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 超精密加工機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用（第二遍）

      當(dāng)今的超精密機(jī)床坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)大多采用衍射光柵。光柵測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定性高，分辨率可達(dá)nm級(jí)。為了進(jìn)一步獲得超高的位置控制特性和加工表面質(zhì)量，采用DSP細(xì)分，測(cè)量系統(tǒng)分辨率可達(dá)納米級(jí)。 　　 　　

      納米級(jí)重復(fù)定位精度超精密傳動(dòng)、驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)光學(xué)級(jí)的確定性超精密加工，機(jī)床必須具有納米級(jí)重復(fù)定位精度的刀具運(yùn)動(dòng)控制品質(zhì)。伺服傳動(dòng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需消除一切非線性因數(shù)，特別是具有非線性特性的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦等效應(yīng)。因此，南京建克走心機(jī)數(shù)控車床，采用氣浮、液浮等摩擦效應(yīng)軸承、導(dǎo)軌、平衡機(jī)構(gòu)成了必然的選擇。伺服運(yùn)動(dòng)控制器除了高分辨、高實(shí)時(shí)性要求外，控制算法模式也需不斷進(jìn)步。

開放式高性能CNC數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)。從加工精度和效能出發(fā)，數(shù)控系統(tǒng)除了滿足超精密機(jī)床控制顯示分辨率、精度，實(shí)時(shí)性等要求，還需擴(kuò)展在機(jī)測(cè)量、對(duì)刀、補(bǔ)償?shù)仍S多輔助功能。通用數(shù)控系統(tǒng)難以滿足要求。所以，超精密機(jī)床現(xiàn)基本都采用PC運(yùn)動(dòng)控制器研制開放式CNC數(shù)控系統(tǒng)模式。 　

  高精度氣、液、溫度、振動(dòng)等工作環(huán)境控制技術(shù)。機(jī)床隔振及水平姿態(tài)控制。振動(dòng)對(duì)超精密加工的影響非常明顯，西鐵城走心機(jī)數(shù)控車床，遠(yuǎn)駛的汽車都有影響。機(jī)床隔振需采取特殊的地面處理和機(jī)床本體氣浮隔振復(fù)合措施。機(jī)床體氣浮隔振系統(tǒng)還需具備自動(dòng)調(diào)平功能，以防止機(jī)床加工中水平狀態(tài)變化對(duì)加工的影響。對(duì)于LODTM隔振要求高的機(jī)床，隔振系統(tǒng)的自然頻率要求在1HZ以下。溫度控制。溫度對(duì)加工精度的影響非常大。因此，LODTM機(jī)床溫控要求極其高。

應(yīng)用展望 　　 　　

      超精密加工機(jī)床系統(tǒng)與技術(shù)總的發(fā)展趨勢(shì)：更高的加工表面質(zhì)量、面形精度；朝大、小尺度兩個(gè)方向發(fā)展；提高工件復(fù)雜形面、不同材料的加工適應(yīng)性等。 　　 　　

大的尺度發(fā)展應(yīng)用如適應(yīng)未來(lái)空、地空強(qiáng)激光產(chǎn)品輕質(zhì)、高剛性金屬基主反射鏡加工的超大型SLODTM機(jī)床；地基超大口徑深空望遠(yuǎn)鏡（如歐洲的Euro50(Φ50m）、OWL(Φ100m))拼接式離軸非球面鏡（數(shù)米尺寸）加工的多軸超精密磨削加工等。 　　 　　

近年來(lái)，太赫茲（THZ）作為一門新興技術(shù)得到了廣泛重視，是未來(lái)超精密加工技術(shù)與機(jī)床極為廣大和重要的應(yīng)用領(lǐng)域。在大的尺度方面，太赫茲應(yīng)用不亞于前列的大的發(fā)展需求，如太赫茲天線鏡面加工需求。在小的尺度方面，太赫茲系統(tǒng)中的微型波紋喇叭天線（毫米級(jí)復(fù)雜形狀內(nèi)腔，微米級(jí)加工精度）是未來(lái)所需解決的超精密加工難題之一。在加工面形的復(fù)雜度方面，由于太赫茲波束控制元件表面電磁特性，其設(shè)計(jì)元件面形更具復(fù)雜性，如非對(duì)稱賦形自由曲面等。在加工材料方面，太赫茲應(yīng)用更具多樣性。

發(fā)展超精密加工機(jī)床系統(tǒng)，我國(guó)需重點(diǎn)突破的關(guān)鍵技術(shù)包括：高精度、高分辨率、高穩(wěn)定、大位移坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，沙河走心機(jī)數(shù)控車床，先進(jìn)控制算法（自適應(yīng)控制、二階動(dòng)態(tài)無(wú)差控制等）的高性能多軸運(yùn)動(dòng)控制器，工件在機(jī)超精密測(cè)量與補(bǔ)償技術(shù)，超高精度環(huán)境控制技術(shù)等

斜床身數(shù)控車床與平身數(shù)控車床的比較

機(jī)床布局對(duì)比

     平床身數(shù)控車床的兩根導(dǎo)軌所在平面與地平面平行。斜床身數(shù)控車床的兩根導(dǎo)軌所在平面則與地平面相交，成一個(gè)斜面，角度有30°，45°，60°，75°之分。從機(jī)床側(cè)面看，平床身數(shù)控車床的床身呈四方形，斜床身數(shù)控車床的床身呈直角三角形。很明顯，在相同導(dǎo)軌寬度的情況下，斜床身的X向拖板比平床身的要長(zhǎng)，應(yīng)用在車床的實(shí)際意義是可以安排更多的刀位數(shù)。切削剛性對(duì)比斜床身數(shù)控車床的截面積要比同規(guī)格平床身的大，即抗彎曲和抗扭能力更強(qiáng)。

     斜床身數(shù)控車床的刀具是在工件的斜上方往下進(jìn)行切削，切削力與工件的重力方向基本一致，所以主軸運(yùn)轉(zhuǎn)相對(duì)平穩(wěn)，不易引起切削振動(dòng)，而平床身數(shù)控車床在切削時(shí)，刀具與工件產(chǎn)生的切削力與工件重力成90°，容易引起振動(dòng)。機(jī)床加工精度對(duì)比

數(shù)控車床的傳動(dòng)絲桿是高精度的滾珠絲桿，絲桿與螺母之間的傳動(dòng)間隙很小，但也不是說(shuō)沒(méi)有間隙，而只要有間隙，當(dāng)絲桿向著一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)后再反向傳動(dòng)時(shí)，星牌走心機(jī)數(shù)控車床 ，難免會(huì)產(chǎn)生反向間隙，有反向間隙就會(huì)影響數(shù)控車床的重復(fù)定位精度，從而影響加工精度。斜床身數(shù)控車床的布局直接可以影響X方向滾珠絲桿的間隙，重力直接作用于絲桿的軸向，使傳動(dòng)時(shí)的反向間隙幾乎為零。平床身數(shù)控車床的X方向絲桿不受軸向重力影響，間隙無(wú)法直接消除。這就是設(shè)計(jì)給斜床身數(shù)控車床帶來(lái)的先天精度優(yōu)勢(shì)。

  

控制方式對(duì)加工精度的影響

開環(huán)控制：即不帶位置反饋裝置的控制方式。加工精度一般在0.02

mm

-0.05mm  精度左右。

半閉環(huán)控制：指在開環(huán)控制伺服電動(dòng)機(jī)軸上裝有角位移檢測(cè)裝置，通過(guò)檢測(cè)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角間接地檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)部件的位移反饋給數(shù)控裝置的比較器，與輸入的指令進(jìn)行比較，用差值控制運(yùn)動(dòng)部件。加工精度一般在0.01-0.02mm精度左右。

閉環(huán)控制：是在機(jī)床的終的運(yùn)動(dòng)部件的相應(yīng)位置直接直線或回轉(zhuǎn)式檢測(cè)裝置，將直接測(cè)量到的位移或角位移值反饋到數(shù)控裝置的比較器中與輸入指令移量進(jìn)行比較，用差值控制運(yùn)動(dòng)部件，使運(yùn)動(dòng)部件嚴(yán)格按實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)。加工精度一般在0.002-0.01mm精度左右。

與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有如下特點(diǎn)：

　　（1)優(yōu)點(diǎn)

　　1.加工精度高，具有較高的加工質(zhì)量；

　　2.可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件；

　　3.加工零件改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間；

　　4.機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機(jī)床的3~5倍）；

　　5.機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；

　　6.批量化生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量容易控制；

　　（2）缺點(diǎn)

　　1.對(duì)操作人員的素質(zhì)要求較低，對(duì)維護(hù)人員的技術(shù)要求較高。

　　2.但其加工路線不易控制，不像普通機(jī)床一樣直觀。

　　3.其維修不便，技術(shù)要求較高；

　　4.工藝不易控制

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