精密拋光機
 

　　一般地說,當設計新的加工拋光機和加工設備時,***先必須就其用途、工件特點、加工條件、加工精度、加工效率和維修等進行充分研究,同時還要就其功能、特點和精度進行徹底的探討和歸納,此外,還要就結構設計、元部件技術、材料特性和控制技術等問題進行綜合性研在設計超精密加工拋光機時,***先需要注意以下幾點:
 

　　1)為實現亞微米加工精度,***先要滿足超精密加工拋光機的工作條件和工作環境的要求。
 

　　2)在特定的工作環境中使用,對加工拋光機的設計和操作都是有利的,不理解這一點,就不能合理地進行超精密加工拋光機的設計。
 

　　3)在超精密加工的環境中,***需要注意的是溫度、振動和污染的問題。如不能滿足這些條件,則不能獲得所期望的工作特性超精密加工拋光機的設計目前尚無一套成熟的設計方法,往往是在已有經驗和使用情況的基礎上,進行拋光機的設計現參考國外一些資料,以非球面加工拋光機為例,把超精密加工拋光機的結構設計歸納如下:
 

　　1.超精密拋光機結構設計基本思想 
 

　　(1)結構上盡可能地提高剛度　一般來說,亞微米級的精度需要有高剛度的結構來支持如果沒有與之對應的高支承剛度也不能有高的運動精度。因此,精度和剛度的要求是一致的不能把它們割裂開來考慮。
 

　　(2)結構要簡單　為了獲得高剛度結構,其結構必須盡量簡單。結構越復雜,零件數量越多,作用力在傳遞過程中受彈性變形和熱的影響就變得越復雜,運動誤差就越大。因此，能夠使精度高、結構簡單,傳動路程短,零件少,則是合理的結構。
 

　　(3)床身的特點　為了提高拋光機本身的剛度和獲得高的平面度以及容易分析因溫度變化引起的復雜熱位移等,床身形狀要簡單、質量要大、固有振動頻率要低。床身導軌是拋光機組裝時的精度基準,所以要求要有同測量平面一樣的平面度和形狀精度。另外,為了避免加工中產生的振動影響,其質量要大,振動衰減特性要***。因此,床身的材料多采用天然花崗巖和鑄鐵。外,為了防止地面傳來的振動,拋光機必須采用氣墊支承。
 

　　(4)定位機構　在非球面加工拋光機上,形狀糖度受工件和刀具間相對位置關系所支配。因此,定位精度是很重要的,而且超精密加工拋光機的定位方式應采用閉環控制方式,進給的分辨力必須是10m或更高。
 

　　(5)自動化　對于實用的多面體反射鏡加工拋光機以及更高精度的非球面加工拋光機等,***先考慮的是加工糟度,所以在大多數情況下,不太考慮加工效率。因此,工件的裝夾與拆卸等沒有必要進行自動化。
 

　　一般認為,越是高精度加工,越允許較低的加工效率,但為了加工條件的穩定和進行溫度控制及防污染,加工現場******不留人。因此,加工系統的機構應當是簡單的,個別部位的自動化與其說是為了提高效率,不如說是為了維持高的加工精度。
 

　　2.結構設計中的相關技術
 

綜絲拋光機

 

　　(1)精度設計　所謂精度設計,就是從精度方面考慮,來設計達到這一精度的拋光機結構概括的說,精度設計就是:
 

　　1)在達到加工產品所要求精度的前提下,確定拋光機***經濟的精度。
 

　　2)為達到產品的這一精度,確定拋光機的***合理、***經濟的運動精度。
 

　　設計超精密加工拋光機時,***先要明確目標糟度,包括加工產品的目標精度和拋光機的目標精度。這是開發超精密拋光機的目的意義所在。
 

　　在產品的計劃階段中,***先要從用途、功能到必要的特性和性能、附加價值和市場性、以及將來的發展方向、產品壽命等方面充分考慮產品的精度,然后設定產品的目標精度根據所確定的產品的精度,確定與之相適應的拋光機的精度。拋光機的目標精度當然要高于產品的目標精度,但是理想的拋光機目標精度要根據產品的精度、拋光機的特性及耐久性(精度壽命)等來決定。一般情況下,拋光機的精度******比產品的精度高一個量級。
 

　　拋光機的精度包括靜態精度和高速運轉時的動態精度。兩者都與產品的加工精度有直接的關系。拋光機的靜態精度是由拋光機部件的精度、裝配精度、零件精度和零部件的靜態彈性變形確定的;在拋光機上進行裝卸工件和刀具,進行實際加工時,由于工件和刀具自重或重心的移動而產生的彈性變形量的變化、由于發熱而產生的尺寸變化,以及振動的影響等都會使動態精度降低。超精密加工中,要特別重視動態精度。
 

　　總之,根據目標精度設計超精密加工拋光機時,精度是**位的,必須嚴格地以精度為中心進行設計。要打破現有精度的束縛確定目標精度,從性能方面研究結構的理想狀態,以及拋光機的效率和經濟性。
 

　　此外,為了提高拋光機的精度,必須盡可能減少結構的構件數量,使結構簡單,極力抑制誤差。因為,增加構件和力的傳遞元件的數量,誤差也會隨之增加,彈性位移量就變大。在結構簡單的同時,必須使結構本身具有極大的剛度。如盡量用大的支承構件,即增大構件間的接觸面積,極力避免懸臂支承而采用兩端支承,等等。
 

　　(2)強度設計　一般的結構設計是以強度設計為基礎的,因此,強度設計***于精度設計進行。但在設計超精密拋光機時,***先要進行精度設計。 
 

　　進行一般機械設計時,其指導思想是重量盡可能的輕、動作要靈活,而且以占用空間小功能多、高效率、便于操作作為評價標準。因此,設計時應確定***大許用載荷或***大許用應力,使之等于外力與安全系數的乘積。在材料強度允許的范圍內,盡量縮小結構尺寸和重量。
 

　　可是,這種強度設計的方法在超精密拋光機設計中是不重要的。超精密加工拋光機的結構設計中,***重要的是精度,為了嚴格的達到某一目標精度,其他都處于次要的位置。
 

　　超精密加工拋光機容易出現問題的不是強度,而是由于彈性而引起的極其微小變形。無須說明,在超精密加工中,加工精度的數量級已經與通常認為的零部件的彈性變形量相近,甚至已經小于彈性變形量

　　(3)控制設計當拋光機工作時,要步進進給或加工非球面時,控制技術極其重要。但對只是為了提高操作性和自動化而采用控制技術時要特別慎重,不要使控制機構對精度產生影響。因此,在超精密拋光機結構設計中,***先保證達到目標精度,再考慮加工效率和操作性。
 

　　(4)剛度設計前面已經論述,由于零部件的彈性而引起的變形,對超精密加工拋光機的運動精度影響***大,必須加以考慮。在特定的外力作用下,彈性變形的大小是由材料的彈性系數及零部件的剛度決定的。因此,超精密加工拋光機中,精度與剛度有直接的關系,應當使它們致。要提高剛度,應先選用彈性系數大的材料,但是要注意即使彈性系數大,如果密度大,重量也會大,因而由于自重的影響而引起的變形也會很大。
 

　　從結構上講,在簡單的同時,還必須使結構本身具有極大的剛度。因此,盡量用大的支承構件,即增大構件間的接觸面積,要極力避免懸臂支承而應采用兩端支承剛度與精度有著密切的關系,所以需要特別注意。除靜剛度外,對動剛度也必須認真探討。
 

　　(5)防振設計在超精密加工中,一定要極力抑制加工拋光機自身的振動。振動源為驅動電動機、進給絲杠等傳動裝置、軸頸軸承及平面導軌、以及所有進行相對運動的部分。
 

　　(6)防熱變形的設計拋光機中幾乎運動部分都會發熱,電動機、滾動軸承和靜壓軸承的軸頸部分是主要的熱源,滑動導軌在高速運動時發熱也很嚴重。
 

　　(7)材料選用在評價超精密加工拋光機的構成材料是否合適時,應當考慮彈性系數與密度比值大小,應選用比強度大的材料。因此,原來的碳素鐵系材料已經不能滿足超精密加工拋光機的要求。陶瓷材料,彈性系數大,密度小,被認為是拋光機結構中***適合的結構材料。
 
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