高精加工從精密加工到超精密加工再到特高精度加工,是世界各國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級,乃至納米級(<10nm),其應(yīng)用范圍日趨廣泛。超精密加工主要包括超精密切削(車、銑)、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工(三束加工及微細電火花加工、微細電解加工和各種復(fù)合加工等)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對超精密加工技術(shù)不斷提出了新的要求。新材料及新零件的出現(xiàn),更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝,發(fā)展新型超精密加工機床,完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù),以適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展。
精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要,也是為了提高普通機電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性,減少其裝配時的工作量從而提高裝配效率的需要。隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對機電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高,機床用戶對機床加工精度的要求也越來越高。為了滿足用戶的需要,近10多年來,普通級數(shù)控機床的加工精度已由±10μm提高到±5μm,精密級加工中心的加工精度則從±3 ̄5μm,提高到±1 ̄1.5μm.
復(fù)雜曲面加工進入90年代以來,復(fù)雜型面在生產(chǎn)中幾乎全部以高速切削的方式進行加工。目的是為了提高生產(chǎn)效率,降低產(chǎn)品的成本,同時提高工件的形狀精度和降低表面粗糙度。為了滿足高速切削的需要,機床的主軸幾乎無一例外地采用電主軸。主軸轉(zhuǎn)速根據(jù)所用刀具直徑的不同進行無級變速,轉(zhuǎn)速范圍從每分鐘幾千轉(zhuǎn)至幾萬轉(zhuǎn)。滑臺的驅(qū)動系統(tǒng)在高速切削時也不同于常規(guī)加工中心,常用的系統(tǒng)有高速絲杠螺母副驅(qū)動和直線電機驅(qū)動,*大的進給速度可以達到100m/min以上。
在加工復(fù)雜型面時,機床的數(shù)控系統(tǒng)也必須滿足一些特殊要求。比如,復(fù)雜型面的數(shù)控加工程序一般在CAD/CAM軟件上生成,一個型面的程序往往需數(shù)兆字節(jié)(Byte)的儲存空間,需要大容量存儲器進行存儲。所以數(shù)控系統(tǒng)必須有與其他計算機系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的功能,以便直接從CAD/CAM上接收數(shù)控程序。
此外,數(shù)控系統(tǒng)還必須采用先進的控制技術(shù),要求有前瞻(LookAhead)功能。也就是說,在機床加工某一軌跡前,數(shù)據(jù)系統(tǒng)對要加工的曲面進行預(yù)先分析,根據(jù)曲面各點的曲率以及各相鄰點的銜接關(guān)系,適當調(diào)整機床的進給速度,以便在保證工件精度的前提下達到*高的生產(chǎn)率。為了減少加工過程中的動態(tài)誤差,新型的數(shù)據(jù)系統(tǒng)伺服誤差的校正不再采用以往的串聯(lián)式比例微分積分(PID)調(diào)節(jié)器,而是采用按位置和速度等狀態(tài)參數(shù)進行補償?shù)臓顟B(tài)調(diào)節(jié)器,采用這種調(diào)節(jié)器可以徹底消除驅(qū)動滯后誤差,補償由于間隙或摩擦引起的非線性誤差,甚至可以抵消機床的某些振動,從而達到提高工件形狀精度和降低表面粗糙度的要求。
復(fù)雜曲面加工涉及并聯(lián)機床結(jié)構(gòu)、數(shù)字伺服系統(tǒng)開發(fā)、CAD/CAM應(yīng)用、并聯(lián)結(jié)構(gòu)加工誤差與精度分析、機構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)標定及機床剛度的提高等技術(shù)。需要解決機床總體布局并聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計、七軸聯(lián)動并聯(lián)機床數(shù)控系統(tǒng)、并聯(lián)加工中心精度保障等關(guān)鍵技術(shù)。
將曲面加工中的刀具運動軌跡產(chǎn)生功能集成到CNC中,也是曲面加工的發(fā)展趨勢2.即由CNC直接根據(jù)曲面幾何定義與工藝參數(shù)實時地自動完成連續(xù)刀具軌跡插補,并由此控制機床運動。其曲面塊加工指令相當于一個完整工步,其控制復(fù)雜度遠遠超過目前CNC上僅對直線、圓弧處理。