超精密機(jī)械加工技術(shù)與發(fā)展研究

摘要：超精密機(jī)械加工的精度可以達(dá)到納米級，主要應(yīng)用在加工高精度設(shè)備的零件。超精密機(jī)械加工技術(shù)是由美國率先提出的，一開始使用的是單刃金剛石車刀鏡面切削鋁合金和無氧銅，隨著機(jī)械加工技術(shù)和電氣工程及其自動化機(jī)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，超精密機(jī)械加工的精度得到的進(jìn)一步的提升。由于超精密機(jī)械加工隨著社會的發(fā)展，勢必會成為影響時代發(fā)展的核心技術(shù)，所以要通過不斷的研究，不斷的提高超精密機(jī)械加工技術(shù)的精度，以及穩(wěn)定性，確保所加工出來的機(jī)械零件的精度更高。本文主要探究超精密機(jī)械加工技術(shù)的主要優(yōu)勢，以及超精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展歷程，還有提高超精密機(jī)械加工技術(shù)精度的主要措施。

關(guān)鍵詞：超精密機(jī)械加工；發(fā)展探究；加工技術(shù)

引言

超精密機(jī)械加工技術(shù)的主要優(yōu)勢有，首先，該技術(shù)的精準(zhǔn)度較高，所加工出來的元件的精度可以達(dá)到百納米級別，所以由超精密機(jī)械加工設(shè)備加工出來的設(shè)備具有較高的精度，進(jìn)而為我國相關(guān)的研究院在開展精密實驗的時候，提供硬件支持。其次，超精密機(jī)械加工技術(shù)的自動化程度高，由于所加工元件的精度已經(jīng)達(dá)到了肉眼無法識別的地步，所以相應(yīng)的加工設(shè)備是完全自動運(yùn)行的，操作員只需要在加工設(shè)備的操作界面設(shè)置好工藝參數(shù)就可以了，自動化的提升，可以有效的保障整個機(jī)械加工過程的質(zhì)量，所加工出來的機(jī)械元件可以滿足相應(yīng)的加工標(biāo)準(zhǔn)。

1主要優(yōu)勢淺析

1.1穩(wěn)定性好

超精度機(jī)械加工技術(shù)，主要應(yīng)用在精密機(jī)械元件的加工領(lǐng)域。依托超精度機(jī)械加工技術(shù)實現(xiàn)對原有機(jī)械加工系統(tǒng)的改造，最大的一個好處在于，能夠切實提高整個機(jī)械加工生產(chǎn)線的穩(wěn)定性，由于超精度機(jī)械加工系統(tǒng)采用的是邏輯控制，每個輸出都會有條件，如果該條指令輸出的條件不滿足，就不會觸發(fā)相應(yīng)的輸出指令，從而實現(xiàn)對整個流水線的精準(zhǔn)控制，整個機(jī)械加工工藝會按照提前編譯好的程序執(zhí)行，不會誤動作，從而確保了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而且，超精度機(jī)械加工技術(shù)實際動作的原理，是依靠中央控制芯片在接收到傳感器的信號之后，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號，兩個輸出信號是相互獨(dú)立的，不會產(chǎn)生干擾，從而實現(xiàn)了整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1]。

1.2工作效率高

超精度機(jī)械加工技術(shù)采用的是順序邏輯掃描法，也就是說，無論整個超精度機(jī)械加工技術(shù)內(nèi)部編譯了多少條程序，超精度機(jī)械加工技術(shù)在實際掃描的過程之中都會從第一條逐條開始掃描，并一直循環(huán)下去，實際超精度機(jī)械加工技術(shù)掃描一條指令的時間在0.02ms左右，所以，整個系統(tǒng)運(yùn)行的速度非常快，當(dāng)相應(yīng)的輸出指令滿足條件的時候，設(shè)備就會按照超精度機(jī)械加工技術(shù)輸出指令執(zhí)行相應(yīng)的動作[2]。

1.3自動化程度高

自動化程度高，也是超精度機(jī)械加工技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械加工改造工作中的一個主要優(yōu)勢，由于超精度機(jī)械加工技術(shù)屬于邏輯控制，所有的指令都是根據(jù)是否滿足所有條件而選擇觸發(fā)的，當(dāng)相應(yīng)的加工步驟完畢之后，系統(tǒng)就會觸發(fā)機(jī)械觸手或者切割刀，觸發(fā)下一個相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備動作，然后在加工完成之后，將加工成型的機(jī)械元件導(dǎo)出生產(chǎn)流水線，整個生產(chǎn)過程節(jié)省了大量的人力資源，而且有效的提高了整個生產(chǎn)流水線的工作效率，以及實際生產(chǎn)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量。

2基礎(chǔ)技術(shù)淺析

2.1高精度元件

機(jī)床的精密程度是決定超精度機(jī)械加工質(zhì)量的重要因素，而在機(jī)床之中，軸承以及滑動工作臺的質(zhì)量又決定著整個機(jī)床的質(zhì)量。其中，目前我國主要使用的軸承有兩類，一種是靜壓空氣軸承，另外一種是液壓軸承，兩種軸承的精度都較好，比一般的軸承具有更高的靈敏度，而且軸承的剛度也能夠達(dá)到每納米100到1000牛頓力，可以確保加工機(jī)械元件期間的穩(wěn)定性。而滑動工作臺目前使用最為廣泛的是牽引驅(qū)動式工作臺，該工作臺具有更好的靈活性，以及更短的反應(yīng)時間。除此以外，在傳感器的選擇方面，主要使用到的是熱偶傳感器。當(dāng)導(dǎo)體兩端的兩個不同的材料結(jié)合成一個電路，當(dāng)兩個點(diǎn)在不同的溫度下，回路會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象就是熱電效應(yīng)。熱電偶就是根據(jù)這個原理對溫度進(jìn)行測量的，其中，直接被于檢測介質(zhì)溫度的一端稱為工作端（也叫做測量端），還有一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）；冷端與顯示設(shè)備或配套儀表相連，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢會在顯示設(shè)備上顯示出來。熱電偶本質(zhì)是能夠?qū)⒛芰哭D(zhuǎn)換工具，采用熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢來檢測溫度，能夠把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，對于熱電偶的熱電勢，需?yán)格注意以下問題：1）工作端的兩端部溫度函數(shù)之差被成為熱電勢，而熱電偶冷端與工作端這兩端溫度差的函數(shù)并不是熱電勢；2）熱電勢的大小，當(dāng)熱電偶有均勻的材料時，熱電偶的長度和粗細(xì)不會影響電熱偶的大小，僅和熱電偶材料的構(gòu)成和兩端的溫差有關(guān)。

2.2測量技術(shù)

隨著科技的進(jìn)步，超精度測量技術(shù)的種類也逐漸增多，其中主要的測量技術(shù)有：（1）激光干涉：基于激光干涉原理的測量儀器，其測量精度可以達(dá)到10納米級，從而可以準(zhǔn)確的檢測出所加工的機(jī)械元件的精度，同時還能夠控制機(jī)床動作的精度；（2）伺服探測：主要通過一個非接觸式的探測儀器，對所加工機(jī)械元件的表面進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到所加工機(jī)械元件表面的精度沒有達(dá)到工藝要求的時候，機(jī)會觸發(fā)提示信號。（3）電子顯微鏡：使用電子顯微鏡測量所加工機(jī)械元件的精度，主要利用的是反射電子信號的形式。在實際測量的過程中，電子顯微鏡的面分辨率為0.2納米，而垂直分辨率為0.01納米，可以實現(xiàn)良好的檢測功能。

3主要發(fā)展方向淺析

將超精密機(jī)械加工技術(shù)融入到相應(yīng)的機(jī)械加工時，要切實保障超精密機(jī)械加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性。通過超精密機(jī)械加工設(shè)備加工出來的，統(tǒng)一批次的機(jī)械元件，各個元件之間的質(zhì)量誤差要控制在0.05%以內(nèi)。而且在實際使用機(jī)械設(shè)備的時候，要在縮減人力資源成本的同時，提高機(jī)械元件的質(zhì)量，使機(jī)械元件的效率得到切實的保證。

就超精密機(jī)械加工的技術(shù)層面而言，主要是在以下的幾個方面發(fā)展：首先，是對整臺設(shè)備所有執(zhí)行元件（切割刀、傳感器、機(jī)械觸手）的高度集成，就是在整個設(shè)備的內(nèi)部，將所有的執(zhí)行元件整合到一個大的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之內(nèi)，通過有線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，將所有的執(zhí)行元件都連接在一起，并對所有的執(zhí)行元件的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行采集工作，該項工作最大的難點(diǎn)就在于對所有執(zhí)行元件的連接工作，在現(xiàn)實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以及技術(shù)之下，需要優(yōu)化算法，以及傳輸方式，才能建立出滿足所有執(zhí)行元件的局域網(wǎng)。

其次，是對機(jī)械加工軟件系統(tǒng)的設(shè)計工作，不同于人工機(jī)械加工，超精密機(jī)械加工是通過前端超精密機(jī)械加工檢測設(shè)備和后臺的超精密機(jī)械加工軟件協(xié)同作用得出的結(jié)果，軟件只會根據(jù)設(shè)計者編寫出來的程序去執(zhí)行指令，不會自主化運(yùn)行，所以，需要相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計者充分考慮，整合影響機(jī)械加工質(zhì)量以及精度的所有因素，再匯總，進(jìn)行軟件程序的編寫，這樣做，能夠在實際的使用過程之中，縮減人力資源成本的同時，提高所有加工得到的機(jī)械元件的質(zhì)量，使機(jī)械加工設(shè)備的效率得到切實的保證。

最后，在實際安裝機(jī)械加工設(shè)備的過程之中，最為主要的工作內(nèi)容就是將所設(shè)計好的機(jī)械加工控制系統(tǒng)和機(jī)械設(shè)備進(jìn)行對接。一些智能化機(jī)械設(shè)備的零件，由于廠家的原因，會存在有一定的差異，所以在編寫程序的過程之中，要考慮到兼容性的問題，使所編寫的軟件程序和所有的智能機(jī)械器械都能形成高度的契合。從而能夠切實提高整臺超精密機(jī)械加工設(shè)備的質(zhì)量，不會因為設(shè)備不兼容而影響到超精密機(jī)械加工技術(shù)的效率和準(zhǔn)確度。

結(jié)束語

超精密機(jī)械加工技術(shù)的研究，對于推動我國機(jī)械加工行業(yè)發(fā)展有著至關(guān)重要的作用，通過超精密機(jī)械加工的應(yīng)用，可以大幅的提升機(jī)械加工的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。在實際發(fā)展超精密機(jī)械加工技術(shù)的時候，首先要從硬件入手，通過不斷的探索和研究，找到可以替代原有切割材料的物質(zhì)，從而進(jìn)一步提升機(jī)械加工的精度。其次，要從軟件以及設(shè)備的管理系統(tǒng)入手，對設(shè)備的自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，增加位置傳感器，以及加工設(shè)備機(jī)械關(guān)節(jié)的數(shù)量，從而進(jìn)一步提高加工設(shè)備的靈敏度。最后，要從操作工人的作業(yè)能力入手，建立完善的技能培訓(xùn)體制，不斷提高每一位操作工人的技能水平。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：王軍（1981—），男，漢族，四川宜賓人，大學(xué)本科，工程師，主要從事加工技術(shù)工作。

（作者單位：四川省宜賓普什驅(qū)動有限責(zé)任公司）