高精加工从精密加工到超精密加工再到特高精度加工,是世界各国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级,乃至纳米级(<10nm),其应用范围日趋广泛。超精密加工主要包括超精密切削(车、铣)、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工(三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等)。随着现代科学技术的发展,对超精密加工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现,更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺,发展新型超精密加工机床,完善现代超精密加工技术,以适应现代科技的发展。
精密化是为了适应高新技术发展的需要,也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性,减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高,机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。为了满足用户的需要,近10多年来,普通级数控机床的加工精度已由±10μm提高到±5μm,精密级加工中心的加工精度则从±3 ̄5μm,提高到±1 ̄1.5μm.
复杂曲面加工进入90年代以来,复杂型面在生产中几乎全部以高速切削的方式进行加工。目的是为了提高生产效率,降低产品的成本,同时提高工件的形状精度和降低表面粗糙度。为了满足高速切削的需要,机床的主轴几乎无一例外地采用电主轴。主轴转速根据所用刀具直径的不同进行无级变速,转速范围从每分钟几千转至几万转。滑台的驱动系统在高速切削时也不同于常规加工中心,常用的系统有高速丝杠螺母副驱动和直线电机驱动,*大的进给速度可以达到100m/min以上。
在加工复杂型面时,机床的数控系统也必须满足一些特殊要求。比如,复杂型面的数控加工程序一般在CAD/CAM软件上生成,一个型面的程序往往需数兆字节(Byte)的储存空间,需要大容量存储器进行存储。所以数控系统必须有与其他计算机系统联网的功能,以便直接从CAD/CAM上接收数控程序。
此外,数控系统还必须采用先进的控制技术,要求有前瞻(LookAhead)功能。也就是说,在机床加工某一轨迹前,数据系统对要加工的曲面进行预先分析,根据曲面各点的曲率以及各相邻点的衔接关系,适当调整机床的进给速度,以便在保证工件精度的前提下达到*高的生产率。为了减少加工过程中的动态误差,新型的数据系统伺服误差的校正不再采用以往的串联式比例微分积分(PID)调节器,而是采用按位置和速度等状态参数进行补偿的状态调节器,采用这种调节器可以彻底消除驱动滞后误差,补偿由于间隙或摩擦引起的非线性误差,甚至可以抵消机床的某些振动,从而达到提高工件形状精度和降低表面粗糙度的要求。
复杂曲面加工涉及并联机床结构、数字伺服系统开发、CAD/CAM应用、并联结构加工误差与精度分析、机构结构参数标定及机床刚度的提高等技术。需要解决机床总体布局并联结构设计、七轴联动并联机床数控系统、并联加工中心精度保障等关键技术。
将曲面加工中的刀具运动轨迹产生功能集成到CNC中,也是曲面加工的发展趋势2.即由CNC直接根据曲面几何定义与工艺参数实时地自动完成连续刀具轨迹插补,并由此控制机床运动。其曲面块加工指令相当于一个完整工步,其控制复杂度远远超过目前CNC上仅对直线、圆弧处理。