迎來納米時代磨削、研磨加工

　　隨著IT關(guān)聯(lián)產(chǎn)品、汽車哭逻、家電等工業(yè)制品不斷發(fā)展，高性能磨削磷可、研磨加工重要性日益增大躬筐。對于生產(chǎn)技術(shù)人員來說，高精度化荸刁、高效率化自動化永遠(yuǎn)主題帅忌。磨削、研磨技術(shù)研究開發(fā)成果推動著工業(yè)產(chǎn)品更新态措，正腳踏實地向前發(fā)展此幕。

　　(1)磨削、研磨技術(shù)重要性日益增大

　　如今幾乎已普及到所有家庭個人電腦(PC)所配備硬磁盤(HDD)過去超精密機床上用單晶金剛石刀具切削加工桑抱。近年來签缸，磁盤面記錄密度年增長率達到100％，實現(xiàn)了每1平方英寸達1G記錄密度左腔。這一技術(shù)經(jīng)磨削加工后鋁合金基盤上鍍上無電解NIP薄膜唧垦，再通過研磨加工使其表面平滑而得以實現(xiàn)翔悠。而高性能加工技術(shù)進步业崖，也使得基盤材料從鋁合金更換為剛性比更高硅酸鋁玻璃、晶化玻璃等蓄愁，因此双炕，磨削狞悲、研磨加工重要性也更大了。

　　(2)高精度化

　　直線電機剛開始開發(fā)時妇斤，因其能實現(xiàn)高速加工而備受矚目摇锋。但近年來站超，使用直線電機目已逐漸轉(zhuǎn)向高精度化荸恕。也就說，直線電機諸多優(yōu)良特性死相，很高定位精度圓弧插補精度尤其令人刮目相看。其原因非接觸式驅(qū)動系統(tǒng)沒有傳統(tǒng)伺服電機旋轉(zhuǎn)減速用齒輪副极谚、滾珠絲杠许辖、耦合件等各種機械因素引起誤差疲些，以及直線電機必然采用閉路控制。

　　今后贮猛，高精度化加工技術(shù)發(fā)展將日益加速眷抠。精密加工，最重要加工之一高精密平面加工闺蜈。尤其精密測量儀器漏踊、光學(xué)儀器、硅片等超精密加工領(lǐng)域俊伯，要求加工出無限平滑表面摧辣。為此，機床制造商開發(fā)出了超精密平面磨床阅酪，采用獨立可變靜壓滑板技術(shù)實現(xiàn)高剛性加工同時旨袒，又實現(xiàn)了即使存偏載荷，油膜厚度也不會發(fā)生變化(工作臺不發(fā)生傾斜)术辐，磨削平面度達到lμm/m2砚尽。此外辉词，加工表面通過拋光可以實現(xiàn)0.03μm/m2平面度必孤。為了實現(xiàn)高精度加工，就必須克服熱變形瑞躺。具體來說敷搪，需要盡可能減少來自驅(qū)動電機軸承幢哨、導(dǎo)向面等加工發(fā)熱赡勘。此外嫂便，為了不使加工工件發(fā)生熱變形，還需要控制加工點產(chǎn)生熱量來自工件表面汽化熱闸与。為此毙替，該超精密平面磨床配置了既恒溫又恒濕隔離罩，作為完整系統(tǒng)加以商品化喳卢。

　　(3)高效率化

　　加大砂輪進給量弯枢、降低工件進給速度間歇進給磨削技術(shù)與使用電沉積磨輪高圓周速度磨削技術(shù)相結(jié)合而形成HEDG(HighEfficientDeep-CutGrinding)磨削技術(shù)歐洲已經(jīng)實用化了，但日本還幾乎無人采用坦妙。另一方面涡瀑，減小砂輪進給量、提高工件進給速度快走刀磨削(高速往復(fù)式磨削)金屬模具加工等行業(yè)正逐漸成為成型磨削主流璃帘。這種磨削加工方法通過曲柄洪铣、液壓伺服裝置或直線電機增加單位時間工作臺往返次數(shù)(對行程較短工件也可以采用砂輪連續(xù)進給)，從而可以大幅度提高加工效率姿味，也適用于金屬模具穿孔等短行程磨削。該方法缺點工作臺反轉(zhuǎn)時高加/減速運動容易引起振動孔选，需要設(shè)法加以抑制掘写。為此，可以采用減輕工作臺重量厨鸣、加重底盤、進行加/減速控制以及進行平衡等方法续誉±趁唬快走刀磨床已被許多平面磨床生產(chǎn)廠家看好，認(rèn)為可以進行商品化開發(fā)酷鸦，今后將成為金屬成型磨床主流饰躲。

　　(4)小型化環(huán)保(節(jié)能)化

　　以前JIMTOF(日本國際機床展覽會)上，各廠家展出小型機床很受矚目臼隔，主要原因于：為了適應(yīng)多品種嘹裂、小批量生產(chǎn)，需要靈活改組生產(chǎn)線摔握，因此迫切需要統(tǒng)一機床寬度寄狼。而且機床小型化可以帶來許多預(yù)期利好，如縮短生產(chǎn)線長度氨淌、減少占用空間泊愧、容易變更生產(chǎn)線、提高工廠內(nèi)部信息傳遞等盛正。

　　某家公司推出了“節(jié)省能源空間”概念機種删咱。該磨床占地面積不到普通磨床40％屑埋，尤其寬度尺寸縮小至1200mm以下。一般來說窑肾，占地面積縮小不便于維修保養(yǎng)鹤叹，但該磨床將維修保養(yǎng)部分集到機器前后，提高了維修便利性玛纹。此外父历，該公司將磨削液供給量削減了50％(加工有工件甚至可削減99％)，減小了對環(huán)境影響瑞喧。

　　為了實現(xiàn)磨床小型化斩却，需要減小砂輪直徑。為了不降低砂輪速度藤汇，需要采用超高速主軸技術(shù)召摔。該磨床減小了砂輪交換頻度，也減薄了砂輪厚度蜻肄，因此基本上用于輪廓加工际终。此外，為了節(jié)省空間琴致，軸驅(qū)動系統(tǒng)采用了不需要齒輪箱直線電機驅(qū)動誓呆，而且通過程序更換按鈕，一次操作即可自動調(diào)整心距样刷。

　　(5)復(fù)合化

　　某廠家采用立軸磨削技術(shù)車床技術(shù)仑扑，開發(fā)出了融磨削與切削于一體小型復(fù)合磨床，通過一次裝夾工件置鼻，就可以高精度镇饮、高效率地完成從車削加工到圓筒、內(nèi)表面磨削精加工箕母。由于立軸磨床比橫軸磨床寬度更窄储藐，因此更容易編入生產(chǎn)線。人們期待該復(fù)合磨床能盡快投入商業(yè)化生產(chǎn)嘶是。其他各種復(fù)合機床(如激光加工與磨削加工復(fù)合)也開發(fā)之邑茄。

　　隨著經(jīng)濟全球化不斷發(fā)展，越來越多機床開始出口到語言與文化完全不同國家地區(qū)俊啼。作為耐用資產(chǎn)機床肺缕，其維修保養(yǎng)定期檢查不可或缺。因此授帕，用視頻圖像來表示報警位置及內(nèi)容功能同木、利用互聯(lián)網(wǎng)對機床進行自動監(jiān)測等也成了重點技術(shù)之一。

　　微細(xì)加工現(xiàn)狀與未來

　　微電子光電技術(shù)快速發(fā)展產(chǎn)品小型化、復(fù)合化膏逮、集成化背景下拣壮，為了實現(xiàn)微細(xì)復(fù)雜形狀微型構(gòu)件加工，發(fā)端于超精密車床超精密加工機床正向自由度更多多軸控制超精密銑床多軸控制超精密加工心發(fā)展琢刮。由于控制技術(shù)進步呈缴，超精密加工機床及加工技術(shù)也獲得了很大進展。

　　(1)何謂超精密切削加工

　　超精密切削加工將正確制作刀具形狀精確復(fù)映到工件上加工方法耍烙，其特點用刀具刀尖切削工件酌峻，制成所需形狀，即根據(jù)機床“母性”原理運動實現(xiàn)復(fù)制扼希。

　　制作微細(xì)形狀過程被稱為微細(xì)加工(或微細(xì)機械加工)坊阎。眾所周知，微細(xì)加工可以使用半導(dǎo)體制造技術(shù)工殖，也可以使用微電子機械系統(tǒng)(MEMS)惶政。但，采用光學(xué)粒子束加工技術(shù)并不擅長加工斜面曲面形狀矮男，對被加工材料也有一定限制移必。就此而言，金剛石切削雖然屬于傳統(tǒng)機械加工毡鉴，卻能夠應(yīng)用于幾乎所有材料避凝，因此所起作用很大。

　　源于超精密車床超精密加工機床正向具有更多自由度多軸控制超精密銑床超精密加工心轉(zhuǎn)變眨补，主要用于加工需求量很大CD傳感器透鏡及其金屬模具、隱形鏡片倒脓、菲涅耳透鏡等具有復(fù)雜形狀微型構(gòu)件撑螺。由于微電子光電技術(shù)快速發(fā)展以及對產(chǎn)品小型化、復(fù)合化崎弃、集成化要求甘晤，人們對這些產(chǎn)品加工效率十分關(guān)注。

　　(2)何謂多軸控制加工

　　通過控制機床直線運動軸饲做、旋轉(zhuǎn)軸等軸系线婚，巧妙地調(diào)節(jié)刀具(包括旋轉(zhuǎn)刀具非旋轉(zhuǎn)刀具)與工件位置與姿勢，就可以加工出各種各樣工件形狀盆均。與普通機床一樣塞弊，超精密機床大多也由構(gòu)成直交坐標(biāo)系X、Y依堆、Z三個直動軸其周圍A耘炭、B、C三個旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成驮荚，為了使刀具工件加工點附近可處于任意位置姿勢蔼紫，就需要對6個軸全部實施控制给措。此時刀具不能作自由旋轉(zhuǎn)運動，所以需要使用非旋轉(zhuǎn)刀具恒焕。而使用旋轉(zhuǎn)刀具時炮罩，無需對其旋轉(zhuǎn)軸位置進行控制，因此采用5軸控制就足夠了余二。這種4軸以上控制稱為多軸控制圃匙。一般加工很少同時進行5軸或6軸控制，但為了不進行重新設(shè)定就一次完成對復(fù)雜形狀加工做鸽，或工件加工部位以外部分與刀具發(fā)生干涉時蒙棱，多軸控制加工就必不可少。

　　(3)多軸控制超精密機床現(xiàn)狀

　　多軸控制超精密銑床或超精密加工心結(jié)構(gòu)可以根據(jù)將刀具工件沿進給軸以納米精度進行定位結(jié)構(gòu)來加以區(qū)分范咨；也可以通過采用集成電機上絲杠來傳遞驅(qū)動(絲杠又可分為滾珠絲杠靜壓絲杠)故觅，還采用直接驅(qū)動方式直線電機來區(qū)分。為了實現(xiàn)低摩擦渠啊、高直線度地移動工作臺输吏，被驅(qū)動工作臺導(dǎo)向方式也可分為滾動導(dǎo)軌靜壓(油、空氣)導(dǎo)軌替蛉。對于旋轉(zhuǎn)部分軸承也同樣如此贯溅。

　　現(xiàn)有幾種強調(diào)操作方便性加工性能超精密五軸控制加工機床已經(jīng)上市銷售，其定位精度一般都達到了1nm躲查。

　　為了超精密加工帶有自由曲面等三維復(fù)雜微細(xì)形狀它浅，需要有作為旋轉(zhuǎn)刀具微小直徑金剛石球頭立銑刀，但這種刀具市場上并無銷售镣煮，所以數(shù)十年前姐霍，使用將微小直徑單晶金剛石刀頭切去片側(cè)，從旋轉(zhuǎn)軸心略微偏移(偏置)刀具(稱為近似球頭立銑刀)典唇。但．如果通過多軸控制可以實現(xiàn)刀具傾斜加工以避免零速度切削镊折，那么也就不需要采用偏置了。現(xiàn)贾焊，已不需要使用近似球頭立銑刀马前，而使用常規(guī)球頭立銑刀通過多軸控制對帶有復(fù)雜曲面微小工件進行超精密加工。曲面加工所需NC數(shù)據(jù)可利用三維CAD系統(tǒng)或?qū)δＰ瓦M行掃描測量來獲得占赤。

　　(4)對未來超精密加工要求

　　加工機床精度正從納米級向超納米級過渡居截。今后對超精密加工要求包括日益微型化刀具及其安裝換刀技術(shù)開發(fā)、便于操作微細(xì)加工用三維CAM與誤差補償技術(shù)嫩玻，以及硬脆材料加工技術(shù)囊弥。

　　第二代激光加工技術(shù)

　　激光加工作為一種新型加工技術(shù)被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)已經(jīng)有1/4世紀(jì)。激光加工技術(shù)作為傳統(tǒng)熱加工替代技術(shù)發(fā)展起來，隨后又開發(fā)出了獨立激光加工技術(shù)姚库。激光加工機床與加工技術(shù)就像車子兩個輪子∷欢簦現(xiàn)評述一下仍不斷獲得顯著進步激光加工機床加工技術(shù)發(fā)展動向及今后展望。

　　(1)激光振蕩器與加工技術(shù)變遷

　　激光誕生于1960年被紊。隨后宰爆，60年代至70年代前半期，集出現(xiàn)了許多應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)激光發(fā)明丝仿。激光應(yīng)用技術(shù)探索幾乎與激光誕生同時開始蟆豫。將激光應(yīng)用于加工初步研究主要于70年代研究機構(gòu)大學(xué)開展。以80年為分水嶺懒闷，出現(xiàn)了日本國產(chǎn)激光加工機十减，標(biāo)志著產(chǎn)業(yè)界激光時代已經(jīng)到來。

　　激光加工技術(shù)將光波長由原來紅外光領(lǐng)域進一步擴大至紫外光領(lǐng)域愤估，并成功地將脈沖震蕩時間縮為極短帮辟，進一步擴大了新應(yīng)用可能性。激光加工因應(yīng)用可能性不斷擴大與可持續(xù)發(fā)展性玩焰，很短時期內(nèi)便作為一種主要加工技術(shù)產(chǎn)業(yè)界扎下了根由驹。最近，以德國為心昔园，開發(fā)出了新激光振蕩器蔓榄，并于2003年前后投入市場。此前激光熱加工其發(fā)展過程伴隨著高功率化也有不少技術(shù)改進默刚，但隨著波長脈沖縮短所引發(fā)新加工技術(shù)崛起甥郑，可以說激光加工技術(shù)現(xiàn)已進入了第二代。

　　(2)第二代激光加工技術(shù)

　　傳統(tǒng)加工用激光主要使用CO2激光荤西、YAG激光基波以及準(zhǔn)分子激光等澜搅。這些激光都實現(xiàn)高功率化，裝置性能也不斷提高鹤莹。近10年來，二極管激光已實現(xiàn)了陣列化丑钱、存儲椏右＃化高功率化，使直接使用激光進行加工成為可能呕漾，而高功率化又使高速加工成為可能剧廓。與此相比，第二代新型激光加工使用由YAG基波锋力、鈦藍(lán)寶石等形成超短脈沖激光馍丑、由YAG高次諧波形成短波長激光、KrF準(zhǔn)分子激光等，使利用紫外光進行加工成為可能(多用于微細(xì)孔加工绷坠、開槽加工表面改性等)洛惹。加工對象材料也擴大到各種金屬硅、聚合物泥天、玻璃奋构、陶瓷等非金屬材料，以及鋁拱层、鈦弥臼、鎂等有色金屬薄膜。激光加工已從大件加工擴展到微細(xì)加工根灯，其應(yīng)用范圍還繼續(xù)擴大径缅。

　　(3)激光加工發(fā)展動向

　　歐美，對材料加工進行理論性研究烙肺、開發(fā)新加工概念以及各種基礎(chǔ)性探索方興未艾纳猪。飛秒級超短脈沖激光等應(yīng)用雖然蘊藏著無限可能性，但從短期來看茬高，快速實現(xiàn)高功率化仍然可望而不可及兆旬。可以預(yù)期怎栽，激光與材料表層相互作用將今后激光加工應(yīng)用重點丽猬。從這個意義上來講，將激光應(yīng)用于表面處理表面改性最值得期待領(lǐng)域之一熏瞄。

　　另一方面脚祟，生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用激光加工技術(shù)實用化研究也如火如荼地開展，其既有提高激光加工效率以獲得高生產(chǎn)效益研究惊申、激光高精度控制技術(shù)開發(fā)烂攒、激光發(fā)生裝置高性能化、準(zhǔn)確控制激光光學(xué)技術(shù)商麻，也有包括軟件機器人等硬件內(nèi)加工控制技術(shù)等筝贮，這些研究正致力于開發(fā)能將激光加工理論確實變?yōu)樯a(chǎn)手段共性基礎(chǔ)技術(shù)。

　　激光厚板加工技術(shù)也快速發(fā)展苗隔。應(yīng)用于機床等工業(yè)用激光技術(shù)開發(fā)也十分活躍芙棚。以德國為心，開發(fā)出了用于汽車工業(yè)“遠(yuǎn)距離激光”溺六、“掃描射線”等新激光焊接方法数芝。

　　(4)激光加工未來

　　加工技術(shù)日新月異發(fā)展，要開發(fā)新技術(shù)伪给，就必須對各種加工現(xiàn)象改宅、對加工性能有影響各種因素相互關(guān)系晒淮、加工現(xiàn)場激光與材料相互作用等有透徹了解，為此需要從多方面進行跨學(xué)科探索姓迅。

　　因為激光加工手段光能敲霍，因此需要進行“光管理”，從光發(fā)生到傳送队贱、聚光等色冀，都必須正確掌握管理光特性。隨著模擬技術(shù)監(jiān)控技術(shù)進一步智能化柱嫌，有可能實現(xiàn)更加準(zhǔn)確計算機預(yù)測锋恬。

　　出于經(jīng)濟性加工效率考慮，現(xiàn)有各種激光發(fā)生裝置將會用途上有所限定编丘，一些低效率裝置將會被逐漸淘汰与学。雖然現(xiàn)流行各種激光加工技術(shù)五花八門，但加工用途上嘉抓，應(yīng)該說波長選擇時代即將來臨索守。不久將來，“飛秒加工”等目前尚處于萌芽性研究將逐步變?yōu)閷嵱没芯恳制踔劣幸徊糠謱V泛應(yīng)用于生產(chǎn)實際卵佛。

　　激光加工技術(shù)發(fā)展需要“光發(fā)生技術(shù)”、“光控制技術(shù)”“光利用技術(shù)”強有力支持议乐，激光加工這些技術(shù)相互作用拓展奥憎，并很大程度上與這些技術(shù)相互依存相互影響。激光技術(shù)潛可能性之廣闊將通過新激光不斷涌現(xiàn)而得以進一步顯現(xiàn)忙坡。加工技術(shù)雖然樸實無華眉藤，但貴持續(xù)，新發(fā)展寓于其持續(xù)性上邪笆。蘊藏著極大可能性激光加工技術(shù)對于生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展至關(guān)重要琴邻。

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