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1.1超精密平面磨削的技術(shù)指標(biāo)精密加工和超精密加工代表了加工精度發(fā)展的不同階段，通常，按加工精度劃分，可將機(jī)械加工分為一般加工、精密加工、超精密加工三個(gè)階段。由于生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，劃分的界限將逐漸向前推移，過(guò)去的精密加工對(duì)今天來(lái)說(shuō)已是普通加工，因此，其劃分的界限是相對(duì)的，且在具體數(shù)值上至今沒(méi)有固定。精密加工是指加工精度為1-1µm、表面粗糙度為Ra0.1-0.025µm的加工技術(shù);超精密加工是指加工精度高于0.1µm、表面粗糙度Ra小于0.025µm的加工技術(shù)，因此，超精密加工又稱之為亞微米級(jí)加工。但是，目前超精密加工已進(jìn)入納米級(jí)精度階段，故出現(xiàn)了納米加工及其相應(yīng)的技術(shù)。
根據(jù)我國(guó)目前精密平面磨削的基礎(chǔ)，結(jié)合國(guó)外超精密平面磨削的技術(shù)指標(biāo)，提出以下超精密平面磨削機(jī)床的技術(shù)指標(biāo)，并與已實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)作了比較。
1.2超精密平面磨削的技術(shù)要求
根據(jù)表1所示的超精密平面磨削的技術(shù)指標(biāo)，我們可以提出超精密平面磨削機(jī)床的技術(shù)要求：機(jī)床的砂輪垂直進(jìn)給能實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給，機(jī)床具有足夠的靜、動(dòng)態(tài)剛性，尤其是對(duì)機(jī)床的熱變形及振動(dòng)的控制較常規(guī)的機(jī)床要有質(zhì)的提高。
2實(shí)現(xiàn)超精密平面磨削的方法與手段
如上所述，為了實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)要求來(lái)達(dá)到理想的技術(shù)指標(biāo)，在機(jī)床的設(shè)計(jì)理念與機(jī)床的具體結(jié)構(gòu)中，要求與傳統(tǒng)的機(jī)床有較大的改進(jìn)與提高，根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)及對(duì)國(guó)外精密加工技術(shù)資料收集與分析，結(jié)合平面磨削的機(jī)床結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)要求，可將整機(jī)分解為如下的主要單元技術(shù)：(1)機(jī)床布局型式;(2)新材料運(yùn)用;(3)主軸精密回轉(zhuǎn)技術(shù);(4)微量進(jìn)給技術(shù);(5)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌型式;(6)高精度溫度控制技術(shù)。
2.1機(jī)床布局型式
機(jī)床布局型式極為重要，是決定成敗的關(guān)鍵，但是超精密磨削技術(shù)是由精密磨削發(fā)展而來(lái)，從國(guó)外已實(shí)現(xiàn)超精密平面磨削機(jī)床看，其結(jié)構(gòu)型式多種多樣，既有“磨頭移動(dòng)式”，也有“立柱移動(dòng)式”或“十字拖板移動(dòng)式”，無(wú)一例外，均未脫離傳統(tǒng)的機(jī)床布局結(jié)構(gòu)型式。從我們已掌握的高精度平面磨削技術(shù)基礎(chǔ)上，認(rèn)為機(jī)床結(jié)構(gòu)采用“十字拖板移動(dòng)式”適合于超高精度平面磨削機(jī)床的研制。因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)型式，具有機(jī)床結(jié)構(gòu)布局對(duì)稱性好，熱穩(wěn)定性好;主要運(yùn)動(dòng)部件重心低，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。
2.2新材料運(yùn)用
超精密平面磨削對(duì)機(jī)床的熱變形及振動(dòng)控制要求較高。在機(jī)床基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件材料的運(yùn)用上，應(yīng)突破傳統(tǒng)以灰鑄鐵為主的原則，采用一些新型材料，如：非金屬材料——樹(shù)脂混凝土，該材料的振動(dòng)衰減性、耐熱梯度、線脹系數(shù)等特性均大大優(yōu)于金屬材料。這在國(guó)外已被成熟運(yùn)用，在國(guó)內(nèi)也有運(yùn)用的例子，如上海機(jī)床廠有限公司的數(shù)控凸輪軸磨的床身采用了人造大理石材料，取得了較好的效果。因而在超精密平面磨削機(jī)床的主要關(guān)鍵基礎(chǔ)件，如床身、立柱、拖板等應(yīng)采用人造大理石材料。
2.3主軸精密回轉(zhuǎn)技術(shù)
主軸回轉(zhuǎn)精度是超精密平面磨削的關(guān)鍵技術(shù)之一，其數(shù)值要求在0.1µm以下，而且其剛度、熱膨脹性、抗振性等方面都應(yīng)有非常好的性能。
靜壓空氣軸承的主軸部件具有以下優(yōu)點(diǎn)：剛性高，摩擦國(guó)小，溫度變化小，能在高轉(zhuǎn)速下工作，回轉(zhuǎn)精度高，其精度可達(dá)到0.1µm-0.025µm,徑向和軸向剛度在100-300µm之間，磨損率小(接近于零)，壽命長(zhǎng)，基本不需要維修等。因而空氣靜壓軸承主軸將是超精密平面磨削的首選。
2.4微量進(jìn)給技術(shù)
在超精密平面磨削加工中，砂輪的微量進(jìn)給是被加工件尺寸精度和表面質(zhì)量的重要保證。目前，在精密的平面磨削加工中，其進(jìn)給通常采用“伺服電機(jī)+滾珠絲桿”的典型的純機(jī)械方式，一般以能實(shí)現(xiàn)0.1µm的微量進(jìn)給為極限。若要實(shí)現(xiàn)超精密平面磨削所需的0.1µm-0.01µm乃至更小的微量進(jìn)給，傳統(tǒng)的機(jī)械方式已不能適用。
從國(guó)外的資料了解，目前實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給主要采用以下兩種方式：一是利用壓電陶瓷的位移分辨率高、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，二是利用材料的熱變形原理實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給。其中壓電陶瓷在微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的運(yùn)用比較普遍，已可穩(wěn)定達(dá)到0.01µm的微量進(jìn)給，因而，在超精密平面磨削加工首選是采用此種方式。其次，超精密平面磨削研制的初級(jí)階段，若能采用對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械方式進(jìn)行精化，穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)0.1µm的微量進(jìn)給，也可滿足在大多數(shù)超精密平面磨削加工的需要。
2.5運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌型式
超精密平面磨削是依靠砂輪與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它不僅需要砂輪具有精密的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且也需要工件具有超精密的直線運(yùn)動(dòng)，其精度要求應(yīng)在0.1µ/100mm之內(nèi)。因而一般常常使用靜壓導(dǎo)軌，利用其運(yùn)行精度高、無(wú)爬行等優(yōu)點(diǎn)。靜壓導(dǎo)軌又分為液體靜壓和氣體靜壓兩種。一般來(lái)說(shuō)，液體靜壓導(dǎo)軌剛度大，在具有磨削功能的機(jī)床使用廣泛，但是它的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，由于油的粘性剪切阻力，發(fā)熱問(wèn)題較為嚴(yán)重，熱變形控制相對(duì)較難。因而，采用氣體靜壓導(dǎo)軌更為適用。
2.6高精度溫度控制技術(shù)
對(duì)超精密平面磨削而言，機(jī)床熱變形的控制極為重要，這在機(jī)床的整機(jī)布局設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須考慮熱對(duì)稱性及熱穩(wěn)定性，可考慮采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法加以先期的控制。對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量、磨削產(chǎn)生的熱量、必須通過(guò)恒溫手段加以嚴(yán)格控制，如油液、導(dǎo)軌軸承所用空氣、冷卻液等，其溫度控制精度應(yīng)在0.1 ºC以內(nèi)。環(huán)境溫差也是影響超精密平面磨削的一大因素，可考慮采用多層恒溫控制手段，機(jī)床周圍大環(huán)境的溫差控制在20ºC±1ºC,其近圍環(huán)境溫度應(yīng)控制在20ºC±0.1ºC，而且要控制人體(操作工)對(duì)溫度的影響。
3結(jié)束語(yǔ)
上述，僅對(duì)我們認(rèn)為實(shí)現(xiàn)超精密平面磨削較為關(guān)鍵的幾個(gè)方面，進(jìn)行了簡(jiǎn)單討論，由于這是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，還有許多方面，如機(jī)床隔震、高效清潔過(guò)濾等技術(shù)，也是非常重要，需要進(jìn)一步探討與研究
