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机械加工产品的质量从加工精度上可以分为普通加工,精密加工,高精密加工和超精密加工四种。普通加工的精度在10~100um,精密加工精度在3~10um,高精密加工精度在0.1~3um,而精度要求高于0.1um的属于超精密加工的精度。

超精密加工机床与一般机床相比较的话,最大的差别就是加工精度差别很大,由加工精度引起的差异,导致在普通机床上,设计者们根本不重视不考虑热变形、力变形、振动、定位及材料等因素,而在超精密机床上却恰恰相反,这些无一不影响着超精密机床加工出来的产品的精度,除了上面提到的因素,主轴回转精度、主轴受力及热的变形、主轴驱动、工件夹持、导轨运动直线性及定位等都是在设计超精密机床上不能避开的要点。

下面,我们就简单来谈一谈机床的结构材料、机床的主轴、直线导轨、进给和微量进给系统对超精密加工机床的影响。

机床的结构材料对于超精密机床来说,它选用的材料对于机床的精度影响是很大的。在以前,铸铁和钢一直作为机床的主要结构材 料,在未来也依旧会作为普通机床的材料存在,发挥极大的作用。但是,对于超精密机床来说,它选用的材料要满足性能稳定、热变形小、振动衰减性好等众多要求,而这些严苛的眼球对于铸铁和钢来说是难以满足的,特别是对于热变形的要求。针对这个问题,国外的发达国家,早就开始针对材料问题来进行研发创新了,其中,天然花岗岩材料就属于新开发的材料之一,天然花岗岩材料优点重多,它的膨胀系数仅有普通材料的的2/3,目前在很多超精密机床上得到了应用。而在,公认的制造业强国日本,最新的开发材料是精密陶瓷材料,它的热膨胀系数仅为铸铁的1/20一1/240!

机床的主轴在机械加工过程中,主轴是直接连接着刀具刀柄,进而对工件进行加工的。因此,主轴的回转精度对工件加工精度是有最直接的影响的。因此,我们可以毫不夸张的说,主轴是超精密加工机床中最重要的一个部件,在一般情况下,机床主轴的精度和特性是代表着在这台机床本身的精度的。在现阶段,已有的超精密加工机床中配备的主轴精度最高的是空气静压轴承主轴,最顶尖的主轴回转精度可以达到0.03um。

直线导轨

直线导轨作为刀具和工件相对定位的机构,其地位是仅次于主轴的重要部分。对于超精密加工机床来说,直线导轨要求很简单:动作灵活、无爬行等不连续动作;直线精度好;在实际应用中拥有和使用条件相适应的刚度;高速运动时要求发热量小,同时维修保养要容易。目前,市场上的超精密加工机床中,比较常见且常用的导轨有v-v型滑动和滚动导轨、液体静压导轨和气体静压导轨。而目前世界上最好的导轨是空气静导轨,它的直线度可以做到0.1~0.2um/250mm。

进给和微量进给系统在进给系统中,我们在机床上见到最多的是各种进给丝杠,而在超精密加工机床上使用的滚珠丝杠的精度等级普遍为c0。滚珠丝杠相较于静压丝杠,是其不需要一些附属装置,因此在使用上是极为方便的,但是作为进行亚微米级加工的超精密加工机床的进给丝杠同时还要考虑到的是滚珠的转动和滚珠间的接触滑动是有微小的振动及与滑动丝杠等相比较具有振动衰减特性差等一些问题的。在超精密加工机床中对于微量进给机构的应用也很广泛,而这些应用都是为了满足对更高定位精度和进给分辨率的要求,在使用过程中,我们常用的方法有:滚动丝杠进给和弹性进给并用的方法,粗调和微调压电元件组合的方法等

环境条件对于超精密加工来说,环境要求也很严格,其中小编整理总结了三点。一是干净,作为超精密加工机床的工作环境应为2000~3000级以下;二是振动,在使用超精密加工机床时,必须拥有性能优良的隔振装置。目前国内外超精密加工机床中,大多采用空气弹簧隔振系统;三是温度,对于超精密加工来说,加工时的环境温度应该是在恒温条件下进行的,对于这个问题,我们可以从两个方面入手解决,一是选择适合的部件材料,在超精密加工机床中常用的材料有氧化铝陶瓷、铸铁、钢、殷钢、花岗岩、树脂混凝土和零膨涨玻璃。二是要保证温度的控制稳定.

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