精密抛光机
 

　　一般地说,当设计新的加工抛光机和加工设备时,***先必须就其用途、工件特点、加工条件、加工精度、加工效率和维修等进行充分研究,同时还要就其功能、特点和精度进行彻底的探讨和归纳,此外,还要就结构设计、元部件技术、材料特性和控制技术等问题进行综合性研在设计超精密加工抛光机时,***先需要注意以下几点:
 

　　1)为实现亚微米加工精度,***先要满足超精密加工抛光机的工作条件和工作环境的要求。
 

　　2)在特定的工作环境中使用,对加工抛光机的设计和操作都是有利的,不理解这一点,就不能合理地进行超精密加工抛光机的设计。
 

　　3)在超精密加工的环境中,***需要注意的是温度、振动和污染的问题。如不能满足这些条件,则不能获得所期望的工作特性超精密加工抛光机的设计目前尚无一套成熟的设计方法,往往是在已有经验和使用情况的基础上,进行抛光机的设计现参考国外一些资料,以非球面加工抛光机为例,把超精密加工抛光机的结构设计归纳如下:
 

　　1.超精密抛光机结构设计基本思想 
 

　　(1)结构上尽可能地提高刚度　一般来说,亚微米级的精度需要有高刚度的结构来支持如果没有与之对应的高支承刚度也不能有高的运动精度。因此,精度和刚度的要求是一致的不能把它们割裂开来考虑。
 

　　(2)结构要简单　为了获得高刚度结构,其结构必须尽量简单。结构越复杂,零件数量越多,作用力在传递过程中受弹性变形和热的影响就变得越复杂,运动误差就越大。因此，能够使精度高、结构简单,传动路程短,零件少,则是合理的结构。
 

　　(3)床身的特点　为了提高抛光机本身的刚度和获得高的平面度以及容易分析因温度变化引起的复杂热位移等,床身形状要简单、质量要大、固有振动频率要低。床身导轨是抛光机组装时的精度基准,所以要求要有同测量平面一样的平面度和形状精度。另外,为了避免加工中产生的振动影响,其质量要大,振动衰减特性要***。因此,床身的材料多采用天然花岗岩和铸铁。外,为了防止地面传来的振动,抛光机必须采用气垫支承。
 

　　(4)定位机构　在非球面加工抛光机上,形状糖度受工件和刀具间相对位置关系所支配。因此,定位精度是很重要的,而且超精密加工抛光机的定位方式应采用闭环控制方式,进给的分辨力必须是10m或更高。
 

　　(5)自动化　对于实用的多面体反射镜加工抛光机以及更高精度的非球面加工抛光机等,***先考虑的是加工糟度,所以在大多数情况下,不太考虑加工效率。因此,工件的装夹与拆卸等没有必要进行自动化。
 

　　一般认为,越是高精度加工,越允许较低的加工效率,但为了加工条件的稳定和进行温度控制及防污染,加工现场******不留人。因此,加工系统的机构应当是简单的,个别部位的自动化与其说是为了提高效率,不如说是为了维持高的加工精度。
 

　　2.结构设计中的相关技术
 

综丝抛光机

 

　　(1)精度设计　所谓精度设计,就是从精度方面考虑,来设计达到这一精度的抛光机结构概括的说,精度设计就是:
 

　　1)在达到加工产品所要求精度的前提下,确定抛光机***经济的精度。
 

　　2)为达到产品的这一精度,确定抛光机的***合理、***经济的运动精度。
 

　　设计超精密加工抛光机时,***先要明确目标糟度,包括加工产品的目标精度和抛光机的目标精度。这是开发超精密抛光机的目的意义所在。
 

　　在产品的计划阶段中,***先要从用途、功能到必要的特性和性能、附加价值和市场性、以及将来的发展方向、产品寿命等方面充分考虑产品的精度,然后设定产品的目标精度根据所确定的产品的精度,确定与之相适应的抛光机的精度。抛光机的目标精度当然要高于产品的目标精度,但是理想的抛光机目标精度要根据产品的精度、抛光机的特性及耐久性(精度寿命)等来决定。一般情况下,抛光机的精度******比产品的精度高一个量级。
 

　　抛光机的精度包括静态精度和高速运转时的动态精度。两者都与产品的加工精度有直接的关系。抛光机的静态精度是由抛光机部件的精度、装配精度、零件精度和零部件的静态弹性变形确定的;在抛光机上进行装卸工件和刀具,进行实际加工时,由于工件和刀具自重或重心的移动而产生的弹性变形量的变化、由于发热而产生的尺寸变化,以及振动的影响等都会使动态精度降低。超精密加工中,要特别重视动态精度。
 

　　总之,根据目标精度设计超精密加工抛光机时,精度是**位的,必须严格地以精度为中心进行设计。要打破现有精度的束缚确定目标精度,从性能方面研究结构的理想状态,以及抛光机的效率和经济性。
 

　　此外,为了提高抛光机的精度,必须尽可能减少结构的构件数量,使结构简单,极力抑制误差。因为,增加构件和力的传递元件的数量,误差也会随之增加,弹性位移量就变大。在结构简单的同时,必须使结构本身具有极大的刚度。如尽量用大的支承构件,即增大构件间的接触面积,极力避免悬臂支承而采用两端支承,等等。
 

　　(2)强度设计　一般的结构设计是以强度设计为基础的,因此,强度设计***于精度设计进行。但在设计超精密抛光机时,***先要进行精度设计。 
 

　　进行一般机械设计时,其指导思想是重量尽可能的轻、动作要灵活,而且以占用空间小功能多、高效率、便于操作作为评价标准。因此,设计时应确定***大许用载荷或***大许用应力,使之等于外力与安全系数的乘积。在材料强度允许的范围内,尽量缩小结构尺寸和重量。
 

　　可是,这种强度设计的方法在超精密抛光机设计中是不重要的。超精密加工抛光机的结构设计中,***重要的是精度,为了严格的达到某一目标精度,其他都处于次要的位置。
 

　　超精密加工抛光机容易出现问题的不是强度,而是由于弹性而引起的极其微小变形。无须说明,在超精密加工中,加工精度的数量级已经与通常认为的零部件的弹性变形量相近,甚至已经小于弹性变形量

　　(3)控制设计当抛光机工作时,要步进进给或加工非球面时,控制技术极其重要。但对只是为了提高操作性和自动化而采用控制技术时要特别慎重,不要使控制机构对精度产生影响。因此,在超精密抛光机结构设计中,***先保证达到目标精度,再考虑加工效率和操作性。
 

　　(4)刚度设计前面已经论述,由于零部件的弹性而引起的变形,对超精密加工抛光机的运动精度影响***大,必须加以考虑。在特定的外力作用下,弹性变形的大小是由材料的弹性系数及零部件的刚度决定的。因此,超精密加工抛光机中,精度与刚度有直接的关系,应当使它们致。要提高刚度,应先选用弹性系数大的材料,但是要注意即使弹性系数大,如果密度大,重量也会大,因而由于自重的影响而引起的变形也会很大。
 

　　从结构上讲,在简单的同时,还必须使结构本身具有极大的刚度。因此,尽量用大的支承构件,即增大构件间的接触面积,要极力避免悬臂支承而应采用两端支承刚度与精度有着密切的关系,所以需要特别注意。除静刚度外,对动刚度也必须认真探讨。
 

　　(5)防振设计在超精密加工中,一定要极力抑制加工抛光机自身的振动。振动源为驱动电动机、进给丝杠等传动装置、轴颈轴承及平面导轨、以及所有进行相对运动的部分。
 

　　(6)防热变形的设计抛光机中几乎运动部分都会发热,电动机、滚动轴承和静压轴承的轴颈部分是主要的热源,滑动导轨在高速运动时发热也很严重。
 

　　(7)材料选用在评价超精密加工抛光机的构成材料是否合适时,应当考虑弹性系数与密度比值大小,应选用比强度大的材料。因此,原来的碳素铁系材料已经不能满足超精密加工抛光机的要求。陶瓷材料,弹性系数大,密度小,被认为是抛光机结构中***适合的结构材料。
 
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