• 铸铁平台超精密铣削机床的组成精度与安装调试
    发布日期:2018-09-21

      随着科学技术的不断发展,产品的高品质和小型化已经成为一种 发展趋势。与之对应的超精密微细加工技术亦是 当前机械制造科学与技术领域的前沿和热点。

      超精密加工技术是 现代高科技产业和科学技术的发展基础,是 现代制造科学的发展方向。随着光学、医疗、航空航天和国防工业等领域需求的不断提高,由MEMS带来的基于硅半导体制造工艺的微细加工技术已经不能满足加工多种 材料和复杂3D形状的要求,故采用传统的机械加工方法进行微细制造的研究受到人们 的重视。

      与传统的加工机床相比,微小型机床具有低成本、   及高柔性的特点,成为开展微细切削加工研究的重要装备。近年来,国内哈尔滨工业大学、上海交通大学、北京航空航天大学等单位相继开展了微小型机床方面的研制工作,但主要以微米级精度的实验样机为主,难以满足   高加工精度的需要。为此,我们 在前期研究的基础上,开展了亚微米级精度的微小型机床的研究。

      一、微小型机床的组成

      为保证亚微米级的精度要求,对机床的结构设计和控制系统设计均提出了非 常高的要求,主要满足以下原则:高分辨率的运动控制精度、高静/动态刚度和优良的热稳定性。

      研制的三轴联动微小型超精密微细铣削机床,采用立式龙门结构布局,机床总体尺寸为600mmx500mmx700mm,XYZ三轴的工作行程均为75mm。该机床由龙门式床身、高速电主轴、进给驱动系统、数控系统、电气液控制系统和监测系统等组成。

      1、床身

      机床床身采用花岗岩材料。与铸铁材料相比较,花岗岩物理性能稳定,具有   的刚性、吸振性及热稳定性,能保证机床在运行中保持很高的机械精度和热稳定性。

      2、主轴

      目前,微细铣削加工使用的刀具多为直径0.1~1mm的硬质合金刀具。为达到材料去除的切削速度,要求主轴有极高的转速;同时,为了满足亚微米精度的加工,要求主轴的轴向和径向跳动极小。通过比较分析,决定使用英国Loadpoint公司专门为微细加工而研制的高速电主轴。该主轴采用气体静压 轴承支撑,轴向和径向跳动均小于0.125μm,较高转速可达120000r/min,可以轻易实现0~120000r/min任意转速的无级调速。

      3、进给驱动系统

      由于机床要求达到亚微米级的运动控制精度,故对其进给驱动及运动控制系统提出了非 常高的要求。传统的伺服电动机+滚珠丝杠+滚动导轨的驱动方式,由于固有的摩擦、间隙、死区等非 线性因素的影响,系统往往会在亚微米级定位时产生   环震荡,严重影响了机床运动控制系统的性能,使得系统无论是 在位置控制还是 在跟随精度控制方面均难以满足亚微米级的设计要求。为了避免上述情况的发生,保证亚微米级的精度要求,在本台超精密机床的设计中,尝试采用了永磁直线电动机直接驱动气体静压导轨的进给驱动方式。一方面,这种 直接驱动方式减少了驱动元件数量,降低了摩擦,增加了系统的刚性,保证了机床具有足够高的静/动态刚度;但另一方面,该驱动方式的低摩擦、低阻尼的特性不容易控制,给数控系统的设计带来了   大的挑战。

      4、数控系统

      为实现高精度而设计的进给驱动方式具有高刚度、低摩擦、低阻尼的特性,这给机床数控系统的设计提出了   高的要求。该机床数控系统以工控机作为基础平台,嵌入PMAC高精度多轴运动控制卡作为运动控制器,构成开放式数控系统。由PMAC运动控制卡完成插补、位置控制等实时性任务,工控机作为上位机实现非 实时性任务。

      5、视频显微监测系统

      由于刀具尺寸及加工工件的特征尺寸一般在微米量级,为了方便对刀、测试以及对加工过程的实时检测,需要集成视频显微测量系统。该系统由高放大倍数的光学镜组、高分辨率的CCD摄像机、视频采集卡、高亮度光源及视频处理软件组成。

      铸铁平板的安装调试

      1、使用铸铁平台前,需要有   的工作人员,对铸铁平板进行检测调试,调试好后方可使用。安装铸铁平板时,要将支撑铸铁平板的支架放置在主支撑点处。支撑时应保持铸铁平板的工作面调整到水平面内。

      2、使用铸铁平板时,安放机械设备零件应该轻拿轻放,防止机械设备零件和铸铁平板强烈碰撞。如果铸铁平板表面和机械零件发生碰撞,应把受到撞击凹陷或凸起的部分   好后再继续使用。

      3、铸铁平板应保持表面清洁,使用完后应及时清理铸铁平板表面,以免平板表面残留机械零件掉落的铁屑、砂子或其他杂质。这些铁屑杂质等在潮湿的空气中容易和铸铁平板表面的铸铁发生原电池反应,导致铸铁平板表面生锈腐蚀。即使不在潮湿空气中,这些杂质也容易划伤铸铁平板表面,造成铸铁平板精度下降,因此,   及时清理。

      4、使用铸铁平板,应尽量保持铸铁平板各部分均匀使用,避免局部因为过度使用而磨损。

      5、安装机械设备零件时,不要在铸铁平板上安装,   不可以使用榔头、钳子等工具敲打铸铁平板。

      6、铸铁平板使用完毕,应擦拭干净,长时间不用,应在铸铁平板表面刷涂防锈油,防止其生锈。

      7、搬运铸铁平板应小心谨慎,严格禁止粗暴作业。

      8、铸铁平板应放置在干燥通风的仓库进行保管,不可以放置在阴冷潮湿的地方,   不能有水滴在平板的表面上。

      延长铸铁平板使用寿命的具体做法:

      1、为了防止铸铁平板发生的变形,在吊装铸铁平板时,要用四根同样长度的钢丝绳同时挂住铸铁平板上得四个起重孔,将铸铁平板平稳吊装在运输工具上。

      2、将支承点垫好、垫平,保证每个支撑点受力均匀,保证整个平板平稳。

      3、安装时将铸铁平板的各个支撑点用调整垫铁垫好、垫实,由   技术人员将平板调整至合格精度。

      4、使用时要轻拿轻放工件,不要在上面挪动比较粗糙的工件,以免对工作面造成磕碰、划伤等损坏。

      5、为了防止整体变形,使用完毕后,要将工件从铸铁平板上拿下来,避免工件长时间重压造成变形。

      6、不用时要及时将工作面洗净,然后涂上一层防锈油,并用防锈纸盖上,用外包装将铸铁平板盖好,以防止平时不注意造成对工作面的损伤。

      7、应安装在通风、干燥的环境中,并远离热源、有腐蚀的气体、有腐蚀的液体。

      8、按   标准实行定期周检,检定周期根据具体情况可为6-12个月。


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