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 超精密加工机床关键技术与应用（第二遍）

      当今的超精密机床坐标测量系统大多采用衍射光栅。光栅测量系统稳定性高，分辨率可达nm级。为了进一步获得超高的位置控制特性和加工表面质量，采用DSP细分，测量系统分辨率可达纳米级。 　　 　　

      纳米级重复定位精度超精密传动、驱动控制技术。为了实现光学级的确定性超精密加工，机床必须具有纳米级重复定位精度的刀具运动控制品质。伺服传动、驱动系统需消除一切非线性因数，特别是具有非线性特性的运动机构摩擦等效应。因此，南京建克走心机数控车床，采用气浮、液浮等摩擦效应轴承、导轨、平衡机构成了必然的选择。伺服运动控制器除了高分辨、高实时性要求外，控制算法模式也需不断进步。

开放式高性能CNC数控系统技术。从加工精度和效能出发，数控系统除了满足超精密机床控制显示分辨率、精度，实时性等要求，还需扩展在机测量、对刀、补偿等许多辅助功能。通用数控系统难以满足要求。所以，超精密机床现基本都采用PC运动控制器研制开放式CNC数控系统模式。 　

  高精度气、液、温度、振动等工作环境控制技术。机床隔振及水平姿态控制。振动对超精密加工的影响非常明显，西铁城走心机数控车床，远驶的汽车都有影响。机床隔振需采取特殊的地面处理和机床本体气浮隔振复合措施。机床体气浮隔振系统还需具备自动调平功能，以防止机床加工中水平状态变化对加工的影响。对于LODTM隔振要求高的机床，隔振系统的自然频率要求在1HZ以下。温度控制。温度对加工精度的影响非常大。因此，LODTM机床温控要求极其高。

应用展望 　　 　　

      超精密加工机床系统与技术总的发展趋势：更高的加工表面质量、面形精度；朝大、小尺度两个方向发展；提高工件复杂形面、不同材料的加工适应性等。 　　 　　

大的尺度发展应用如适应未来空、地空强激光产品轻质、高刚性金属基主反射镜加工的超大型SLODTM机床；地基超大口径深空望远镜（如欧洲的Euro50(Φ50m）、OWL(Φ100m))拼接式离轴非球面镜（数米尺寸）加工的多轴超精密磨削加工等。 　　 　　

近年来，太赫兹（THZ）作为一门新兴技术得到了广泛重视，是未来超精密加工技术与机床极为广大和重要的应用领域。在大的尺度方面，太赫兹应用不亚于前列的大的发展需求，如太赫兹天线镜面加工需求。在小的尺度方面，太赫兹系统中的微型波纹喇叭天线（毫米级复杂形状内腔，微米级加工精度）是未来所需解决的超精密加工难题之一。在加工面形的复杂度方面，由于太赫兹波束控制元件表面电磁特性，其设计元件面形更具复杂性，如非对称赋形自由曲面等。在加工材料方面，太赫兹应用更具多样性。

发展超精密加工机床系统，我国需重点突破的关键技术包括：高精度、高分辨率、高稳定、大位移坐标测量系统，沙河走心机数控车床，先进控制算法（自适应控制、二阶动态无差控制等）的高性能多轴运动控制器，工件在机超精密测量与补偿技术，超高精度环境控制技术等

斜床身数控车床与平身数控车床的比较

机床布局对比

     平床身数控车床的两根导轨所在平面与地平面平行。斜床身数控车床的两根导轨所在平面则与地平面相交，成一个斜面，角度有30°，45°，60°，75°之分。从机床侧面看，平床身数控车床的床身呈四方形，斜床身数控车床的床身呈直角三角形。很明显，在相同导轨宽度的情况下，斜床身的X向拖板比平床身的要长，应用在车床的实际意义是可以安排更多的刀位数。切削刚性对比斜床身数控车床的截面积要比同规格平床身的大，即抗弯曲和抗扭能力更强。

     斜床身数控车床的刀具是在工件的斜上方往下进行切削，切削力与工件的重力方向基本一致，所以主轴运转相对平稳，不易引起切削振动，而平床身数控车床在切削时，刀具与工件产生的切削力与工件重力成90°，容易引起振动。机床加工精度对比

数控车床的传动丝杆是高精度的滚珠丝杆，丝杆与螺母之间的传动间隙很小，但也不是说没有间隙，而只要有间隙，当丝杆向着一个方向运动后再反向传动时，星牌走心机数控车床 ，难免会产生反向间隙，有反向间隙就会影响数控车床的重复定位精度，从而影响加工精度。斜床身数控车床的布局直接可以影响X方向滚珠丝杆的间隙，重力直接作用于丝杆的轴向，使传动时的反向间隙几乎为零。平床身数控车床的X方向丝杆不受轴向重力影响，间隙无法直接消除。这就是设计给斜床身数控车床带来的先天精度优势。

控制方式对加工精度的影响

开环控制：即不带位置反馈装置的控制方式。加工精度一般在0.02

mm

半闭环控制：指在开环控制伺服电动机轴上装有角位移检测装置，通过检测伺服电动机的转角间接地检测出运动部件的位移反馈给数控装置的比较器，与输入的指令进行比较，用差值控制运动部件。加工精度一般在0.01-0.02mm精度左右。

闭环控制：是在机床的终的运动部件的相应位置直接直线或回转式检测装置，将直接测量到的位移或角位移值反馈到数控装置的比较器中与输入指令移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动。加工精度一般在0.002-0.01mm精度左右。

与普通机床相比，数控机床有如下特点：

　　（1)优点

　　1.加工精度高，具有较高的加工质量；

　　2.可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；

　　3.加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；

　　4.机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）；

　　5.机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；

　　6.批量化生产，产品质量容易控制；

　　（2）缺点

　　1.对操作人员的素质要求较低，对维护人员的技术要求较高。

　　2.但其加工路线不易控制，不像普通机床一样直观。

　　3.其维修不便，技术要求较高；

　　4.工艺不易控制