镜面铣技术及其应用

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1、镜面铣技术及其应用1.镜面铣在超精密机床中属于最简单的一类。其关键部件为高精度主轴和低摩擦高平稳定性的滑台。在现有的镜面铣床中，主轴多采用气体静压支承，只有个别的主轴采用液体静压支承技术。滑台的支承多数为气体静压系统，但最近几年液体静压系统呈上长趋势，其主要原因是液体静压系统具有高阻尼、高刚度优点。 滑台的驱动系统是达到高精度表面的关键，最初采用气液缸驱动，后发展为平稳的钢带驱动，最近又出现了高精度、高平稳性的滚珠丝杠驱动和直线电机驱动系统。滚珠丝杠驱动具有高刚性的特点，其平稳必除电机外取决于丝杠螺母副的精度。与钢带驱动系统相比，滚珠丝杠驱动对电机的

2、要求较低，因为电机转一周，滑台只前进一个螺距，而在钢带驱合系统中，滑台要前进带轮的一个周长。受钢带的材质和厚度的影响，带轮的直径通常在40mm以上，为了尽可能减少电机平稳性的影响，多数钢带驱动系统采用蜗轮蜗杆减速器，其性能的优劣决定了滑台运动的平稳性。 2．镜面铣床的布局如图1所示，镜面铣床多采用立式布局。主轴装在垂直滑台上，工件装夹在水平滑台上，垂直滑台只在加工开始前作进给移动，铣削过程中停留在某一位置不动，水平滑台在切削时则作连续运动。这种布局的主要优点在于工件可以直接放在水平滑台上进行调整和装夹，而且装夹力不需很大，只要能克服切削力即可。立式布

3、局尤其适合于加工较大的工件，它的缺点是排屑问题。由于工件处于水平位置，已加工表面上易堆积切屑，如果切屑被飞刀带动擦过已加工表面，常造成刻痕或损伤，而在加工时使用冷却液更为突出。 为了解决然属问题，有些镜面铣床采用了图2所示的卧式结构。主轴装在水平滑台上，工件垂直装在另一水平滑台上，这种布局除了便于排屑外，还解决了某些超薄工件的自重变形问题，因而适合于加工较薄的大型平面。它的缺点是装夹问题，当工件较大较重时，调整工件位置十分困难。究竟采用哪种布局合适？主要取决于被加工工件的特点，只有限定工件的形状与尺寸范围，才能决定出最佳的布局。 除上述两种基本布局外

4、，还有一些在此基础上衍生出的特殊布局。这些布局主要针对某一种或几种固定产品，虽然通用性较差，但就其加工的主要产品而言，生产率提高。 图3是一台在立式镜面铣床上装了转台而改装成的特殊铣床。用它除了可以加工普通平面外，通过调整刀盘的直径和倾角，还可以加工各种椭圆柱面。 如果在立式镜面铣床的水平滑台上装一个精密转台，则构成了工业上常用的多棱镜铣床(图4)。这种多棱镜广泛用于图像扫描和印刷工业。 把图3和图4的布局加以组合并作一些调整就形成了图5a和b所示的球面镜面铣床。改变刀盘的直径和倾角的大小，就可加工不同半径的球面。 3．镜面铣的应用范围和技术参数 镜

5、面铣削的切削速度通常在30m/s左右。为了能加工出完美的工件，主轴在换刀后必须进行动平衡，以尽量减少动不平衡对工件表面造成的波纹。刀具的几何形状除与工件的几何形状有关外，主要取决于工件材料的物理特性。加工塑性材料如铜、铝和镍时，刀具的前角为0º，后角一般在5º～10º之间。刀尖圆弧半径常用0.5～5mm，机床刚度高可采用较大的半径以降低工件的表面粗糙度，如采用较小的刀尖半径时，为不使表面粗糙度恶化须相应减少进给量。 加工疏性材料如硅、锗、CaF2和ZnS时，刀具的前角一般在-15º～-45º之间选用。最佳前角除取决于材料本身外，还取决于机床和装夹系统

6、的刚度，最好通过生产试验来确定。 镜面铣削的平面度可达0.1μm。粗糙度除取决于机床、刀具的因素外，还与工件材料本身的特性有关，绝大多数情况下，以均方很值（rms）表示的粗糙度在Rql～5nm。对于红外范围的光学元件，镜面铣削后的形状精度和表面糙度完全可以满足要求，镀膜后就可直接使用。在可见光，紫外光和X范围内，铣削刀痕有时会引起光的散射，从而减弱系统的光学效率或成像质量。为了避免这一缺点，许多光学元件常选用镍作为材料，在镜面削后，再进行少量的抛光，使表面粗糙度达到Rq0.l～0.5nm。 镜面铣削的应用非常广泛，以下仅举两个应用实例以供启迪。 (1

7、）镜面镜削飞机玻璃现代大型客机的窗户为有机玻璃制成，在飞机起飞与降落时，玻璃屡遭大气中夹带的沙尘的碰撞，飞行一定的起降次数后，窗户玻璃的表面就变得十分粗糙，直接影响飞行员和乘客的视野、这对玻璃必须进行重新抛光修复。采用传统的抛光方法，修复一块玻璃薄常需要1h左右，当玻璃有较深的零星刻痕时，加工时间更长。如采用镜面铣的方法，所需时间不到抛光的一半，从而大大缩短飞机的维修时间，此法已被许多大的飞机维修中心所采用。 （2）坦克的光学系统窗口现代作战坦克的火炮系统均采用光电控制，其观察系统除用于可见光外，还能于夜间观察红外光和由物体热辐射形成的热像，为了在野

8、外的恶劣环境下保护这些敏感的光学元件，这些观察控制系统均装在坦克内部，与外界接触的是一块对角长度约200mm