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 超精密加工機床關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用（第二遍）

      當(dāng)今的超精密機床坐標(biāo)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(zhì)量，采用DSP細分，測量系統(tǒng)分辨率可達納米級。 　　 　　

      納米級重復(fù)定位精度超精密傳動、驅(qū)動控制技術(shù)。為了實現(xiàn)光學(xué)級的確定性超精密加工，機床必須具有納米級重復(fù)定位精度的刀具運動控制品質(zhì)。伺服傳動、驅(qū)動系統(tǒng)需消除一切非線性因數(shù)，特別是具有非線性特性的運動機構(gòu)摩擦等效應(yīng)。因此，南京建克走心機數(shù)控車床，采用氣浮、液浮等摩擦效應(yīng)軸承、導(dǎo)軌、平衡機構(gòu)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(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?shù)仍S多輔助功能。通用數(shù)控系統(tǒng)難以滿足要求。所以，超精密機床現(xiàn)基本都采用PC運動控制器研制開放式CNC數(shù)控系統(tǒng)模式。 　

  高精度氣、液、溫度、振動等工作環(huán)境控制技術(shù)。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(shù)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(fù)合措施。機床體氣浮隔振系統(tǒng)還需具備自動調(diào)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(yīng)用展望 　　 　　

      超精密加工機床系統(tǒng)與技術(shù)總的發(fā)展趨勢：更高的加工表面質(zhì)量、面形精度；朝大、小尺度兩個方向發(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)未來空、地空強激光產(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(shù)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(shù)得到了廣泛重視，是未來超精密加工技術(shù)與機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（毫米級復(fù)雜形狀內(nèi)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(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)計元件面形更具復(fù)雜性，如非對稱賦形自由曲面等。在加工材料方面，太赫茲應(yīng)用更具多樣性。

發(fā)展超精密加工機床系統(tǒng)，我國需重點突破的關(guān)鍵技術(shù)包括：高精度、高分辨率、高穩(wěn)定、大位移坐標(biāo)測量系統(tǒng)，沙河走心機數(shù)控車床，先進控制算法（自適應(yīng)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(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

機床布局對比

     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，成一個斜面，角度有30°，45°，60°，75°之分。從機床側(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，應(yīng)用在車床的實際意義是可以安排更多的刀位數(shù)。切削剛性對比斜床身數(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。

     斜床身數(shù)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(zhuǎn)相對平穩(wěn)，不易引起切削振動，而平床身數(shù)控車床在切削時，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。機床加工精度對比

數(shù)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(dāng)絲桿向著一個方向運動后再反向傳動時，星牌走心機數(shù)控車床 ，難免會產(chǎn)生反向間隙，有反向間隙就會影響數(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，使傳動時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，間隙無法直接消除。這就是設(shè)計給斜床身數(shù)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

-0.05mm  精度左右。

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(zhuǎn)角間接地檢測出運動部件的位移反饋給數(shù)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(yīng)位置直接直線或回轉(zhuǎn)式檢測裝置，將直接測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(shù)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(zhì)量；

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

　　3.加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)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(chǎn)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(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量容易控制；

　?。?）缺點

　　1.對操作人員的素質(zhì)要求較低，對維護人員的技術(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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