超精密加工机床的关键部件技术
<P> 1引言</P><P> 超精密<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" title="转到加工企业">加工</a>机床的研制开发始于20世纪60年代。当时在美国因开发激光核聚变实验装置和红外线实验装置需要大型金属反射镜，因而急需开发制作反射镜的超精密<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" title="转到加工企业">加工</a>技术。以单点金刚石车刀镜面切削铝合金和无氧铜的超精密<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" title="转到加工企业">加工</a>机床应运而生。1980年美国在世界上首次开发了三坐标控制的M-18AG非球面加工机床，它标志着亚微米级超精密加工机床技术的成熟。日本的超精密加工机床的研制开发滞后于美国20年。从1981～1982年首先开发的是多棱体反射镜加工机床，随后是磁头微细加工机床、磁盘端面车床，近来则是以非球面加工机床和短波长X线反射镜面加工机床为主。德国、荷兰以及中国台湾的超精密加工机床技术也都处于世界先进水平。我国的超精密加工机床的研制开发工作虽起步比较晚，但经过广大精密工程研究人员的不懈努力，已取得了可喜的成绩。哈尔滨工业大学精密工程研究所研制开发的HCM-Ⅰ超精密加工机床，主要技术指标达到了国际水平。国外部分超精密加工机床和HCM-Ⅰ超精密加工机床的性能指标如表1所示。本文主要论述超精密加工机床的关键部件技术。</P><DIV>表1 国内外典型超精密车床性能指标汇总</DIV><DIV> </DIV><DIV align=center><TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 border=1><TBODY><TR><TD colSpan=2><DIV>型号(生产厂家)</DIV></TD><TD><DIV>HCM-Ⅰ
(中国哈工大)</DIV></TD><TD><DIV>M-18AG
(莫尔特殊机床,美国)</DIV></TD><TD><DIV>Ultraprecision CNC machine
(东芝,日本)</DIV></TD><TD><DIV>Ultraprecision Lathe
(IPT，德国)</DIV></TD></TR><TR><TD width=10 rowSpan=4><DIV>主轴</DIV></TD><TD><DIV>径向跳动(µm)</DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD><TD><DIV>≤0.075</DIV></TD><TD><DIV>≤0.05(500r/min)</DIV></TD><TD><DIV>≤0.048</DIV></TD></TR><TR><TD><DIV>轴向跳动(µm)</DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD><TD><DIV>≤0.05</DIV></TD><TD><DIV>≤0.05(500r/min)</DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD></TR><TR><TD><DIV>径向刚度(N/µm)</DIV></TD><TD><DIV>220</DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD><TD><DIV>100</DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD></TR><TR><TD><DIV>轴向刚度(N/µm)</DIV></TD><TD><DIV>160</DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD><TD><DIV>200</DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD></TR><TR><TD width=10 rowSpan=4><DIV>导轨</DIV></TD><TD><DIV>Z向(主轴)直线度</DIV></TD><TD><DIV>＜0.2µm/100mm</DIV></TD><TD><DIV>≤0.5µm/230mm</DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD><TD><DIV>0.044µm/80mm</DIV></TD></TR><TR><TD><DIV>X向(刀架)直线度</DIV></TD><TD><DIV>＜0.2µm/100mm</DIV></TD><TD><DIV>≤0.5µm/410mm</DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD><TD><DIV>0.044µm/80mm</DIV></TD></TR><TR><TD><DIV>X、Z向垂直度(")</DIV></TD><TD><DIV>≤1</DIV></TD><TD><DIV>1</DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD></TR><TR><TD><DIV>重复定位精度(µm)</DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD><TD><DIV>1(全程)
0.5(25.4mm)</DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD></TR><TR><TD rowSpan=2><DIV>加工
工件
精度</DIV></TD><TD><DIV>形面精度(µm)</DIV></TD><TD><DIV>圆度：0.1</DIV></TD><TD><DIV>平面度：0.3</DIV></TD><TD><DIV>＜0.1(P-V值)</DIV></TD><TD><DIV>0.1</DIV></TD></TR><TR><TD><DIV>表面粗糙度(µm)</DIV></TD><TD><DIV>Ra0.0042</DIV></TD><TD><DIV>0.0075(P-V值)</DIV></TD><TD><DIV>Ra0.002</DIV></TD><TD><DIV>0.002～0.005RMS</DIV></TD></TR><TR><TD colSpan=2><DIV>位置反馈系统分辨率(µm)</DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD><TD><DIV>25</DIV></TD><TD><DIV>2.5</DIV></TD><TD><DIV>10</DIV></TD></TR><TR><TD colSpan=2><DIV>温控精度(℃)</DIV></TD><TD><DIV>≤0.004</DIV></TD><TD><DIV>±0.006</DIV></TD><TD><DIV>±0.1</DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD></TR><TR><TD colSpan=2><DIV>隔振系统固有频率(Hz)</DIV></TD><TD><DIV>≤2</DIV></TD><TD><DIV>2</DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD></TR><TR><TD colSpan=2><DIV>加工范围(mm)</DIV></TD><TD><DIV>320</DIV></TD><TD><DIV>356</DIV></TD><TD><DIV>650×250</DIV></TD><TD><DIV> </DIV></TD></TR></TBODY></TABLE></DIV><DIV> </DIV><P align=center>
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