Genombrott inom bearbetnings- och applikationstekniken för grundläggande komponenter i ultraprecisionsmaskiner kan ge starkt tekniskt stöd för tillverkningsindustrins överlevnad och utveckling. Men mitt lands ultraprecisionsmaskiner och viktiga baskomponenter förlitade sig tidigare huvudsakligen på import.
Den cylindriska rundhetsbearbetningen av axeldelar hemma och utomlands uppnås i princip av ultraprecisionscylindriska slipmaskiner. Om man tar slipningen av en axelkärna med en diameter av 100 mm och en längd av 300 mm som exempel, kan vårt lands cylindriska slipmaskin förmodligen slipa till en nivå av 1 till 2 mikron, medan främmande länder kan uppnå en nivå på 0,3 till 0,5 mikron.
För att lösa de tekniska problemen med verktygsmaskiner och nyckelkomponenter tillbringade Dai Yifan, en professor vid National University of Defense Technology, och hans team 5 år med att föreslå en deterministisk modifieringsteknik för den yttre rundheten av axeldelar, vilket förbättrade rundhetsnoggrannheten för axelkärnan till 0,1 mikron, och utvecklade den framgångsrikt. Introduktion av ultraprecision luftstatisk tryckspindel. Nyligen, efter testning av China Institute of Metrology, har de relevanta parametrarna för den hydrostatiska spindeln nått den internationella avancerade nivån, vilket effektivt kommer att förbättra mitt lands ultraprecisionsbearbetningsnoggrannhet. Relevanta forskningsresultat har publicerats i "Materials" och "Micro Machinery".
bild
Dorn multi-sensor in-situ mätning. Foto med tillstånd från National University of Defense Technology
Slipa ultraprecisionsdelar som en spade
Anledningen till att mitt lands ultraprecisionsmaskiner och viktiga baskomponenter huvudsakligen har förlitat sig på import tidigare är att det största tekniska problemet ligger i bristen på "arbetsmaskiner" för att bearbeta kärndelar, det vill säga maskiner som tillverkar maskiner och maskiner, även känd som verktygsmaskiner, inklusive svarvar, slipmaskiner, hyvlar, borrmaskiner, etc., är verktygen för verktygstillverkning och grunden för industriell självförsörjning.
Allmän bearbetning är en process för att "kopiera" precisionen hos verktygsmaskiner till delar. Med andra ord, utan högprecisionsmaskiner kan högprecisionsdelar inte bearbetas. Utan högprecisionsdelar kan högprecisionskomponenter och verktygsmaskiner inte monteras. Frånvaron av en fungerande maskin för tillverkning av högprecisionsdelar begränsar utvecklingen av hela ultraprecisionsmaskinindustrin.
Dai Yifans team har varit engagerat i forskning och utveckling av modern optisk tillverkningsteknik under lång tid. De fann att den slutliga tillverkningsnoggrannheten för optiska delar vida överstiger noggrannheten hos den bearbetningsutrustning som används, och den grundläggande principen för optisk tillverkning är att gradvis ta bort höga felpunkter i evolutionär precisionsbearbetning. Teamet försökte tillämpa denna bearbetningsmetod baserad på "precisionsutvecklingsprincipen" på högprecisionsbearbetning av mekaniska delar. Slutligen, genom innovationen av bearbetningsprinciper, föreslog de en deterministisk modifieringsprocess för den yttre rundheten av axeldelar, vilket bröt igenom gränsen för högprecisions "arbetsmaskin".
Hur fungerar den deterministiska formningsprocessen? "Det är som att använda en spade för att jämna ut en bit mark, det vill säga att skotta en lämplig mängd jord från de räfflade och ojämna områdena, och upprepa detta tills en mycket platt mark erhålls." Dai Yifan sa att denna process förlitar sig på en uppsättning digital utrustning, inklusive att erhålla högprecisionsrundhetsmätare för cylindriska former, tidsstyrda slipmaskiner som realiserar digital och exakt kontroll av materialborttagning, speciella datorprogram som får uppehållstiden för slipverktyg vid specifika rumsliga positioner, etc.
Maskiner ersätter erfarna arbetare
Med hjälp av ny teknik bröt Dai Yifans team igenom den tidskontrollerade slipprocesstekniken baserad på principen om precisionsutveckling, bildade en integrerad processmetod för bearbetning och testning av cylindriska delar på plats, och utvecklade framgångsrikt en ultraprecision aerostatisk spindel.
Testresultat från China Institute of Metrology visar att det radiella utloppet för den statiska lufttrycksspindeln är mindre än 15 nanometer, och ändytans utlopp är mindre än 15 nanometer. Om det vore en huvudaxel lika stor som jorden skulle amplituden som orsakas av rotationsrörelsen inte överstiga 1 meter.
Testresultaten visar att den radiella statiska styvheten för den aerostatiska spindeln är större än 200 N per mikron, och den axiella statiska styvheten är större än 200 N per mikron. I lekmannatermer betyder det att spindeln kan förbli orörlig under en gravitationsbelastning på 20 kilogram, och deformationen kommer inte att överstiga 1 mikron. Om man jämför produktmanualen för Precitech, som representerar den högsta nivån inom ultraprecisionsområdet i USA, är ovanstående tekniska indikatorer likvärdiga med eller ännu högre.
För närvarande kan den yttre rundheten hos skaftdelar bearbetas och malas till en nivå av några tiondels mikron hemma och utomlands. Om du vill förbättra den kan du bara lita på manuell slipning och trimning. "Vår nya teknologi kan bli av med beroendet av extremt erfarna arbetarmästare och kan enkelt organisera produktionen enligt den moderna industrialiseringsmodellen, vilket främjar mass- och högeffektiv produktion och tillämpning av ultraprecisionsbaskomponenter." Dai Yifan sa, ultraprecisionsgenombrott i bearbetnings- och tillämpningstekniken för grundläggande verktygsmaskiner kommer att ge starkt tekniskt stöd för överlevnad och utveckling av tillverkningsindustrin, förbättra den stödjande industrikedjan av avancerade verktygsmaskiner, avsevärt förbättra konkurrenskraften av högpresterande funktionella komponenter och främja lokaliseringen av avancerade precisions- och ultraprecisionsmaskiner.
Dai Yifan tillade att dessa genombrott också effektivt kommer att lösa de problem med ultraprecisionsutrustning och kärnprocesser som ultraprecisionsbearbetning av nyckeldetekterings- och styrkomponenter möter, ytterligare underlätta massproduktion av ultraprecisionsbearbetning av avancerade kärnkomponenter, och uppnå en snabb omvandling av vetenskapliga forskningsresultat.
