高精密和超精密机床卫汉华 (2).docx

本文由斜管填料 酚醛保温板 联合整理发布高精密和超精密机床卫汉华高精密加工随着航空航天、汽车等工业的技术发展和环保要求的不断提高,对零件的加工精度和工艺要求也越来越高。以满足欧盟Ⅴ尾气排放要求的柴油发动机为例,燃油喷射阀门(图1)需要在每一冲程内快速开闭 5~8 次,而阀门往复行程仅 20μm, 对阀门的气密性和动态特性的要求很高,从而对其加工精度的要求也大大提高。图1高精度燃油喷射阀门为了满足上述要求,对这些零件的加工精度要求很高,超出了一般精密加工机床可能达到的要求。尽管超精密加工机床可以达到所需的精度,但由于超精密加工对机床的床身、导轨、主轴的特殊结构,使该类机床不仅价格高昂,也有行程偏小、切削效率低、装夹时间长等缺点,难以满足尺寸较大工件的大批量生产需要。高精度加工机床是对应上述加工要求的机床。高精密加工的精密度级别介乎精密加工与超精密加工之间,如表 1所示。高精度加工在定义上的一个特点是除了公差范围以外,也同时考虑零件尺寸大小和批量。加工大批量零件时保持 5μm的公差,加工相互配合的两个零件时保持 2μm的公差,或用小直径的立在定位精度为 μm的机床上进行加工等,都属于高精密加工的范畴。也就是说,零件尺寸和工件批量决定了某些特定公差实现的难度。高精度机床的结构特点为了实现较高精度的切削运动,高精密加工机床的运动控制普遍采用较高级别的功能部件。在导轨和轴承方面,由于高精度加工需要实现高精度和平稳的定位运动、轨迹运动和微小距离运动,因此高精度加工机床采用静压丝杠和静压导轨较为常见。此外,高精密加工机床的电主轴也可采取动压或静压轴承的方案,以同时实现支承和冷却功能,并提高主轴的刚度和阻尼性能。在位置控制方面,由于精密测量是控制高精度加工的前提,要保证机床的运动达到需要的精度级别,其电子尺的测量精度须要高 1~2 个数量级。目前高精度加工机床一般采用分辨率达 ~ μm的玻璃光栅。机床的加工精度、光洁度和寿命与机床的刚性成正比,因此高精度加工机床尤其重视床身的设计和材料选择。以瑞士 DIXI 公司的 JIG 系列坐标镗床为例,其床身材料为球墨铸铁,经过有限元分析优化后,床身的静态刚度达 120N/ μm,比一般高 3倍,高频动态刚度比一般机床高 2~3 倍。此外,JIG 系列机床的床身采用三点支撑,并将刀库、电气本文由斜管填料 酚醛保温板 联合整理发布柜、托盘交换装置等周边系统与床身分离,此举除可以简化机床安装以外,还有提高机床稳定性、降低床身颤动的作用。提高机床刚性的另一种途径是使用人造花岗石材料浇注的床身。以德国 KERN 公司的 Pyramid Nano 机床为例,该机床采用了 KERN 公司专有的 Armorith 人造花岗石材料(图 2中灰色表示 Armorith 人造花岗石材料,蓝色表示金属部件), 与球墨铸铁相比, Armorith 材料的阻尼性能高 10倍,热导率低 50% ,热膨胀系数也较低。稳定的温度及震动阻尼基座使 Pyramid Nano 机床可以加工出光洁度非常高的表面。此外,Armorith 材料具有非常高的密度,2t重的机身仅占 2 车间面积。高精密机床的热管理机床运行时产生的热量所造成的热变形对加工精度会产生巨大的影响。超精密机床由于机床的总质量远高于所切削的材料,而且单位时间的切削量少