近年來,世界各發達**都非常重視超精密機床的發展,由于得到**的支持,綜合運用多項現代新技術,使超精密機床發展迅速,目前正向納米級發展?，F在通用的中小型超精密機床已逐漸成熟穩定,很多**都已有質量很高的標準超精密機床產品。當前國際上超精密機床的主要發展趨勢是:
(1)向更高精度、大型化、高效多功能和自動化的方向發展
1)由于尖端技術的發展,要求加工出更高精度的大型光學元件,因此迫切需要發展更高精度的超精密機床。目前,美國和日本提出向納米級精度挑戰,并加緊研制納米級超精密加工精度的超精密機床,主要目標為:主軸精度20nm,定位精度50nm,位置檢測糟度10nm;環境溫度20±0005℃;以及與之相應的納米級關鍵基礎件:如主軸軸系、主軸單元、導軌副、直線運動單元、位移裝置、數控何服系統等。
2)在大型激光武器、激光核聚變用大型激光器、同步加速器用大型光學元件和大型遙測光學器件研究開發中,有許多大型光學元件,其形狀精度要求達到納米級;X射線反射鏡的表面粗糙度要求達到零點幾納米。為加工這些大型超精密工件,必須發展大型多功能的超精密機床?，F在美國和英國處于領先地位,且仍在繼續發展提高。日本過去在此領域進行的工作不多,現在提出要加速發展。美國研制的大型超精密機床已能加工出直徑2.4~4m的大型光學器。
3)隨著超精密加工在民用工業中的應用,要求發展更高效專用的超精密機床。一般通過提高機床轉速和刀具進給速度來縮短切削時間。此外,縮短主軸的起停時間,由于主軸必須在少鐘內高速運轉,又要在幾秒鐘內停止,因而機床趨向于采用電動機直接帶動主軸運轉的方式。日本在此領域內處于領先地位,已生產高效自動化程度很高的專用磁盤車床,加工激光打印機多面棱鏡的超精密銳床,加工錄像機磁鼓的高效專用車床等。研究和開發高效專用機床是中小型超精密機床發展和競爭的熱點。
4)超精密加工從加工性質上來說***適宜采用自動化、無人化加工方式。這樣可以***大限度減少外界干擾,保證加工質量。目前研制的超精密車床都已實現數控化,有些可以配自動上料裝置,并可以納到超橢密加工的FMs(柔性制造系統)中去。無人化加工是超精密加工發展的一個重要趨勢。
(2)發展模塊化超精密機床當今世界上的市場競爭和科技進步,使工業產品的市場壽命周期越來越短。對多變市場的適應性,已成為當今生產技術發展和改造的戰略目標。模塊化技術方法使這種適應性得以實現和發展。即當加工對象改變時,機床結構應能就地(使用現場)根據需要很容易地進行結合和分離,以組成新的機床。如采用空氣軸承組件、氣浮導軌組件、進給裝置、花崗巖底座和隔振氣墊等八種超精密加工元部件作為模塊,組成可以加工磁盤、活塞、轉子、振動筒、紅外拋物面反射鏡、多面棱體、高精度軸承、藍寶石切割、研磨等十種功能的超精密加工機床。美國的 ANORAD公司生產各種轉定位工作臺、在線運動工作臺、空氣軸承線性定位工作臺等,可以滿足不同用戶模塊方式組成各種一維、二維和多維的超精密運動控制平臺。由于有了模塊化和結構化技術,研制新的超精密設備的費用和周期都大大下降技術的難度也下降。據分析,制造成本可降至1/3-1/2,制造周期可縮短1/3~12,使機床隨市場的變化具有快速性采用模塊式結構可使機床具有更大的柔性和更高的利用率,也是降低成本、縮短制造周期的有效方法。因此發展模塊化超精密機床是推廣應用超精密加工技術的一個有效手段,用戶可以根據需要提出要求,以較低的價格獲得所需要的機床。
模塊化設計方法應探討如下問題:
1)模塊化分類法、編碼系統與標準化的研究。
2)標準基本元件的定義與分類。
3)概念設計與模塊化分解和聯接的原則與方法。
4)設計知識庫支持系統和精度分析決策系統。
5)單元模塊設計技術等。
(3)采用計算機補償技術提高加工精度提高加工精度的途徑可分為兩大類,一類稱為避免誤差技術,另一類為補償誤差技術。避兔誤差技術是靠提高機床本身精度來減小加工誤差。補償誤差技術劐是應用監測裝置來實現加工精度。但隨著機床本身精度的不斷提高,單靠提高基準元件的精度來提高超精密加工機床的精度是有限的,而且其成本費用劇增。受經濟條件和精度的限制,補償誤差技術得到更為廣泛的應用。近年來,國外在機床上廣泛采用計算機進行先發性的前憤控制,以實現超糟密加工。這種方法是利用計算機預先測定引起加工精度下降的參數,并通過計算機進行處理,預測出加工誤差,并及時進行補償,從而可以得到高于機床本身結構所能達到的加工糟度。利用計算機進行綜合誤差補償是提高加工和測量精度的一種經濟有效的方法,對開發納米級加工精度的機床具有重要意義。這一趨勢已日益引起重視。誤差補償技術的發展關鍵在于開發和應用靈敏、精確和穩定可靠的超精密傳感器和分辨率、位移精度及重復精度很高的執行機構。
(4)采用適應控制技術提高生產率隨著超精密加工質量穩定和超精密加工零件數量急劇增長的要求,國外超精密加工機床正向高效率方向發展。采用適應控制技術的超精密加工機,可以清除加工中和加工環境中人為因素的影響,這是實現高精度和高效率超精密加工的主要手段。但由于適應控制技術成本偏高,目前主要用于大型和昂賁的超精密加工機床。
(5)加工、測量一體化在超精密加工中,精密測量也是關鍵。測量儀器的精度一般都要求比被測零件精度高一個數量級。過去加工和測量通常是獨立進行的。但隨著機被加工技術水平的提高,機床本身的精度也大大提高。在這種條件下,配有適當的儀器或采取一定的措施后(如在刀具的位置上換成相應的傳感器),機床也可以作為計量裝置。例如以氣體靜壓軸承為基準的超精密車床,其回轉精度可以達到0.02m,加工零件的圓度為0.1nm左右,用加工機床的軸系作為基準測量工件是完全可行的。當然,加工狀態和檢測狀態是不同的,加工時必須考慮裝夾變形等因素。目前,國外非常重視把加工和測量結合起來,積極發展邊加工、邊測量和在監控測量條件下進行高精度的加工方法。這種把加工技術、測量技術和控制技術有機地結合成為一體的加工系統是超精密機床的典型發展趨勢。這種機床即是加工機,又是測量機,實現加工測量一體化,大大提高了經濟效益。
