【正文】 平、可處理加工的零件材料的尺寸也越來(lái)越大，使用的領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛。上個(gè)世紀(jì)八十年代末期，美國(guó)投入大量研究資金和人力，成功研制了大型光學(xué)超精密加工車(chē)床，也成功成為了超精密加工領(lǐng)域的一個(gè)里程碑。上個(gè)世紀(jì)八十年代至九十年代進(jìn)入民間工業(yè)的應(yīng)用初期。所以處理環(huán)境振動(dòng)對(duì)超精密加工設(shè)備的干擾就變得格外迫切。有關(guān)范疇的技術(shù)開(kāi)發(fā)和發(fā)展就開(kāi)始竭力于加工精度的一直提升 ,從微米級(jí)、亞微米級(jí)到納米級(jí) ,甚至現(xiàn)在的亞納米級(jí) ,比如航空航天產(chǎn)業(yè)里陀螺儀的軸承、電子信息產(chǎn)業(yè)里的集成電路和光學(xué)工業(yè)上的集成光路等 ,這些技術(shù)使生產(chǎn)的產(chǎn)品的體積減小 ,使產(chǎn)品質(zhì)量和性能得到提升 ,并減少了這些工業(yè)產(chǎn)品使用成本。它綜合運(yùn)用了機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展的最新的研究成果以及現(xiàn)代電子訊息技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)量 和電腦技術(shù)等高新技術(shù)，是衡量一個(gè)國(guó)家科技水平和綜合國(guó)力的重要依據(jù)，因此受到各個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視。加工精度和效率的提高促進(jìn)了超精密加工技術(shù)的向更高層面邁進(jìn)，但是環(huán)境條件尤其是振動(dòng)條件是影響超精密加工精度和效率的主要因素。為了研究超精密加工中環(huán)境條件特別是振動(dòng)環(huán)境的控制，本文主要研究超精密加工主要影響超精密加工的環(huán)境條件及其控制的策略；研究超精密加工中環(huán)境振動(dòng)的分類(lèi)和來(lái)源以及其對(duì)超精密加工的影響；研究超精密加工中控制環(huán)境振動(dòng)所采用的技術(shù)和材料裝置，并 對(duì)其采用后的效果進(jìn)行評(píng)估和相對(duì)應(yīng)振動(dòng)的分類(lèi)。 從應(yīng)用的角度來(lái)看，在關(guān)系國(guó)家安全和綜合國(guó)力的行業(yè)如國(guó)防科技、探空技術(shù)、核子能、高新電子等高科技的高新技術(shù)領(lǐng)域中超精密加工及其制造的高精儀器起著相當(dāng)重要的角色，在這些領(lǐng)域的使用中有探空火箭技術(shù)、高新儀器里的齒輪、人工智能機(jī)器等?？傮w上看，產(chǎn)品精度的不斷提升促使產(chǎn)業(yè)有產(chǎn)品微型化的趨勢(shì) ,并且提高了產(chǎn)品零件之間的可置換性 ,有效提升了組裝裝配的效率 ,提高產(chǎn)業(yè) 的整體自動(dòng)化程度。 介紹 國(guó)際上其他國(guó)家超精密加工開(kāi)展較早，上個(gè)世紀(jì)六十年 代初期，上個(gè)世紀(jì)五十年代至 2 八十年代為技術(shù)發(fā)展初期。美國(guó)、日本、歐洲的一些領(lǐng)頭的超精密加工研究的公司在政府的支持下，將超精密加工技術(shù)開(kāi)始投向市場(chǎng)， 一開(kāi)始是民用的精密鏡頭的生產(chǎn)。上個(gè)世紀(jì)九十年代后，民用超精密加工技術(shù)漸漸完善和成熟。 當(dāng)今國(guó)際范圍內(nèi)的超精密加工技術(shù)大國(guó)以日本、歐洲和美國(guó)為首，但是它們各自發(fā)展的關(guān)注重點(diǎn)又不盡相同。日本超精密發(fā)展偏向于電腦硬盤(pán)磁片、民用光學(xué)透鏡等民用產(chǎn)品。上個(gè)世紀(jì)七十年代后期研制了高精度磁盤(pán)車(chē)床。北京航空精密機(jī)械研究所在我國(guó)超精密加工設(shè)備研究單位中是獨(dú)具特色的，研制出 Nanosys300 非球曲面超精密復(fù)合加工系統(tǒng) [3]。此外，哈爾濱工業(yè)大學(xué)孫希威等 [4]首先對(duì)大氣等離子體拋光技術(shù)看展了探究，對(duì)于單晶硅片的加工試驗(yàn)獲得了較為滿意的成果。 超精密加工是現(xiàn)代發(fā)展高科技和高精密儀器機(jī)械的必需的機(jī)械制造工藝，該技術(shù)最核心的問(wèn)題就是怎么去除接近材料分子尺寸的極其薄的材料層。超精密加工中，所需要的條件中，空氣潔凈度是很重要的指標(biāo)，如果不能保證所要求的空氣潔凈度，就很難加工出很達(dá)到要求粗糙度的表面，空氣中的塵埃的混入會(huì)使被加工工件的表面劃傷或者工件精度收到影響，一顆直徑 ，因此進(jìn)行超緊密加工需要建設(shè)潔凈室，所 謂潔凈室就是講空氣環(huán)境中的各個(gè)條件進(jìn)行有效控制的房間。的空氣中，直徑大于等于 100 個(gè)。℃ ）之間，而也可使用恒溫室來(lái)進(jìn)行整體的恒溫，為了降低能耗，一般夏季控制在 23℃ ，冬季控制在 17℃ 。振動(dòng)的來(lái)源一般分為室內(nèi)振動(dòng)、室外振動(dòng)和自然界的振動(dòng)，室內(nèi)振動(dòng)大體上包括人員移動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)、設(shè)備本身加工時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)、材料物資轉(zhuǎn)移搬運(yùn)所產(chǎn)生的振動(dòng)、輔助器械所產(chǎn)生的振動(dòng)。防靜電環(huán)境中靜電有可能造成半導(dǎo)體元器件的損傷，能是某些超精密加工中的膠片感光、出現(xiàn)某些氣泡、沾染塵埃，造成超精密加工中的生產(chǎn)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，為了防止此類(lèi)事故，要采取措施防止靜電。 熱環(huán)境的指標(biāo)的控制主要是控制超精密加工時(shí)工作環(huán)境的恒溫和恒濕，安裝空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括：加熱裝置、冷卻裝置、加濕裝置、減濕裝置等。和常見(jiàn)的地震想對(duì)比，都有著相類(lèi)似的振動(dòng)輸出和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)樣式 ,但兩者的持續(xù)時(shí)間、振動(dòng)強(qiáng)度和人們研究的物理量大體卻不相同 [5]。相比較不同的振源的不同特點(diǎn) ,可以將它們分為瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)、隨機(jī)振動(dòng) ,大部分的振動(dòng)由空氣壓縮機(jī)、冷凍機(jī)、電動(dòng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)和水泵等設(shè)備引起 ,振動(dòng)頻率在 2~80Hz。 6 表 振源 頻率 測(cè)點(diǎn)據(jù)振源距離 空氣壓縮機(jī) ~40 附近 冷凍機(jī) 45 附近 鍛錘 10~35 錘擊處 起重機(jī) 15~95 附近 火車(chē) 30 400m（常速運(yùn)行） 20~25 10~30m（ 20km/h運(yùn)行 ) 汽車(chē) 10~25 20~38m（空載） 5~15 20~38m（滿載） 在實(shí)際布置時(shí)考慮土地問(wèn)題對(duì)于超精密加工的影響，巖石上的振動(dòng)頻率高， 振幅比較小 ,相比較土層則是恰恰相反。地球的自轉(zhuǎn)還有太陽(yáng)引力變化也會(huì)對(duì)地球造成不可避免的振動(dòng)。在近幾十年的發(fā)展過(guò)程中，振動(dòng)環(huán)境被快速開(kāi)發(fā)或者利用，成功造福于社會(huì)生產(chǎn)生活之中，先后有一百多 項(xiàng)與振動(dòng)有關(guān)的技術(shù)被廣泛運(yùn)用于生產(chǎn)生活中，它們?cè)诟鱾€(gè)部門(mén)中起著十分重要的作用，為振動(dòng)工程學(xué)的發(fā)展和社會(huì)制造生產(chǎn)貢獻(xiàn)了力量。如光學(xué)干涉測(cè)量?jī)x、電子顯微鏡 ,以及精密加工設(shè)備 ,如金屬切削等 ,在納米精度在的操作 ,高精 度、高分辨率和高靈敏度是這些加工操作的關(guān)鍵所在。 在這五個(gè)等級(jí)中， A 類(lèi)的振動(dòng)對(duì)于超精密加工的影響是最大，而 E 類(lèi)最小，基本上高科技廠商對(duì)于超精密加工的環(huán)境振動(dòng)的要求在 VCC，擁有光學(xué)儀器設(shè)備的公司對(duì)環(huán)境振動(dòng)的要求就稍微要高一點(diǎn)，大概在 VCD 以上，這就要求公司要考慮到專(zhuān)業(yè)的減振隔振設(shè)備與措施。 在超精密加工中振動(dòng)環(huán)境的多年研究中，科研人員進(jìn)行了很多有效的嘗試和很多的創(chuàng)新。在超精密加工的振動(dòng)環(huán)境條件的研究中，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)了一大批杰出的科研的人員，在振動(dòng)環(huán)境的研究過(guò)程中由于國(guó)外的某些技術(shù)封鎖和 本身基礎(chǔ)的薄弱，在開(kāi)展研究的過(guò)程中遇到了不少困難，但是還是在努力攻堅(jiān)克難中完成了一個(gè)又一個(gè)的艱難課題。為我國(guó)的超精密加工中的振動(dòng)防治產(chǎn)業(yè)增加了新鮮的血液，促進(jìn)了我國(guó)超精密加工制造產(chǎn)業(yè)的高效長(zhǎng)足發(fā)展，使我國(guó)加快步伐追趕在該領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先的日本和歐美發(fā)達(dá)國(guó)家。 被動(dòng)控制通常指結(jié)構(gòu)的被動(dòng)阻尼設(shè)計(jì) ,是事先一次性設(shè)計(jì)的控制措施 ,通過(guò)改變結(jié)構(gòu)參數(shù)、釋放自身潛在的能量 ,最大程度地吸收和耗散關(guān)注頻段內(nèi)的模態(tài)應(yīng)變能 [5]。前一項(xiàng)是隔離產(chǎn)生振動(dòng)的振源，使振源與地基相隔離開(kāi)，減少振源振動(dòng)對(duì)于超精密加工設(shè)備的輸出 。為了彌補(bǔ)鋼彈簧隔振器先天的缺陷，常常在鋼彈簧外部附加一層隔振橡膠，但是它的水平剛度還是不足，容易在使用的過(guò)程中產(chǎn)生水平晃動(dòng)，故不適合精密設(shè)備隔振的需要。但是橡膠本身對(duì)于環(huán)境要求比較苛刻，耐 油性比較差，使用過(guò)程中容易老化，不能較長(zhǎng)時(shí)間的使用。 圖 圖 由于空氣 彈簧的非金屬性 ,其彈性特性良好。 鑒于其承載力較高 ,且固有頻率在 ~4 Hz,使得隔振系統(tǒng)固有頻率較低 ,從而遠(yuǎn)離環(huán)境振動(dòng)的干擾 ,提高隔振效果 。若從設(shè)備基礎(chǔ)的角度考慮設(shè)備對(duì)振動(dòng)的響應(yīng) ,可以將機(jī)床作為整體進(jìn)行研究。由 12 于振動(dòng)波的傳播距離與振源強(qiáng)度成正比 ,與頻率的平方成反比 ,故低頻振動(dòng)傳播距離較遠(yuǎn) ,因而對(duì)超精密加工精度的影響更為顯著 ,尤其是大型動(dòng)力機(jī)械及設(shè)有振動(dòng)機(jī)械的工廠、車(chē)間 ,以及運(yùn)輸量大的鐵路、公路等地段 [12]。大多數(shù)超精密加工機(jī)床都有設(shè)置隔振溝的要求 ,目的是通過(guò)垂直于地表的隔離層空隙來(lái)切斷振動(dòng)在土壤中的傳播 ,削減振動(dòng)能量。 圖 但考慮到實(shí)際應(yīng)用中 ,土壤的固有頻率為 10~20Hz,而振動(dòng)波的傳播速度約為 200m/s,則波長(zhǎng)為 10~20m。而懸掛式隔振裝置適用于平衡性能差的低頻設(shè)備 ,但安裝和調(diào)整調(diào)適稍困難。后者主要是對(duì)中小型機(jī)床而言 ,采用彈性元件連接于直接將其