率运动驱动技术、机床关键零部件的加工工艺制造技术、部件抵御外部干扰的特性技术、高稳定性快速直线运动的结构与制造技术、多运动轴机床的嵌套结构设计技术,以及针对目标零件制造的机床集成制造技术等内容。

在机床的精度从微米级到纳米级的发展历程中,有三项关键技术无法回避,这三项技术也是纳米精度机床的研究门槛。刘炳业分析称,其中一项技术是无迟滞的轴承技术,迟滞现象在机械系统中大量存在,迟滞现象不仅严重影响机床溜板的运动定位精度和重复定位的精度,也影响运动的高分辨率实现,同时也影响精密零件的加工形状精度以及表面粗糙度。而静压轴承技术可以很好地解决机械迟滞的现象,并且可以均化几何误差,在超精密机床中得到大量应用。静压技术在过去的十年时间里取得了重大进展,自补偿的反馈技术更为成熟。以流量控制的节流技术使静压轴承的刚度得到很大程度的提升,使超精密机床加工的材料硬度不断提高。

精密磨床磨削加工的分类

磨削加工,是指用磨料来去除工件材料的方法。根据不同的要求与工艺目的,磨削已经发展成为多种形式的加工工艺,它的应用范围相当广泛。本文所指的磨削,主要是指用砂轮进行磨削。砂轮磨削的目的在于:将毛坯加工成一定尺寸和形状的半精加工和精加工。它是各种金属材料、淬硬钢和各种高硬度、高强度难加工合金材料的加工手段,同时也是加工陶瓷、光学玻璃、橡胶、木材等非金属材料的加工手段。

一般来说,按照加工对象来分,可以分为内圆磨床、外圆磨床、平面磨床及成型磨削等。本文所指,以下皆为平面磨床。

精密磨床磨削加工的特点

1、砂轮表面有大量切削刃(磨粒),其形状、大小和分布处于不规则的随机状态,参加切削的磨粒数是具体条件而定。

2、每颗磨粒切去切屑厚度很薄,一般只有几微米,因此加工表面可以获得很高的精度和很低的表面粗糙度。一般表面粗糙度可以达到Ra0.08~0.05微米,精密磨削可以达到更高,所以磨削常用在精加工工序。

3、磨粒具有一定的脆性。磨粒在磨削力与热量的作用下会破裂及掉落从而更新其切削刃,这一性质称为“砂轮的自锐性”。

4、磨削效率高。一般砂轮磨削速度为35m/s左右,约为普通刀具的20倍以上,故可以获得较高的金属切除率。同时,磨粒和工件表面产生强烈的摩擦和急剧的塑性变形,所以产生大量的磨削热。

5、砂轮磨粒硬度高、热稳定性好,不但可以磨钢材、铸铁、铜铝等材料,还可以磨各种硬度高的材料,如淬硬钢、硬质合金、玻璃、陶瓷、石材等。而高硬度材料用一般的车、铣等传统加工方法很难加工。