機(jī)械加工向超精密、超高速方向發(fā)展
超精密加工技術(shù)目前已進(jìn)入納米加工時(shí)代，加工精度達(dá)0．025／~m，表面粗糙度值達(dá)g,o．0045／~m。精切削加工技術(shù)由目前的紅外波段向加工可見光波段或不可見紫外線和X射線波段趨近；超精加工機(jī)床向多功能模塊化方向發(fā)展；超精加工材料由金屬擴(kuò)大到非金屬。
金剛石車削早期主要用來加工有色金屬如無氧銅或鋁合金等，其產(chǎn)品主要是各種光學(xué)系統(tǒng)中的反射鏡，如射電望遠(yuǎn)鏡的主鏡面，IADA(激光探測(cè))系統(tǒng)中的各鏡面以及激光切割機(jī)床中的反射鏡等，還可節(jié)約昂貴的紅外材料。
金剛石車削的刀具參數(shù)與鏡面銑相似，金屬材料多用零度前角刀具加工，紅外材料和脆性材料則多用負(fù)前角刀具加工。金剛石車削的切削參數(shù)根據(jù)工件材料和機(jī)床特性而定。通常主軸轉(zhuǎn)速低于2000r／min，個(gè)別可達(dá)5000r／rain。隱形眼鏡鏡片車床較特殊，其轉(zhuǎn)速可達(dá)10000r／min。
在大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品中，光學(xué)元件多采用擠壓成形或壓注成形。成形所用的型腔多采用金剛石車削來完成，型腔材料除超高強(qiáng)度鎳鋼外。還有工具鋼和陶瓷等。超高強(qiáng)度鎳鋼是模壓成形時(shí)應(yīng)用廣的材料，因?yàn)樗葷M足模具的硬度要求，又可用金剛石車削出較理想的形狀精度和表面質(zhì)量。用金剛石車削直徑在100mm以下的工件時(shí)，形狀誤差可控制在0．1／．tm以下。工件表面粗糙度除了與切削參數(shù)及機(jī)床特性有關(guān)外，還取決于材料的特性，絕大多數(shù)可用金剛石車削的材料的表面粗糙度值可達(dá)到尺。0．00l一0．005#m。
目前，高速切削鋁合金的切削速度已超過1600m／rain；鑄鐵為1500m／mira，超高速切削已成為解決一些難加工材料加工問題的一條途徑。
高速切削的技術(shù)關(guān)鍵——高速主軸是高速切削的首要條件，對(duì)于不同的工作材料，以前的切削速度可達(dá)5～100m／s。主軸的轉(zhuǎn)速與刀具的直徑有關(guān)，采用小直徑的球頭銑刀時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)1000(~r／min。高速主軸的軸承和潤(rùn)滑技術(shù)的改進(jìn)對(duì)高速切削發(fā)展起到推動(dòng)作用。
油霧潤(rùn)滑又稱氣／油潤(rùn)滑，在主軸起動(dòng)前必須先起動(dòng)潤(rùn)滑裝置，該裝置將潤(rùn)滑油與壓縮32空氣混合然后通過管路將油霧噴人各軸承。這種潤(rùn)滑方式屬于強(qiáng)制潤(rùn)滑，在正常工作情況下，可保證良好的潤(rùn)滑條件以提高轉(zhuǎn)速。
通過對(duì)液體靜壓軸承元件的幾何形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)l×106mm·r／min，軸徑為30mm的主軸，其高轉(zhuǎn)速可達(dá)30000r／min以上。
靜壓軸承為減少高速運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)熱，軸徑不宜過大，因而與滾珠軸承主軸相比，其徑向剛度較低。但軸向剛度能遠(yuǎn)超過滾珠軸承主軸，因?yàn)闈L珠軸承受離心力限制，其壓力角一般較小，為15�；�250，故軸向剛度較小。對(duì)于軸向切削力較大的加工場(chǎng)合，如采用球頭銑刀加工工具或模具時(shí)，宜采用液體靜壓軸承主軸。
液體靜壓軸承主軸的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)精度很高，回轉(zhuǎn)誤差一般在0．2pro以下。因而不但可以提高刀具的使用壽命，而且可以達(dá)到很高的加工精度和低的表面粗糙度值。制造模具時(shí)，采用液體靜壓軸承主軸進(jìn)行銑削時(shí)可以省去后的磨削和手工修整的工序，從而提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品成本。由于液體靜壓軸承的液體摩擦損失，故驅(qū)動(dòng)功率損失比滾珠軸承大。因此，選用何種軸承必須根據(jù)具體應(yīng)用要求來定。假如材料切除量大，對(duì)加工表面粗糙度值要求不是很低時(shí)，要優(yōu)先考慮采用滾珠軸承主軸。如果加工精度的允差小且表面粗糙度值要求很低時(shí)，應(yīng)該采用液體靜壓軸承主軸。
空氣靜壓軸承高速主軸可以進(jìn)一步提高主軸的轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)精度。它的轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)2．7×106mm·I'／min，回轉(zhuǎn)誤差在0．05~tm以下，高轉(zhuǎn)速可達(dá)100000r／min。采用金剛石刀具可以進(jìn)行鏡面銑削，加工各種復(fù)雜的高精度形面�？諝忪o壓軸承主軸的優(yōu)點(diǎn)在于高回轉(zhuǎn)精度、高轉(zhuǎn)速和低溫升，因而主要適合于工件形狀精度和表面粗糙度有高要求的場(chǎng)合。
磁浮軸承高速主軸可以達(dá)到更高的主軸轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)4×106mm·r／min，為滾珠軸承主軸的兩倍。如主軸的高轉(zhuǎn)速相同，則磁浮主軸可采用較大的軸徑，以獲得較高的剛性(約為滾珠軸承主軸的10倍)和較大的承載能力。磁浮軸承的回轉(zhuǎn)精度主要取決于主軸內(nèi)所用的位移傳感器的精度和靈敏度以及控制電路的性能。目前使用的磁浮主軸的回轉(zhuǎn)精度可達(dá)0．2pm。磁浮主軸的優(yōu)點(diǎn)是高精度、高轉(zhuǎn)速和高剛度。缺點(diǎn)是不僅機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且需要一整套的傳感器系統(tǒng)和控制電路，所以磁浮主軸的造價(jià)較高，一般是滾珠軸承主軸的兩倍以上。
采用自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝過程的優(yōu)化控制。微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化技術(shù)與工藝設(shè)備相結(jié)合，形成了從單機(jī)到系統(tǒng)，從剛性到柔性，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜等不同檔次的多種自動(dòng)化成形加工技術(shù)，使工藝過程控制方式發(fā)生了質(zhì)的變化。計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)(CAPP)、數(shù)控、CAD／CAM、機(jī)器人、自動(dòng)化搬運(yùn)倉(cāng)儲(chǔ)、管理信息系統(tǒng)(MIs)等自動(dòng)化單元技術(shù)綜合用于工藝設(shè)計(jì)、加工及物流過程，形成了不同檔次的柔性自動(dòng)化系統(tǒng)。數(shù)控加工、加工中心(Mc)、柔性制造單元(FMC)、柔性制造島(FMI)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)和柔性生產(chǎn)線(FTL)，及至形成計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)和智能制造系統(tǒng)(IMS)。
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