零件超精密加工条件.doc

机床主轴的超精密加工条件机制三班 孙康 200800160226机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。通常由主轴、轴承和传动件（齿轮或带轮）等组成。主轴部件。除了刨床、拉床等主运动为直线运动的机床外，大多数机床都有主轴部件。主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的重要因素。衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和速度适应性。 旋转精度：主轴旋转时在影响加工精度的方向上出现的径向和轴向跳动（见形位公差），主要决定于主轴和轴承的制造和装配质量。 动、静刚度：主要决定于主轴的弯曲刚度、轴承的刚度和阻尼。 速度适应性：允许的最高转速和转速范围，主要决定于轴承的结构和润滑，以及散热条件机床主轴材料机床主轴一般选用40Cr或38CrMOAL 实现精密超精密加工的条件 超精密加工技术是一项涉及内容广泛的综合性技术，实现车床主轴的超精密加工，不仅需要精密的机床设备和工具、也需要稳定的环境条件，还需运用计算技术进行实时检测和反馈补偿，只有将各个领域的技术成果集应起来才有可能实现和发展精密加工。 1精密加工机床 精密加工机床娃实现精密加工的首要条件。机床必须满足(1)高精度。包括高的静精度和动精度，主要的性能指标有几何精度、运动精度(定位精度、重复定位精度)和分辨力等，如主轴回转精度、导轨运动精度、分度精度等。当前，超精密车床的主轴回转精度大多在0.020.03m，导轨直线度为0.025/1000000，定位精度为0.013m，重复定位精度为0.006m，进给分辨力为0.003m，分度精度为0.5。现代的精密机床和超精密机床大多采用液体静压轴承或空气静压轴承的主轴和导轨，精密滚珠丝杠传动，配有微动工作台、误差补偿装置，实现微位移。对于高速回转的零件、部件都应进行动平衡。 (2)高刚度。包括静刚度和动刚度，除零、部件本身的刚度外，还应注意接触刚度，同时应考虑由工件、机床、刀具、夹具所组成的工艺系统刚度。精密机床和超精密机床虽然切削力不大，但机床受力变形将会造成精度上的很大影响。 (3)高稳定性和保持性。设备在经过运输、仓储、安装调试后，在规定的工作环境下，使用过程中应能长时间保持精度、抗干扰、稳定地工作。因此，加工设备应有良好的耐磨性、抗振性、热稳定性。 (4)高自动化。为了保证加工质量，减少人为因素影响，现代精密机床和超精密机床多配置精密数控系统以实现自动控制，或采用计算机控制来实现适应控制、优化等以保证零件生产加工要求。2金刚石刀具 精密切削加工必须能够均匀地切极薄的金属层，微量切除是精密加工的重要特征之一。金刚石刀具是精密切削中的重要手段。 对于超精密研磨和抛光，可采用铸铁、锡、聚酯、呢毡等材料作研具或抛光器，采用金刚石、立方氯化硼、锆刚玉、铬刚玉、氧化铝、碳化硅等磨料，进行非接触研磨抛光、软质粒子研磨抛光、液中研磨抛光等，获得高精度和低表面粗糙度。3精密切削机理 精密切削是微量切削，微量切削过程中许多机理方面的问题部有其特殊性，必须对这些切削机理方面的问题进行深入研究，掌握变化规律以便更好地利用精密加工技术提高零件的加工精度和表面质量。4稳定的加工环境 精密加工必须在稳定的加工环境下进行，主要包括恒温、恒湿、防振和空气净化4个方面的条件。 (l)恒温。环境温度可根据加工要求控制在20(10.02)，甚至达到(200.0005)。达到恒温的办法可采用专门恒温室(间)的整体恒温和恒温罩的局部恒温。整体恒温可采用大恒温室、中恒温室、小恒室、地下恒温室等多层套间结构，逐渐得到控制精度越来越高的室温；同时采用地板恒温方式使温度分布均匀。 由于季节的温差，为了节省能源，标准室温在夏季可定为23、冬季可定为17，事实证明，这样的规定是可行的。 (2)恒湿。在恒温室内，一般湿度保持在55%60%，以防止机器的锈蚀，石材吸水膨胀，以及会影响一些仪器如激光干涉仪的零点漂移等。 (3)净化。在超精密加工时，空气中的尘埃可能会划伤被加工表面，有时尘埃的大小可能比磨料的颗粒还要大，从而会破坏加工表面，使磨料加工不能达到预期效果，因此要进行空气的洁净处理。 进行空气净化的主要方法是滤清，进行净化的房间称净化室或超净室。净化可分为整体净化和局部净化，局部净化如净化工作台、净化腔等，其方法是在净化区内通入正压洁净空气，可防止外界空气进入，以保持净化效果，且比较经济。由于人是要进入净化室工作的，工作人员的衣物、头发、皮肤都会带入尘埃，因此，在进入净化室前应更换专门的衣服，甚至是特制的无尘服，进行风淋后，再进室工作，以控制人员活动时产生尘埃的影响，保持洁净度。 由于直径大于0.5m的尘埃对超精密加工的表面质量影响最大，故通常用每立方英尺体积中直径大于0.5m的尘埃数来表示空气净化等级，一般净化要求在100级10000级。 (4)防振。在精密加工和超精密加工时，振动对加工质量的影响比较大，其振源来自两方面，一是机床等加工设备产生的振动，如由回转零件的不平衡，零件或部件刚度不足等；二是来自加工设备外部，由地基传入的振动，如邻近机床工作时产生的振动，这就需要将加工设备安放在带防振沟和隔振器的防振地基上，同时可使用空气弹簧(垫)来隔离低频振动，灵活方便，效果良好。 5检测与误差补偿 机床主轴的超精密加工必须具备相应的检测技术和手段，不仅要检测零件的精度和表面粗糙度，而且要检测加工设备及基础元、部件的精度。 高精度的尺寸、几何形状及位置尺寸等可采用分辨力为0.l0.01m的电子测微计、分辨力为0.010.001m的电感测微仪、电容测微仪，以及自准直仪、双频激光干涉仪、圆度仪等来检测。 轴系回转精度低速时静态检测可用电感测微仪、电容测微仪与基准球来测量；高速动态检测可用电容测微仪和同步示波器按测量定点峰值变化的方法来测量。 导轨直线度可采用电子水平仪、自准直仪和激光干涉仪等角度测量的方法来检测，也可用基准平尺与电子测微计分离平尺误差的方法来检测。 表面形貌和表面粗糙度的检测分为接触式和非接触式两类。接触式测量多用触针式的表面轮廓仪或表面形貌仪来检测，所用传感器多为电感式、压电晶体式等，接触式测量最大的缺点是检测时会划伤被测表面；非接触测量可用气动法、光纤法、电容法、超声微波法、隧道显微镜法、激光光斑法等。 表面层的应力状态、变质层深度、微裂纹等缺陷可用X光衍射法、激光干涉法等来进行测量。 精密检测和自动化检测是检测技术的两个重要方面，精密检测寻求检测精度的极限，自动化检测寻求非接触在线测量和误差分离、补偿技术。误差分离技术是用多个传感器在多处多个方位上同时进行检测，利用计算机硬软件进行处理，分离各种误差成分并分析造成误差的原因，为误差补偿创造条件。可见，误差分离与误差补偿关系密切，可以说，误差分离是误差补偿的先决条件，也可说误差分离是误差检测的重要组成部分。误差补偿又可分为静态误差补偿和动态误差补偿两类。静态误差补偿是事先测出误差值，按需要的误差补偿值设计制造出补偿装置，用硬件(如校正尺等)或计算机软件建模，在加工时进行误差补偿。动态误差补偿是在在线检测的基础上，通过计算机建模和反馈控制系统进行实时补偿，因此，需要建立一个闭环自适应误差补偿系统。 误差预防、误差补偿、误差预报是精密加工和超精密加工中提高加工精度的重要有效举措。误差预防是通过提高工艺系统精度、保证工作环境的条件等来减少误差源、减少误差的影响，具有治本性；误差补偿是通过修正来抵消或消除误差，具有治标性；而误差预报是根据误差出现的发展趋势，得出预测值，进行相应的补救措施，并可真正做到无滞后的实时补偿，具有主动性。6精密测量技术 精密加工技术离不开精密测量技术，精密加工要求测量精度比加工精度度高1个数量级。超精密切削加工对机床设备，金刚石刀具使用技术，在绥检测与误差补偿技术，以及加工环境拧制技术等关镀技术方面比稻密加工要求更高。实现超精密加工基本条件 为了能实现机床主轴超精密加工并获得预期的加工效果，必须具备下述基本条件： (l)被加工工件的材质要密实；各向的同一性要好（最好为单晶）；表层硬度和弹性模量要恒定一致；可加工性要好；材料的化学成份与机械物理性能对标准值的偏差不应超过0.1%。 (2)选用的超精密加工工艺方法要与被加工材料相匹配。例如，有色金属材料（如铜、铝合金）宜用单点金刚石刀具进行车削或铣削加工；黑色金属材料（如钢等）则宜选磨削与研、抛等工艺，否则得不到预期的加工效果等。 (3)加工环境要严格恒温、隔振和净化。恒温室（第一分隔区）中的温度波动不得大于0.1C；加工区（第二分隔区）中则不应超过0.01C；环境的相对湿度要保持在40%10%以内；大气压力（如用激光测量仪时）应保持1MPa0.1%；机床地基的隔振系统固有频率2Hz；加工区的净化度应为每立方英尺中大于0.1m的微粒含量应不多于10颗。 7. 被加工材料 精密加工和超精密加工应该用相应的精密加工和超精密加工用的材料，才能保证加工质量，用一般加工用的材料或不合要求的材料进行精密加工和超精密加工是不能达到预期效果的。 用于精密加工和超精密加工的材料，在化学成分、物理力学性能、加工工艺性能上