Основы наноелектроники / Основы наноэлектроники / ИДЗ / Книги и монографии / Проблемы нанотехнологии деталей машин, 1990, c.132
.pdf
'I"ax, детаяа, осраоотавнве с вогревностяма формн. размеров и взаимного раСПQПожения поверхностей до 5 мкм.6удуТ относить R дет8JIЯМ с нормальной точностью обра60ТКИ; детали, обработан ные с указанными поrреmноетями до 0,05 мим - к деталям высоко
точной обработки; дeT~ же, обработанные с аналогичнw~ nогреш настями до 0,005 мм - к деталям сверхточной обработки.
Металлорежущие станки и контрольно-измерительнне средства, обеспечивающие обработку и измерение деталей с укаэаННЫhm пог реmвоетями, должны будут относиться соответственно к металлоре жущим станвам И вовтрояьво-аваеритеяьвнм средствам нормальной
точности, ВНСОКОТОЧНЫМ И сверхточные, Прогнозщруемый уровень точности деталей машин п при60РОВ,
а ~кже уровень точноети ме~ОР8lУЩИХ станков должен быть 06ес печен меТрOJlогически• ~ри этом вовтрольно-иавервтеяьнве средства должны иметь диапазон поrреwноетвй изготовления с еще мень~ш
предельными величинами.
Таким образом, технология, 06еспечивающая обработку деталей машин и прИ60рОВ в диапазоне нанометров. - новая область машвно строения и ПРИООрОО'l'роения. Главным .образом по ЭТОЙ причине в вемногочиcnенннх научно-технических источниках, особенно в зару бежных, ПIИро~о вспояьагвтся понятия, значение каторнх, по имею щейся у авторов статьи ИН'1>ормац~, не получило равъясневий в какой-либо иавеотнои авторам пу6Jшl<8IIИИ. В ЭТОЙ связи авторы
статьи разъясняют следyuцие понятия:
ванотехнanогия - это наува о спосо68х воздействия на мз териaJIы' 06еспечивапцих изrОТОВJ1вние деталей машин и nрИ60рОВ
с параме~ами, измеряемыми в вановеличинах, в том числе R H~O
технологии' относится воздейотвие на материаJW ме'l'Ода1"Ш ваното чения, нанофрезерования и невоадифованвя ИJШ совокупностью этих методов при изготовлении прецизионннх машин И прИ60рОВ С погреш
носяяма формы, размеров и взаимного распояозенвя поверхностей,
измеряемыми в навовеJIИЧИН8х*;
оораооева де'1'SJ1ей с су6МИRроННОЙ '1'ОЧНОСТЫ) - это обработка деталей машин и прИ60рОВ С погреШНОС'1'ЮIИ. измеРЯSА,ыми в ДОЛЯХ
~mкpOMeтpa; .
* Наво (в переводе с греческсго - кар.1.tИR) - приставка дм 06- равсваввя наименований дояьввх едввац, по размеру~9HЫX ОДНОЙ
МИJIJIИар1IВОЙ деве ИСХОДНОЙ единипы.Raпрmfер, I нм=ro-~м
'-0
обработка деталей с с~6МИКРОНRОЙ точностью обеспечиваотся нанотеХНОJIогиеЙ.
В ваСТORЩвl статье под 06раБОТRОЙ деталей с су6микронной точвоотыо имеется в виду обработиа деталей машин и при60РОВ нанореэанием. Под понятием ванорезание понима.ется обработка деталей машин и првооров С оубми:кронной точностью; нанОТОЧ8 ние - методом точения; наиофрезвровавие - методом фрезерова НИЯ; наноШJIИфoвание - методом ШJIИфования.
Контрольно-измерительные средства и системы су6микронной точности - ЗТО такие средства и свстемыt которнв поаво-
JIЯint М~ТРOJIогически обеспечивать обработку деталей машин и прИ60рОВ С су6~mкронной точностью и ввлючающие в себя как КОН трольно-измерителънне cpencтвa ДnR измерения обработанных дета яей, так и ЭТaJIонные средства, предназначенные Д7IВ: аттеотации
контр~во-измерительннх средотв.
Стано су6микронной ТОЧНОСТИ - метаморezyщие станка,
../о6еспечивaпnие ваноточенве, нанофреэеровавие и навоllLIlИфoва.ние деталей М8ШИВ и ПРИdОРОВ~
Доотоверность проrноза учевнх подтвеPliaетas быстрым раз витием нвнотехнояогив в разJlИЧНЫХ отраслях машивОС'l'роеНШt. Так, по данным открытояпечаза, в США и ЯПонии иавотеХНОJ10ГИЯ: ис пользуется при изготов.пении разJlИЧННХ детuеИ. в том числе ме таялическах зеркал, деТ8JIей видеотехники. деталей .зшШ'з''l'9леИ внттреннего сгорания для аВТО~fООИJ1еЙt лопаток 'l'1PОИВ и ком прессоров ~иапионнвх дaиrзтелеЙ., При этом в качестве инстру мента ИСПОJIЪЗуЮТСИ алмаз и Х10ичесш RИ'!PWt Оора как 1JЛЯ на ноточвнвя, так И для'наиошпифоsaвия.
Зарубежные иеточнmcи О'J'деч8М BЫOOКJ1) ЭКОlfомичесхуто эф
феR'l'ИВНОО'rЬRlUf:7f8 X1U10rnи • Так, например. эа'!раm ва |
ввгоювяе-: |
нве OДНO~O меТaлJIИЧ~скоrо зерRaJJa дшшетром 500 мм |
только пос |
ле внедрsвиа алмазиоrо навоточе~ онижаютаа в 50 раз (ДQ внеn ревиtr этоrо пролесса затратн на ФИИИПw:Yto oopado't'ttyодного зер кала QОСТaвnsли 500 тис.доля.) по оравнеиию с оавее сушество вавввй теХНОJrоrивй, основанной на полировании зеркала..
3 06JIа.сти ИСПОJIЬЭ{)БаНИЯ KOH'rPOJIbho-и~ме'рИ'l'еJIЬНВХ средет13
в занозехвоаогзчвских пропессак за рубежом наметилась тенден
4"~ UЗЗDа60ТRИ 6есион~ных меТОДОВ лзмеревИЙ. которые nоз-
fj
ВOJIЯЮТ рааяиаовать ТОЧНОО'1'Ь'- соответствующуюрассточнив Ме.ж.ду атомами криеТaJIJIОВ, равную 0,1 им. При этом одним из 'l'ребова ний к измерению деталей, 06работанных с су6МИКронной ТОЧНОСТЬto, является оБЯзательное проведение измереНИЙ непосредотвеннов ходе теХНOJIогическогопроцесса без снятия оораоатнваемойдета
ли вли режущего инструмента со станка.
Создатели измерительных систем су6микронной точности, н8П рим~ В Японии. считают перспективнымнаправ.л.вниемразработку ИНТeJIJlектyaJIЬНЬtXизмеритеJIЪННХсиатем, спосоонвх вести аПтивные измерения, ЭaRJПDчающиеся в быстром прео6разовании, обработке, запоминании и выдаче даннвх с помощью эвм.
Ра60ТЫ по созданию '1'ехнOJlОI'ИИ яааетсчевва и опепааяьвнк ставхов в МИвстанхопроме СССР впервые <5н.пи начата в начале 7о..х годов на Мосховском СПО "Кра:сниR прояетарай", Здесь разработа но оояее 10 моде.пеЙ специальвяк 'свеРХТОЧНЫХ станков, на КО'1'Орнх 06еспечивае'1'СЯ обработка цилиндрических и торцевых поверхвос'feЙ на детаяях типа тел вращения, иanрmeр 11ИJIИНДРОВ для электрorра фичесRИ'X машин, ДИСКОВ памити ЭШ., а погрееносзьв формы менее
1 МКМ. с выоотой микронеровностей на обра6атнваемнх поверхнос...
тих до 0,025 мкм.
Вwозmеmne на СПО "Краоный пролетарий" научиО-ИСCJ1едова- теяьекие и проектно-хоиетру:кторскиеработы ПОЗВOJ1ИJIИ соцать научно-техничесКИЙпотевцвая, необхоДИМЫЙ д,1IЯ разработки епецв альной программы работ в числе одной из 14 rосударотвенинх npor- рmлм "Технологииt машины'И прояаводства 6удущеrо· :1 основного направяенвя ра60Т по этой программе "KOHTPOJIbho-измеритеJIЪНUe системы и станки су6микровной точности".
В соответствии с указанной специaJIЬRО разработанной прог раммой работ на ClIО "Красный ПРOJ1втарий" ве,IJYТСЯ работн по созданию комплекта сверхточного оборудования, предназначенного для ввготовденва сверкточнш деталей в р8ЗJIИЧНЫХ 06JIaс'1'ЯХ, В том чиояе в сверхточной механике, авиационной и космической технике, МНОЖИТeJIЬной технике, лазерной технике t видео- и радиотехнике, проваводстве ОПТИКИt све'1'ОВ0J10ROВНОЙ СВЯЗИt вн чиедательной техвихе, '1'ОПJIИВноl аппаратуре.
в состав указа.чного комплекта сверхточного оборудования вХОДЯТ_1 : токарный оораоатявевшай центр, расточной оораоатнвав
центр. tDJIИфовaJIЬнШ! пентр, ивмеритвдъннй центр. КОМПJ1ект оборудования строится по агрегатно-модульноыу
принЦИI1У с уровнем унифИRaInШ УЗЛОВ и деталей до 80 %. Обору
дование, входящее в КОАшлект, мажет ИЗГОТ~1ИВатъся как с
ЧПУ, так и с ручным управлением.
Базовым станком в указанном компдекте оборудования явля ется сверхточный станок с ЧПУ rlод.~iК652IФЗ.О4 для обработки
наружннх и внутренных поверхностей типа |
тел вращения, |
а такзв |
|
сФерических и аоферических поверхностей |
(рис.!). |
|
|
Краткие технические характериотИЮf станка: |
|
||
наибольШИЙ диаметр о6ра6атывммого |
|
300 |
|
ИЗДелия, мм |
|
|
|
Нзи60JIЬtJIaR длина обрабатываемого |
|
200 |
|
изделии, 1&1 |
|
|
|
Дискретность О'l'р8ботхи перемещвнd |
• |
IO |
|
по осям Х и г |
, им |
||
Шероховатость |
обраба~ьtВ~емоl: поверх |
|
|
ности R.. t менееt ШI |
|
25 |
|
ttоrрешнос'1'Ь формы обработанной по |
0,5 |
||
верхностиt МIOI |
|
||
Станох скомпововав CJIедyIOЩИМ образом.
на станине Т-образной формы установлены два суппорта. один перемещается по оои Х - ивотрументaJIьный суппорт, а второй перемещается по оси ~ - сyП1tорт пmиндеJIЬНОГО узла. Т-образное
раСПOJIOJIt8вие суппортов ПОЗВOJJЯ8Т уменьшить высоту распояожения оси ШПИНДeJUI над станиной. ёояев равномерно распределить наг РУЭRИ на суппор'tН, перемеЩ8.llЦИ8CR по осям Х И r, увеличить жесткоо'l'Ь несущей СИС'1'еМН С'1'8В:ка.
Т-образная Q1J.'анина УСТ8S0ВJI8И8 на пвевматичеокихВИ6ро
ИЗOJDфYUЦИX опорах.
В ИСПOJIRИТ8JlЬВВХopraa8X C'1'8BIC8яепольаоввнв аэростати чеСКI'8 опорн, беСХОН'1'8RТRН8 мarвитные передачи винт-гайка, а также демпферы, ссноваввне на сверхмзICИX ЖИД1tОСТЯХ.
)LJJя О'1'оче'l'а КООР,ttИНa'l ИСПOJlЬЗ78ТCII двyXROордиватв.ьQ М зерный na'1'ЧИК JIИJiеЙВКХ перемещевd.
{З
Рис.Т. ДmдеТDичесКИЙ чертеж сверхточного T0R11pHoro СТaиRa мац. !~652I~З.04 и· кввемагива раоочих двизениш
I - гeJШЙ=неоновШ:i лазер] 2 - интеpt'РеРО:f~е'rр; з - yro.Jf.Кo вsй О~~Т6ЛЬ; 3 - поворотное зерr~о
/Ч
Управление станком осущее'l'ВJ.Шетс.я многопроцессорной спе wrализированной системой ЧПУ с устройством подготовки yrIpaБJJЯIO--
IЦИХ програ:лм. |
~ |
Главный привод станка вяпоянев по схеме электромаwинногс прео6разователя. Такая схема обеспечивает МИН~Д вибраций и
нагрева испоянительного дввгателя, и следовательно, положа
TeJIЪHO ВJIИЯет на точностные характеристики станка.
Привод шпинделя осуществляется щfогопоJпocным электродви гателем, частота электромагнитных вибраций которого - сотни гера, а сооственнве частота УЗJIОВ станва, как правило, на по
РЯДOR меньше.
В СМЭИ С этим воздействие "электроr.f8I'RИТНШС виОраций на
ставок ничтожно мало.
Конструктивно электричесR8Я часть вяаввогс привода ввпся вена ИЗ трех освовнах блоков: статвчеокого лреоорааовагеяя чаето'1'Ьt, ЭJIектромашивноrо прео6разоватeJIЯ и МСПОJПiИ'1'eJIЬНОГО
двигателя вшиндедя.
. Овязь тяавного привода с оистемой ЧПУ оёеспечивавтся с помощью сигналов задания час1'ОТЫ врааенвя, ситвала обратной связи по скорости с П~МОЩЬЮ фотоимульсного датчика, а также
с ПОМОЩЬЮ JIorич~сRИX еягваяов э.nектроаэтомати:ки.
Привод подач, кав И главный привод станка,' явяяется мало эиброаRТИВВ~. JI;вигS'1'8JIЬ подач ВЩ1J1fIМYIO не связав с зоной об работки, а првсоеданея к винту оеоковтавевой передачи ВИНТ гайка, При этом основной ПОТОХ вибраций действует в ваправле
вив, nерпеНJUDtУJIRрНОМ направлению двпения суппортов, и эа
деr-vmфирован ГОРИЗОВТ3JIЬ8НМ и вертикальным демпферами. Электропривод подач является полностью 6есконтактнш~ и
RОНСТРJ~ТИВНО выполнен в ВИП~ блоков: элеRТродвигатеяя СИН
хронного с постоячвыза магнвтама, преоорааоватеяя напряжения,
сввяроввого гахогенерагора и датчика полокенвя ротора. СJП'нап. о ваЧalе ра6О!'В привода подач подается оистемой
ЧIIY. Обратная свяаь по ПОJJQ.lIе'я:DO осушеС'1'ВJJЯе'1'CS с помощыо
.ца'1'ЧИ1t~ обратной евяаа (ПОВОDо-:rноrо латчава ИJJИ J18Зервorо 1tВT8D'J)epOl",eTpa) •
/S
Станок мод. МК652IфЗ.О4-ХаРактеризуется:
минимадьннми потерями на трение при пвияенви вопоянитель
ных оршнов ;
мини.мальным выдел:ением тепла в опорах; ВНСОКОЙ точностью заданной траектории исполнитвльных ор
ганов;
заданной жесткостью опор исполнительных орrаноз; широкими технологическими :возможностями, мобилЬНОСТьЮ 11
высокой производительностью; |
( |
долговечностью;
технологичностью изготовления и сравнительно низкой ото
имостъю,
В соответствии с ваданием опециаяьас разработанной про раМГ.1Ы работ, о которой упомивалось внае, цроивводствеаньм объединением "lЛОСRОВОШ ста.икостроитeJIьный завод" Минст8Вкопрома СССР соЗJt8S . спецваяьнва сверхточный t!ШифовaJIЪНШi станок мод.rvmIЗ56, лредаавначеняяй ДJШ обработки пяооких и сяов Hых геометрических поверхностей Д~ТaJ1ей из Tpyднoo6pa6aTывaeмьrx матервадов, в тоr.л чисве сферических и асферических торцевнх по верхностей.
Техничеокая харак'1'ериетШ<а станка Наиоолыяий диmJетр обрабатываемого
ивдеяия, мм |
|
юоо |
Наибольшая высота 06ра6атываемого |
500· |
|
издеяия (о приcnосоменивм), мм |
||
НаименьшШi радиуо вписанной сферы, мм |
2500 |
|
Дискретность |
отработки перемещений |
|
по осяМ Х и |
1, им |
!О |
Шероховатость обработанной по |
25 |
|
верхности Rz |
менее t Н~Л |
|
Отклонение qюрмн обработанной |
|
|
поверхности, |
мкм |
|
Станок тлеет порта.ЛЬНУ10 компоноввг. Станина станка установ лона на четырех лневматических ВИ6роизолирующих опорах. tlJIIин дели ilL1Пr{~ОDального круга, стола и r.леханизма правки вращаютоя в аэростатических попяипвиках, Суппорты осей Х и в перемещаются на аэростатичеоких направяящвх, Приводы литеирых переМfЩtениi!
Ставива
Рис.2. Схема СПSЦИ8JlЪвоrо оверr.rочиоrо lDJIИфoва.п:ьаоrо с'.'Санха мо,ч. МПJЭ56
СJ1ШОР'l'ОВ ОС1Щ8С'1'ВJIВJDТСЯ через беОR'ОRТ8RТвве мarнитв.ые пере~ дачи вив.~I'айиа, привод RpyrОВоЙ по,uaчи C'1'OJI8 - через оесков тaк'l'вd мarвитВНЙ воявовой peдy1t'1'Op. ЭJIехтро.,двигаТ8JШ. и пре оdраэова~JIИ всех электроприводов МaJIо:ВИ6роахТИВВЬtе.
на рис.2 схематически изо6ражен.н основвне элементы стан ка (без устройства ЧПУ и преоорааовееедей мектроприводов). IIJJIифoвалъНSЙ Kpyr враваеюя и перемещаетая по осям Х и и в меридиоSВJIЬИОЙ ПJIОСRОСТИ оораоатываемою ваделая. Вэаямосвяа дваения по оеяв Х и z. ооуществляет . система tПIУ в соответ ствии с ураввевием образующей ~6ра6атываемой поверхности ~
теХНОJ10rичесюwи факторами. Текущие 1tоордиватн IIШИфoвалъвоrо
круга ХОНТРОJIИpуются Jlaзерными да'l'ЧИК8МИ линеЙНвх.перемещеШ
1 и 2 ОТНОСИтельно термоста6ИJIЬВОЙ ненarружениой и термаиэШ...
ровенной от портала станка 6aJIКИ из инвара, М1"ИОВ8ИВ08 ПOJIоже ние оCSраCSатнваемоrо издеJIИS Q'JВОСИТeJIЬВО термоетаБUЪВой бал.. ки определяется датчихами 3 и 6, измеpsшцими рассюянве до базового меТрОJlогичесхого пояска на торце оCSрабатнваемоrо ИЭД~'7
дия.
ИНформации от датчихов Э И е поступает в сис~му ЧII1, rjte внрасатввается соответствУПЦИЙ СИI'на.п ва KOPpe~ ПOJ1ОЖ8ВИЯ ПШИфОВaJIЬНОI'О Rpyra по оси в , причем 8JII'оритм 06раБОТIal инфор мации с латчявов 3 и 6 учитывает вав 'l'8Moвse дефоРМВJXИИ не сущей системы сеанва и o6pa6a'l'ывa8MOrO изделия. тах ипр~песс вращения оси o6pa6aTнвaeMoro из;цеJIИfl.
Станох оснащается 6eCROHT8RТНВМ даТЧИХОll 4 теХВ0J10rичесио
го RОНТРOJJЯ точности формв обработанной поверхвоми в.епосред
отвеяно на станке. В этом e.цvчaе ставок работает в режиме RОИ TPOJIbho-измеритеJIЬНОЙ машины. '
Станок может быть оонащен (по допOJПJИ'.reJIЬВОМУ а&.каЗ1): устройством аВ'1'Оматичес!tой баланоировки пшифоВ&JIЪвorо
круга;
лазерным ана.пиЗ8'l'ором качества обработанной поверхвооти: системой для аТ'1'80тационноrо коитрOJ1Я обра60танвоrо изде-
JIИЯ непосредственно на ставке. |
|
К oco6eBHOC~ отавив ацедует отвести: |
. |
возможность д.пителъной o6pa601'1Ulс ЗQaRНОЙ точноотью крупногабаритных дета.пеЙ (Bp8W! обработки 0'1' веокояьвах часов до вескольвах сгюв) З8 счет развитой ИНформациОИВС>-JПpaвJUm-
щей системы станка; |
. |
возможность модернизации станка (при везваwJIЪвНх затра тах) для осуществления ва МОJtернизиро~ом ставхе алМаэsоrо
наноточения;
станах ОТJIИЧае'1'CJ1 мо6ИJlЬВОС'l'ЫО или rиБRОСТЫ>, ВВООХОЙ проввводагедьностье, надежвостыо и сpasвитеЛЪJlО низкоl сеов-
r\IfОСТЬЮ. |
~ .. |
УД].\ 62! •923
Г,речиШRИВ К.А., МИлОВ И.В. t КQJ!eВНИRОВ В.Б., Корушеаков ю.г. II1JIЯева Е.А•
AНAJlИЗ ЭВOJПOI.IИИ ПОВЕРХНООТИ
IПOJ1ИКPИСТИJIЛИЧECКОro КРP.ШiИЯ
в ПРОЦЕССЕ <IIТИЧЕСКОй ОБРАБОТКИ
Дюбой процеос оптической обработки - ЭТО Rомnлекс последова
тельных физика-химических воздействий на поверхность, приволя>
ЩИЙ ее из одного СОСТОЯНИЯ в другое (I,2J. Обязательнымусло
вием этого процесса J1ВJJЯ8ТОЯ соаяеноированностъt то есть пос
ледователъвое уnyчшение свойотв поверхности до максимально воэ
можвоrо Л>ОВНЯt RО'1'ОРНЙ В конечном итоrе и опредеяяет эксплуа
тационные хараRтериоТИR1l оиотемы (зJ. ·
в давной работе раосматривае~CJI процеос ПОC11Iе.цоватеJIЬНОГО превращения поверхности при оптической о6ра6отхе на примере полmcpис'l'9t.JШtЧескоrо кремния. ИмеIOЩИЙоя обширный ОПJn в этой
06JIасти ОТНООИТСЯ преимУЩ80твеано R обработке мовохриет8JШQВ
,ДJIJI НУЖД микроэлектронпи [4,5,6]. ОПтичеоrtu 06ра60Т:ка ПOJIИ
~I(РИС'1'8JIJJИЧеСRоrо кремн:а имеет IЩ1 спеrcиФичеоIШХ оссоеваостей и ЯВЛ!8ТCR В ваС~ORЩее времн весьма актуапъной задачей.
В иачеО'1'Ве o6pa6aтывaeMoro материала ИСПOJIЪЭОвaJIИ ПОJШ RРИО'1'aJJJIИЧеoкd креМНИЙ ввсокой .чистоты. ПОJIYЧенвblЙ методом вахпмноrо JIИ'l'М (Т1 48-0513-70-86). ТеХВOJIоrиа обработки оп ре,n:еJUlJIaСЬ согяасвс имепцимса рекомев.uaп;ww[ 4,5J, а также н« основе предвари'1'8JIЪВНХ исследований и ВМIOЧaJIa: предваритеяь вое ошифование, ШJIИфoзавие овобоJ[НВМ абразивом и полирование.
ПРОИЗВОДИJIИ О.цRовременвую обработку партии оттажеЯRt:a образцов
в ROJIИЧеС'l'Ве 120 Ш'1'". С размером ИСПОJIВИ'.r8JIЪвоЙ поверхности roxIO мм. в течение всего цик.па 06ра6OТICИ в оцредеяеняве мо
менты времени частъ образцов изнмапаоь. В реЗУJIЬтате получев пая_'raRИМ образом совоI(yПВОС'rЬ образцов предетaмs:ет со~ой:
t9