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对于cnc加工来说,如果要给各种各样的机床分类,我们可以按照加工的精度依次分为普通加工、精密加工、高精密加工、超精密加工。在这四种加工分类中,10~100um精度的则为普通加工,3~10um精度则为精密加工,0.1~3um精度的则为高精度加工,低于0.1um精度的则为超精密加工。

在机床分类中,超精密机床和普通机床之间的差距可谓是天差地别,在普通机床上一些根本不会去关注的参数、因素,在超精密机床上却是至关重要的影响因素了,例如机床的热变形、力变形、定位、材料、振动等。

机床的结构材料

对于超精密机床来说,材料结构对其的影响是非常之大的。在过去,铸铁和钢是作为机床的主力结构材料存在的,而在今后则只有普通机床才会使用它了。对于超精密机床来说,它要求构成它机身的材料性能稳定、热变形小、振动衰减性好等诸多要求。而以往的普通材料已经不能满足这些要求了。因此,科学家们为了满足机床的众多要求,研究了其他特殊材料,如天然花岗岩材料来代替使用。而日本也开发了一种陶瓷材料来制造超精密机床。

机床的主轴机床主轴在加工时候是直接与刀具接触,同时与工件半接触的的重要部分,它回转精度的好坏会直接影响到工件的加工精度,因此主轴说是超精密机床中最重要的一部分也不为过。 目前世界上的超精密机床的主轴精度最高的是空气静压轴承主轴,它的回转精度能达到0.05um,最高可达0.03um。

直线导轨

直线导轨作为工件和刀具相对定位的机构,是一个重要程度不比主轴低的部分。对于超精密机床上使用的直线导轨,它的要求也简单粗暴,就是动作灵活、无爬行等不连续动作,直线精度好,有良好的刚度,发热量小,保养维修简单。目前超精密机床常用的直线导轨主要有滚动导轨和v-v型导轨、气体静压导轨、液体静压导轨。这其中,又以空气静压导轨为最,其直线度最高可达0.1~0.2um/250mm。

进给和微量进给系统

在机床进给系统中发挥着重要作用的各种进给丝杆,在超精密机床中的一般精度等级为c0。在设计上,静压丝杆所需要的必要装置在滚珠丝杆上都完全用不上,因此滚珠丝杆在使用上是十分方便的,但是用在亚微米级超精密加工机床的进给丝杆则不得不考虑滚珠的转动和滚珠间的接触滑动的微小振动,以及同滑动丝杆等相比较存在的振动衰减性差等问题了。目前,微量进给机构广泛应用于超精密加工机床中,它足以满足人们对高定位精度和进给分辨率的要求。

环境条件对于超精密加工机床来说,它所处的环境也关系着机床的加工精度质量。超精密机床对于环境条件的要求大概有三点:一是干净,超精密机床的工作环境应满足2000~3000级以下;二是温度,机床必须放置在恒温房中;对于温度控制,可以从两个方面入手,首先是选择合适的部件材料,如氧化铝陶瓷、铸铁、花岗岩、树脂混凝土等。其次是保证温度的恒定控制。三是振动,机床必须有着良好的隔振装置。

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