1. 鏡面銑在超精密機床中屬于zui簡單的一類。其關鍵部件為高精度主軸和低摩擦高平穩定性的滑臺。在現有的鏡面銑床中,主軸多采用氣體靜壓支承,只有個別的主軸采用液體靜壓支承技術。滑臺的支承多數為氣體靜壓系統,但zui近幾年液體靜壓系統呈上長趨勢,其主要原因是液體靜壓系統具有高阻尼、高剛度優點。 滑臺的驅動系統是達到高精度表面的關鍵,zui初采用氣液缸驅動,后發展為平穩的鋼帶驅動,zui近又出現了高精度、高平穩性的滾珠絲杠驅動和直線電機驅動系統。滾珠絲杠驅動具有高剛性的特點,其平穩必除電機外取決于絲杠螺母副的精度。與鋼帶驅動系統相比,滾珠絲杠驅動對電機的要求較低,因為電機轉一周,滑臺只前進一個螺距,而在鋼帶驅合系統中,滑臺要前進帶輪的一個周長。受鋼帶的材質和厚度的影響,帶輪的直徑通常在40mm以上,為了盡可能減少電機平穩性的影響,多數鋼帶驅動系統采用蝸輪蝸桿減速器,其性能的優劣決定了滑臺運動的平穩性。 2.鏡面銑床的布局 如圖1所示,鏡面銑床多采用立式布局。主軸裝在垂直滑臺上,工件裝夾在水平滑臺上,垂直滑臺只在加工開始前作進給移動,銑削過程中停留在某一位置不動,水平滑臺在切削時則作連續運動。這種布局的主要優點在于工件可以直接放在水平滑臺上進行調整和裝夾,而且裝夾力不需很大,只要能克服切削力即可。立式布局尤其適合于加工較大的工件,它的缺點是排屑問題。由于工件處于水平位置,已加工表面上易堆積切屑,如果切屑被飛刀帶動擦過已加工表面,常造成刻痕或損傷,而在加工時使用冷卻液更為突出。 為了解決然屬問題,有些鏡面銑床采用了圖2所示的臥式結構。主軸裝在水平滑臺上,工件垂直裝在另一水平滑臺上,這種布局除了便于排屑外,還解決了某些超薄工件的自重變形問題,因而適合于加工較薄的大型平面。它的缺點是裝夾問題,當工件較大較重時,調整工件位置十分困難。究竟采用哪種布局合適?主要取決于被加工工件的特點,只有限定工件的形狀與尺寸范圍,才能決定出*的布局。 除上述兩種基本布局外,還有一些在此基礎上衍生出的特殊布局。這些布局主要針對某一種或幾種固定產品,雖然通用性較差,但就其加工的主要產品而言,生產率提高。 圖3是一臺在立式鏡面銑床上裝了轉臺而改裝成的特殊銑床。用它除了可以加工普通平面外,通過調整刀盤的直徑和傾角,還可以加工各種橢圓柱面。 如果在立式鏡面銑床的水平滑臺上裝一個精密轉臺,則構成了工業上常用的多棱鏡銑床(圖4)。這種多棱鏡廣泛用于圖像掃描和印刷工業。 把圖3和圖4的布局加以組合并作一些調整就形成了圖和b所示的球面鏡面銑床。改變刀盤的直徑和傾角的大小,就可加工不同半徑的球面。 3.鏡面銑的應用范圍和技術參數 鏡面銑削的切削速度通常在30m/s左右。為了能加工出的工件,主軸在換刀后必須進行動平衡,以盡量減少動不平衡對工件表面造成的波紋。刀具的幾何形狀除與工件的幾何形狀有關外,主要取決于工件材料的物理特性。加工塑性材料如銅、鋁和鎳時,刀具的前角為0º;,后角一般在5º;~10º;之間。刀尖圓弧半徑常用0.5~5mm,機床剛度高可采用較大的半徑以降低工件的表面粗糙度,如采用較小的刀尖半徑時,為不使表面粗糙度惡化須相應減少進給量。 加工疏性材料如硅、鍺、CaF2和ZnS時,刀具的前角一般在-15º;~-45º;之間選用。*前角除取決于材料本身外,還取決于機床和裝夾系統的剛度,通過生產試驗來確定。 鏡面銑削的平面度可達0.1μm。粗糙度除取決于機床、刀具的因素外,還與工件材料本身的特性有關,絕大多數情況下,以均方很值(rms)表示的粗糙度在Rql~5nm。對于紅外范圍的光學元件,鏡面銑削后的形狀精度和表面糙度*可以滿足要求,鍍膜后就可直接使用。在可見光,紫外光和X范圍內,銑削刀痕有時會引起光的散射,從而減弱系統的光學效率或成像質量。為了避免這一缺點,許多光學元件常選用鎳作為材料,在鏡面削后,再進行少量的拋光,使表面粗糙度達到Rq0.l~0.5nm。 鏡面銑削的應用非常廣泛,以下僅舉兩個應用實例以供啟迪。 (1)鏡面鏡削飛機玻璃 現代大型客機的窗戶為有機玻璃制成,在飛機起飛與降落時,玻璃屢遭大氣中夾帶的沙塵的碰撞,飛行一定的起降次數后,窗戶玻璃的表面就變得十分粗糙,直接影響飛行員和乘客的視野、這對玻璃必須進行重新拋光修復。采用傳統的拋光方法,修復一塊玻璃薄常需要1h左右,當玻璃有較深的零星刻痕時,加工時間更長。如采用鏡面銑的方法,所需時間不到拋光的一半,從而大大縮短飛機的維修時間,此法已被許多大的飛機維修中心所采用。 (2)坦克的光學系統窗口 現代作戰坦克的火炮系統均采用光電控制,其觀察系統除用于可見光外,還能于夜間觀察紅外光和由物體熱輻射形成的熱像,為了在野外的惡劣環境下保護這些敏感的光學元件,這些觀察控制系統均裝在坦克內部,與外界接觸的是一塊對角長度約200mm的窗口,它需能透過各種波長的光。窗玻璃采用寬帶光學材料ZnS,其機械加工性很差,特別是在拋光時,除表面污染外,極易形成刻痕。故采用傳統的研磨與拋光方法,廢品率很高。如用鏡面銑,首先解決了表面污染問題,加工時只與金剛石刀接觸,而無其他媒體,由于金剛石化學性質十分穩定,不與ZnS發生化學反應。這種窗玻璃加工的另一難題是兩個光學表面的平行度,公差要求lμm以下。常規的拋光方法很難保證這一精度。采用鏡面銑削時,可先銑削工作臺面,使它與銑床導軌面平行,然后直接把工件放在工作臺上進行加工,以確保工件的平行度。由此可見,鏡面銑除可地替代常規的拋光加工外,還可完成拋光所不能加工的工作,為發展新型的光學系統開辟了新的生產途徑。 |