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 超精密加工機床關鍵技術與應用（第二遍）

      當今的超精密機床坐標測量系統(tǒng)大多采用衍射光柵。光柵測量系統(tǒng)穩(wěn)定性高，分辨率可達nm級。為了進一步獲得超高的位置控制特性和加工表面質量，采用DSP細分，測量系統(tǒng)分辨率可達納米級。 　　 　　

      納米級重復定位精度超精密傳動、驅動控制技術。為了實現光學級的確定性超精密加工，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(tǒng)需消除一切非線性因數，特別是具有非線性特性的運動機構摩擦等效應。因此，南京建克走心機數控車床，采用氣浮、液浮等摩擦效應軸承、導軌、平衡機構成了必然的選擇。伺服運動控制器除了高分辨、高實時性要求外，控制算法模式也需不斷進步。

開放式高性能CNC數控系統(tǒng)技術。從加工精度和效能出發(fā)，數控系統(tǒng)除了滿足超精密機床控制顯示分辨率、精度，實時性等要求，還需擴展在機測量、對刀、補償等許多輔助功能。通用數控系統(tǒng)難以滿足要求。所以，超精密機床現基本都采用PC運動控制器研制開放式CNC數控系統(tǒng)模式。 　

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

應用展望 　　 　　

      超精密加工機床系統(tǒng)與技術總的發(fā)展趨勢：更高的加工表面質量、面形精度；朝大、小尺度兩個方向發(fā)展；提高工件復雜形面、不同材料的加工適應性等。 　　 　　

大的尺度發(fā)展應用如適應未來空、地空強激光產品輕質、高剛性金屬基主反射鏡加工的超大型SLODTM機床；地基超大口徑深空望遠鏡（如歐洲的Euro50(Φ50m）、OWL(Φ100m))拼接式離軸非球面鏡（數米尺寸）加工的多軸超精密磨削加工等。 　　 　　

近年來，太赫茲（THZ）作為一門新興技術得到了廣泛重視，是未來超精密加工技術與機床極為廣大和重要的應用領域。在大的尺度方面，太赫茲應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（毫米級復雜形狀內腔，微米級加工精度）是未來所需解決的超精密加工難題之一。在加工面形的復雜度方面，由于太赫茲波束控制元件表面電磁特性，其設計元件面形更具復雜性，如非對稱賦形自由曲面等。在加工材料方面，太赫茲應用更具多樣性。

發(fā)展超精密加工機床系統(tǒng)，我國需重點突破的關鍵技術包括：高精度、高分辨率、高穩(wěn)定、大位移坐標測量系統(tǒng)，沙河走心機數控車床，先進控制算法（自適應控制、二階動態(tài)無差控制等）的高性能多軸運動控制器，工件在機超精密測量與補償技術，超高精度環(huán)境控制技術等

斜床身數控車床與平身數控車床的比較

機床布局對比

     平床身數控車床的兩根導軌所在平面與地平面平行。斜床身數控車床的兩根導軌所在平面則與地平面相交，成一個斜面，角度有30°，45°，60°，75°之分。從機床側面看，平床身數控車床的床身呈四方形，斜床身數控車床的床身呈直角三角形。很明顯，在相同導軌寬度的情況下，斜床身的X向拖板比平床身的要長，應用在車床的實際意義是可以安排更多的刀位數。切削剛性對比斜床身數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。

     斜床身數控車床的刀具是在工件的斜上方往下進行切削，切削力與工件的重力方向基本一致，所以主軸運轉相對平穩(wěn)，不易引起切削振動，而平床身數控車床在切削時，刀具與工件產生的切削力與工件重力成90°，容易引起振動。機床加工精度對比

數控車床的傳動絲桿是高精度的滾珠絲桿，絲桿與螺母之間的傳動間隙很小，但也不是說沒有間隙，而只要有間隙，當絲桿向著一個方向運動后再反向傳動時，星牌走心機數控車床 ，難免會產生反向間隙，有反向間隙就會影響數控車床的重復定位精度，從而影響加工精度。斜床身數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，使傳動時的反向間隙幾乎為零。平床身數控車床的X方向絲桿不受軸向重力影響，間隙無法直接消除。這就是設計給斜床身數控車床帶來的先天精度優(yōu)勢。

控制方式對加工精度的影響

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

半閉環(huán)控制：指在開環(huán)控制伺服電動機軸上裝有角位移檢測裝置，通過檢測伺服電動機的轉角間接地檢測出運動部件的位移反饋給數控裝置的比較器，與輸入的指令進行比較，用差值控制運動部件。加工精度一般在0.01-0.02mm精度左右。

閉環(huán)控制：是在機床的終的運動部件的相應位置直接直線或回轉式檢測裝置，將直接測量到的位移或角位移值反饋到數控裝置的比較器中與輸入指令移量進行比較，用差值控制運動部件，使運動部件嚴格按實際需要的位移量運動。加工精度一般在0.002-0.01mm精度左右。

與普通機床相比，數控機床有如下特點：

　?。?)優(yōu)點

　　1.加工精度高，具有較高的加工質量；

　　2.可進行多坐標的聯(lián)動，能加工形狀復雜的零件；

　　3.加工零件改變時，一般只需要更改數控程序，可節(jié)省生產準備時間；

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

　　5.機床自動化程度高，可以減輕勞動強度；

　　6.批量化生產，產品質量容易控制；

　?。?）缺點

　　1.對操作人員的素質要求較低，對維護人員的技術要求較高。

　　2.但其加工路線不易控制，不像普通機床一樣直觀。

　　3.其維修不便，技術要求較高；

　　4.工藝不易控制