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宁波珩磨机公司超精密加工设计制造

发布日期:2012-04-05 16:55:12 来源: www.nbhaigong.com.cn 点击量:

超精密加工机床设计与制造的关键与核心问题是保证超精密加工工艺和目标的实现。因此,超精密加工机床的设计和制造的基本原则和要求是:消除或减少机床上的热源和振源;提高机床的结构刚度和几何精度;减少机床的变形(含温度变形和力变形)对机床加工精度的影响等。为了实现这些基本原则和要求,超精密加工机床设计时,经常采取一些原则措施。尽量不用或少用摩擦发热量大的传动装置(如机械无级调速器),并把工作过程中发热量大的热源(如电机、冷却润滑油箱等)与机床本体结构分离或隔热,以避免热量落入机床本体引起机床结构的热变形。选用热胀系数α和导热系数λ值低的材料作机床的重要零部件材料。这样的材料如表1所示。与此同时也要尽量采用热物理特性相同或相近的材料来制造机床的构件和零部件。

零部件的结构设计力求热对称,而且应考虑采取强迫的风冷或液体冷却并预留相应的冷却液循环流动通道。当冷却的尺寸范围在200mm~1500mm时,风的流量应为(3~10)m3/s或液体的通量为(1~10)L/s,从而可分别保持温度波动为±0.05°C和±0.02°C。对个别强热源处(如主轴轴承)所产生的热量,必要时可采用专门的热管带走。 超精密加工机床不仅要考虑安装和工作在恒温室里,而且在极高精度要求的情况下,还应考虑控制机床工作在温度±0.01°C的油淋浴的恒温箱中,因此,机床的工作过程必须是完全自动或遥控的,不能有人在现场,以免人的活动和体温对环境条件产生影响。为了避免振动影响加工精度,除了机床必须安装在由空气支承、弹簧支承或其他有效的隔振器支承的地基上外,机床上的旋转运动件也要严格进行动平衡,残馀不平衡量应小于0.5~1g.mm。与此同时,为了消除和减少机床本身内部振源,要尽量采用运动平稳的传动系统,如非接触的气动和液体传动,禁止或避免采用带有冲击力的传动,如有间隙的换向机构等。通过振源振动频率的调整(如改变转速)或通过对机床工艺系统的质量(m)和弹簧刚度(k)等动力参数的选择使振源的振动频率与机床工艺系统的固有频率相互远离,避开共振区,减少振动对机床工作的影响。

选用具有高内阻尼系数的材料,如天然大理石、人造大理石、陶瓷等或采用不清砂的双层壁铸铁件作为机床的结构件,以保证高度衰减内部产生和外部传来的振动,因为振动衰减的效果正比于阻尼系数(即衰减指数)。正常情况下,铸铁的衰减指数为0.006~0.008,而天然大理石和人造大理石的衰减指数则分别为0.02~0.04和0.06~0.08;不清砂的双层壁铸件可以大大增加结构的内阻尼,因而可大大提高衰减振动的效果。主轴部件设计的关键指标是回转精度和刚度,为此优先采用带有温控的低噪音主轴电机并通过扭矩或各种电磁的和薄膜的联轴节与主轴联接进行驱动,主轴轴承则采用具有自定位功能的球面气浮或液体静压轴承结构。用此结构的主轴精度(径向和轴向跳动)可达0.01μm。当工作压力为0.3MPa~0.6MPa时,气浮轴承的平均刚度为200N~400N/μm,液体静压轴承则为600N~1000N/μm。但为了主轴跳动不超过0.05μm,供油压力的波动值不应大于0.01MPa,油温波动也不应大于0.05°C。