根據不同水刀切割機床上所要求的性能、規格,包括成本去選擇相應的最佳的模塊,即系統和關鍵部件。那么,超精密機床的構成模塊也應該去根據不同機床上所要求的性能、規格,包括成本,必須選擇最佳的模塊,對于主軸系統,可以使用超精密空氣靜壓軸承主軸,或者通過零件的超精密化使用超精密滾動軸承工作臺,同樣可以達到空氣靜壓軸承的精度。對于直線導軌,有限型v-v滾動導軌比較理想。為了進一步提高這些模塊的性能,高精度的裝配、研磨、刮研、檢測等是不可缺少的。
一、典型超精密機床
超精密加工機床是超精密加工最重要、最基本的加工設備。超精密加工對超精密加工機床的基本要求如下:
1)高精度。包括高的靜精度和動精度。主要的性能指標有幾何精度、定位精度和重復定位精度以及分辨率等。
2)高剛度。包括高的靜剛度和動剛度。除車身剛度外,還要考慮接觸剛度,及由工件、機床、刀具、夾具所組成的工藝系統剛度。
3)高隱定性,在規定的工作環境下和使用過程中能長時間保持精度,具有良好的耐磨性、抗振性等。
4)高自動化。為了保證加工質量的一致性,減少人為因素影響,采用數控系統實現自動化。
以下是超精密機床發展過程中些典型的、有代表性的機床,它們基本代表了超精密加工技術和超精密機床的發展過程。
1.大型光學金剛石車床-LODTM
LODTM由美國的國防部高等研究計劃局(DARPA)投資,LLL的實驗室和空軍的Wright空研究所等等一些單位一起合作并且研制。從1980年3月,歷時了40個月,在1983年7月初步制成加工光學零件的大型光學金剛石的車床(LODTM—Large Optical Diamond Tuming Machine ),在1984年正式的研制成功了。這種的機床可以加工二φl625mmx500mm、重1360kg的大型的金屬的反射鏡。在操作人員為減少工件自身的重量產生的變形影響,機床采用立式結構。LLL實驗室在美國的能源部的鼓勵以及支持的情況下,他們開發了DTM-3型大型超精密金剛石車床。
2.FG-001超精密機床
德國的FG-OOI超精密機床。該機床有三個直線運動軸和一個回轉軸構成,驅動電動機皆為步進電動機,可實現納米級的非球曲面加工。
3.0AGM2500大型超精密機床
在英國的Cranfield公司以及SERC Brieish( Science and EnpneennS Research Council)于1991年合作研制成功的OAGM 2500大型的超精密機床,這種大型的機床是用于X射線天體望遠鏡的大型曲面反射鏡的精密磨削和坐標測量,如圖2-6所示。該機床有- +2500mm的高精度的回轉型工作臺,其最大加工尺寸為2500mmx2500mmx6lOmm。該機床由精密數控系統驅動,運動位置檢測用分辨力為2.5nm的ZYGO AXIOM雙頻激光測量系統。機床的x和y向導軌采用液體靜壓,z向的磨軸頭和測量頭采用空氣軸承。床身采用型鋼焊接結構,中間的是用人造花崗巖填充,可以保證結構的高剛度、尺寸的高度穩定以及很強的振動衰減的能力。
4. AHNIO型高效專用車削、磨削超精密機床
在日本,所謂的超精密加工技術和超精密機床技術發展很快,一些領域已超過美國。TOYOTA公司生產的AHNIO型高效的專用的超精密車床圖2-7所示。在機床主軸由空氣軸承支承,所用的刀架設計成為滑板結構,x向移動距離應該為250mm,z向移動距離應該為200mm,加工直徑應該為lOOmm。由氣動透平驅動的砂輪軸轉速為100000r/min。采用激光測量反饋系統,直線移動分辨力為0.01μm,定位精度全行程0.03μm。B軸回轉分辨力為1.3”。該機床是一臺非球曲面加工機床,用于加工塑料高精度透鏡的金屬模。因模具材料為鋼,需要磨削,故該機床可用于車削、銑削、磨削并帶有精密測量裝置。為實現這一目標,此種機床有一個x和y向調整的刀架及繞B軸轉動的高精度轉臺,借助著三軸精密數控,可以加工平面、球面和非球曲面。刀具的切削刃(或砂輪廓形)通過顯微鏡的放大顯示在屏幕上,而且方便而且易于定位。對于非球曲面曲率半徑只有幾毫米的塑料透鏡模具,操作人員用指狀砂輪廓削,砂輪軸相對于工件轉成+ 45°,以避免刀具與工件發生干涉。測量時,工件(即金屬模)主軸逆時針旋轉90°,呈垂直向上狀卷。模具測量儀的測針下降到工件,左右移動進行測量,尺寸數據經過計算在屏幕上顯示出來。這種機床的加工的模具形狀精度為0.05μm以及表面的粗糙度R0.025μm。
以上是關于水刀及其他超精密機床及其關鍵部件的介紹。