Rexroth轴承,总是难忘你灿烂般的笑容
高精度机床的制造涉及的东西很多,根据我现在所学,我觉得虽然零件的加工制造固然重要,但是一颗淡定的心其实更是不可或缺。
比如精密机床的床身加工好了后,是不能急着用的,要在室外拿油布包好放几年,释放应力。这是为了防止机床装配调平好后,底座再发生形变。现在一般超精密磨床和机床的底座都采用大理石,因为大理石消除振动的性能比较好,热变形也比钢结构小。
又比如精密机床一般都装配在一个恒温罩或者是恒温厂房内,如果是超精密机床,这个恒温房一般还要精确控制室内温度,不仅要做到冬暖夏凉,也要考虑到快速排出机床运行加工时的产热,尽可能把热形变控制在最小。
零件加工方面,说最好的机床都是手工做的实在不靠谱,的确如剑寒秋水所说,牛逼的师傅能做出0级精度平板平面,也就是说把课桌大小的一块平面的平面度公差控制在7微米,大概头发丝的百分之一粗细那么个波动,但是再精密些的平面,大师傅就比不过大工程师和巨额的资金了。
前段时间查资料[1],看到清华大学设计装配了一个光学镜面超精密加工机床,最大能加工直径为880毫米的光学镜面。他们在硬铝上加工出了表面粗糙度5纳米,直径400毫米球面,用无氧铜加工出了直径100毫米,表面粗糙度8纳米的非球形面。注意,这里表面粗糙度的单位是只有微米千分之一的纳米了,8纳米只相当于20个水分子一字排开那么长,大师傅是肯定辨认不出来的,因为他的一滴泪中就有10的22次方个水分子。
那么这样的精度是怎么达到的,最高的精度从理论上来说取决于什么呢?
我在文章开头提到要做好机床就要淡定,在此基础之上,精度主要取决于对机床误差的控制,根本上又取决于检测手段的分辨率和机床的分辨力(以下都是教学状态下的典型栗子,不代表该机床的实际运行情况):
根据机床误差控制手段的不同,对机床精度的检测手段也不一样,比如要在加工工件时检测机床的误差,就要用在线检测手段,边加工边检测。上文我提到的机床就很典型,它采用装在导轨上的纳米光栅测量加工台面到底跑了多少(这个纳米光栅的分辨率我忘了,总之就是几个纳米的范围内。不要纠结于细节,来看栗子吧)。如果伺服轴根据命令要运行5000纳米,光栅检测到由于热误差,这个加工台面其实跑了5010纳米,那么控制系统就让伺服轴就移回4090纳米,再向前运行到5000纳米。这样就把误差从10纳米缩小到了光栅能检测到的最小范围内。至于为什么要回到4090而不是5000,因为有“反向间隙”的问题,有兴趣的同学自己搜一下吧。
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