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铸铁平台高精密微细切削加工机床的研制

2020-01-30 22:50:16
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随着微纳米科学与技术的迅猛发展,以形状及尺度微小为特征的微小型化技术在航空航天、精密仪器、生物、汽车和电子等领域有着广泛的应用潜力。微机电系统作为当今较具革命性的新科学,受到了世界各国科学家和军队的高度重视,被许我国多列为21世纪发展的关键技术之一。目前微小型化技术在国防、器械、汽车和信息领域等方面已有着广泛的应用,各种微小型化技术已成为构建现代化航空航天、军事信息网络的重要基石,同时也是我国重大科学工程如聚变能源、深空探测、、信息技术等为代表的未来科技不断创新发展的核心推动力,以及国民经济新的增长点。
  微小型技术的发展离不开微小型零件的加工制造技术,微细切削加工技术具有可加工材料范围广、加工、加工精度可控、成本较低的特点,使之成为微小型化零件制造的手段。微细切削加工机床是实现微细切削技术的核心之一,然而微细切削加工参数小,精度要求高,铸铁平台对机床的导轨运动精度、控制系统的响应速度与精度、反馈原件的精度、机床的整体刚度等,都提出了很高的要求。机床系统的响应超调、滞后或是机床振动,都会影响微细切削加工过程,较终影响微细加工质量。因此,搭建专用的微细切削加工平台,是开展微细切削机理、微细切削加工工艺和微小型结构和零件加工技术研究的前提条件。
  机床的床身采用大理石整体加工而成,由于大理石硬度高、密度高,可以增加机床床身整体的阻尼系数,提高机床整体隔震性能,避免加工过程中由外力引起机床振动的现象。同时,大理石材质致密、硬度,使用磨削加工可至镜面级精度,加之经过长期的时效处理,其组织结构均匀,线性膨胀率极低,表面无内应力,因此特别适合加工成气体静压支承结构的长直型导轨,有利于提高导轨的精度、刚度、直线度。
  机床导轨采用封闭式气体静压支承形式,其工作原理是将具有压力的气体,经调压阀和节流器(小孔截流原理的气孔)输送到导轨表面,再通过出气孔流出,气体流动在滑块与导轨之间形成了稳定的空气薄膜,即为承载气膜,可使导轨与滑块之间处于气体摩擦状态。气浮滑块由4块铝合金板组成形如“口”形的结构,滑块上部与载物台相连接,气浮导轨穿过口字型中部,滑块内部有可连通的气路,当外部通入高压气体,经过滑块内部气路,从滑块表面若干的微小气孔流出,可以在滑块和导轨之间形成具有压力和刚度的气膜,并在滑块的4个角落设置有出气口,以导轨运动时,气膜具有的流动性。在气膜作用下,滑块连接的载物台就可以在导轨上平稳移动。其特点是:滑块与空气膜的摩擦系数,几乎可以忽略不计,摩擦力,滑块移动时仅需要克服其自身质量所引起的惯性力,有利于提高运动控制系统的控制精度;其承载的重量由气膜刚度决定,而气膜刚度取决于气膜的压力和气膜的面积。从图中可知,该滑块的面积较大,其承载能力远大于微细切削的载荷,可将气膜视为刚体;导轨的运动速度对气膜厚度影响很小,导轨移动直线度较高。因此,该种导轨形式适用于精密机床的进给运动系统上。