超精密加工工作环境的优化方案

为了适应精密和超精密加工的需要，达到微米甚至纳米级的加工精度，必须对它的工作环境提出较高的要求，超精密加工的工作环境是达到其加工质量的必要条件，主要包括空气环境、热环境、振动环境、电磁环境等。

1.净化空气环境

净化空气环境主要是为了避免空气中的尘埃影响。对于普通精度的加工，这些尘埃和微粒不会有什么不良的影响，但对于精密和超精密加工将会引起加工精度的下降。例如，精密加工计算机硬盘表面时，1μm直径的尘埃将会拉伤加工表面导致不能正确记录数据。

为了保证精密和超精密加工产品的质量，必须对周围的空气环境进行净化处理，减少空气中的尘埃含量，提高空气的洁净度。通常，洁净度要求10 000级至100级（100级是指每立方英尺空气中所含大于0.5μm的尘埃不超过100个，即每立方米空气中不超过3 571个）。由于大面积的超净空间的造价很高，且达到高洁净度的难度极大，因此，主要是创建超净工作台、超净工作腔等局部超净环境，采用通入正压洁净空气以防止腔外不洁净的空气进入，工作人员则需穿戴专门的工作服，并进入风淋室洁净，以保证洁净度。

2.恒温、恒湿环境

在精密加工中，机床热变形和工件温升所引起的加工误差占总误差的40%～70%。如磨削φ100 mm的钢质零件，磨削液温升10℃将产生11μm的误差。如精密加工100 mm长的铝合金零件时，若要求确保0.1μm的加工精度，环境温度变化需控制在±0.05℃范围内。可见，精密加工和超精密加工对恒温环境需提出较高的要求，因此，严格控制的恒温环境是精密和超精密加工的重要条件之一。

恒温环境有两个重要指标：一是恒温基数，即空气的平均温度，我国规定的恒温基数为20℃；二是恒温精度，指对于平均温度所允许的偏差值。恒温精度主要取决于不同的精密和超精密加工的精度和工艺要求，加工精度要求越高，对温度波动范围的要求越严格。如对一般精度的坐标镗床的调整和校验环境可以取±1℃，而对于高精密度的微型滚动轴承的装配和调整工序的环境就可取±0.5℃。

随着现代工业技术的发展与超精密加工工艺的不断提高，对恒温精度也提出了越来越高的要求。达到恒温的办法可采用多层套间逐步得到大恒温间、小恒温间，再采用局部恒温的方法，如恒温罩，罩内还可用恒温液喷淋，实现更精确的温度控制。当前，已经出现了±0.01℃的恒温环境。(www.xing528.com)

湿度将造成机器的锈蚀、石材膨胀，以及一些仪器（如激光干涉仪等）的零点漂移，从而影响加工精度，精密加工和超精密加工时，要求在恒温室内，湿度应保持在55%～60%。

3.抗振动、抗干扰环境

超精密加工对抗振、抗干扰环境的要求越来越高，限制越来越严格。这是因为工艺系统内部和外部的振动干扰，会使加工和被加工物体之间产生多余的相对运动而无法达到需要的加工精度和表面质量。

例如在精密磨削时，要获得Ra 0.01μm以下的表面粗糙度，需将磨削时振幅控制在1～2μm以下。

为保证精密和超精密加工的正常进行，必须采取有效措施以消除振动干扰，其途径包括如下两个方面。

1）防振。用来消除工艺系统内部自身产生的振动干扰，主要措施有：①提高各运动部件精度，消除或减少工艺系统内部的振源；②优化系统结构，提高系统抗振性；③对易振动部分增加阻尼，减小振动；④采用吸振能力强的材料制造系统结构件。

2）隔振。对于外界振动干扰只能采取各种隔离振动干扰的措施，阻止外部振动传播到工艺系统中来。主要措施有：①使系统远离振动源；如事先对场地外的铁路、公路等振动源进行调查，对系统附近的振源，如空压机、泵等应尽量移走；②采用单独地基，加隔振材料以减小振源所产生的振动。如现代超精密机床和精密测量平台的底下都用能自动找平的空气隔振垫，空气隔振垫能将机床架起来，并自动保持机床水平。