高精加工從精密加工到超精密加工再到特高精度加工,是世界各國致力發展的方向。其精度從微米級到亞微米級,乃至納米級(<10nm),其應用范圍日趨廣泛。超精密加工主要包括超精密切削(車、銑)、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工(三束加工及微細電火花加工、微細電解加工和各種復合加工等)。隨著現代科學技術的發展,對超精密加工技術不斷提出了新的要求。新材料及新零件的出現,更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝,發展新型超精密加工機床,完善現代超精密加工技術,以適應現代科技的發展。
精密化是為了適應高新技術發展的需要,也是為了提高普通機電產品的性能、質量和可靠性,減少其裝配時的工作量從而提高裝配效率的需要。隨著高新技術的發展和對機電產品性能與質量要求的提高,機床用戶對機床加工精度的要求也越來越高。為了滿足用戶的需要,近10多年來,普通級數控機床的加工精度已由±10μm提高到±5μm,精密級加工中心的加工精度則從±3 ̄5μm,提高到±1 ̄1.5μm.
復雜曲面加工進入90年代以來,復雜型面在生產中幾乎全部以高速切削的方式進行加工。目的是為了提高生產效率,降低產品的成本,同時提高工件的形狀精度和降低表面粗糙度。為了滿足高速切削的需要,機床的主軸幾乎無一例外地采用電主軸。主軸轉速根據所用刀具直徑的不同進行無級變速,轉速范圍從每分鐘幾千轉至幾萬轉。滑臺的驅動系統在高速切削時也不同于常規加工中心,常用的系統有高速絲杠螺母副驅動和直線電機驅動,*大的進給速度可以達到100m/min以上。
在加工復雜型面時,機床的數控系統也必須滿足一些特殊要求。比如,復雜型面的數控加工程序一般在CAD/CAM軟件上生成,一個型面的程序往往需數兆字節(Byte)的儲存空間,需要大容量存儲器進行存儲。所以數控系統必須有與其他計算機系統聯網的功能,以便直接從CAD/CAM上接收數控程序。
此外,數控系統還必須采用先進的控制技術,要求有前瞻(LookAhead)功能。也就是說,在機床加工某一軌跡前,數據系統對要加工的曲面進行預先分析,根據曲面各點的曲率以及各相鄰點的銜接關系,適當調整機床的進給速度,以便在保證工件精度的前提下達到*高的生產率。為了減少加工過程中的動態誤差,新型的數據系統伺服誤差的校正不再采用以往的串聯式比例微分積分(PID)調節器,而是采用按位置和速度等狀態參數進行補償的狀態調節器,采用這種調節器可以徹底消除驅動滯后誤差,補償由于間隙或摩擦引起的非線性誤差,甚至可以抵消機床的某些振動,從而達到提高工件形狀精度和降低表面粗糙度的要求。
復雜曲面加工涉及并聯機床結構、數字伺服系統開發、CAD/CAM應用、并聯結構加工誤差與精度分析、機構結構參數標定及機床剛度的提高等技術。需要解決機床總體布局并聯結構設計、七軸聯動并聯機床數控系統、并聯加工中心精度保障等關鍵技術。
將曲面加工中的刀具運動軌跡產生功能集成到CNC中,也是曲面加工的發展趨勢2.即由CNC直接根據曲面幾何定義與工藝參數實時地自動完成連續刀具軌跡插補,并由此控制機床運動。其曲面塊加工指令相當于一個完整工步,其控制復雜度遠遠超過目前CNC上僅對直線、圓弧處理。