【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 允許的范圍數(shù)值時(shí)會(huì)直接影響到超精密加工設(shè)備儀器的正常使用，還有可能直接導(dǎo)致設(shè)備的無法使用。相對(duì)于不同的機(jī)器設(shè)備，對(duì)于振動(dòng)的允許范圍指標(biāo)就不徑相同，在精度要求比較高的加工儀器加工材料時(shí)，振動(dòng)會(huì)使加工材料與刀具之間產(chǎn)生顫振。當(dāng)前國(guó)際范圍內(nèi)對(duì)于精密加工中的振動(dòng)有一套公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，包含 VCA、 VCB、 VCC、 VCD和 VCE這5 個(gè)等級(jí)，來分別表示振動(dòng)在超精密加工中的不同程度的強(qiáng)度，來更好的制定有效針對(duì)的策略加以控制，并能根據(jù)不同振動(dòng)的特點(diǎn)，在 防治振動(dòng)的措施中能有效針對(duì)所想防治振動(dòng)的特點(diǎn)，節(jié)省成本。 在這五個(gè)等級(jí)中， A 類的振動(dòng)對(duì)于超精密加工的影響是最大，而 E 類最小，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業(yè)的減振隔振設(shè)備與措施。不同的地點(diǎn)，相對(duì)應(yīng)常見振動(dòng)的類型不盡相同，振動(dòng)的不同性質(zhì)和特點(diǎn)對(duì)人和超精密設(shè)備的影響不同，表 ，超精密設(shè)備對(duì)于振動(dòng)的反應(yīng)。 8 表 振動(dòng)規(guī)范 振動(dòng)值 振動(dòng)表現(xiàn) 速度 μm/s ＜ 4Hz （ dB） ＞ 8Hz（ dB） 工廠（ ISO） 96 90 明顯感覺到振動(dòng) 辦公室（ ISO） 90 84 稍微感覺到振動(dòng) 住宅（ ISO） 84 78 幾乎感覺不到振動(dòng) 手術(shù)室（ ISO） 78 72 感覺不到振動(dòng)，適用于倍率 100 的顯微鏡已經(jīng)振動(dòng)敏感低的設(shè)備 VCA 72 66 適用于倍率 400的顯微鏡 續(xù)表 超精密設(shè)備振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn) 振動(dòng)規(guī)范 振動(dòng)值 振動(dòng)表現(xiàn) 速度 μm/s ＜ 4Hz （ dB） ＞ 8Hz （ dB） VCB 66 60 適用于倍率 1000 的顯微鏡以及分辨率 3μm 的照相制版和光學(xué)檢測(cè)儀器 VCC 60 54 適用于分辨率 1μm的照相制版和光學(xué)檢測(cè)儀器 VCD 54 48 適用于大多數(shù)精密儀器，包括電子顯微鏡等 VCE 48 42 適用于分辨率 的照相制版和激光作業(yè)，要求極為嚴(yán)格 國(guó)外針對(duì)振動(dòng)環(huán)境對(duì)于超精密加工中給加工的工件帶來的影響研究得比較早 ,特別是日本與歐美幾個(gè)國(guó)家 ,這些國(guó)家在分析研究超精密加工中環(huán)境振動(dòng)的影響時(shí)都是通過理論的推理外加建立模型分析為主，主要專研的是振動(dòng)的傳播特別是在介質(zhì)中的規(guī)律，包括地 9 基土的動(dòng)力特性及其對(duì)振動(dòng)波傳播的影響 。振動(dòng)傳播途徑和相關(guān)隔振理論及隔振措施等問題。 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。日本以及歐美發(fā)達(dá)國(guó)家成功建立了完整的研究體系，研究了如軌道交通的存在對(duì)于地面振動(dòng)的研究和模型 [6]；使用多元回歸法研究鐵路產(chǎn)生的振動(dòng)的各種因素；利用有限元法分析屏障隔振的使用作用和影響；利用薄層法和邊界元方法相互 融合研究了空置溝的隔振效果；壓電堆棧式作動(dòng)器在超精密加工中振動(dòng)控制的主動(dòng)系統(tǒng)中能取得有效的效果。 在超精密加工的振動(dòng)控制上，歐美以及日本一直處于世界研究的前列，但是各自研究振動(dòng)的方向又各有特點(diǎn)，促使世界研究超精密加工的振動(dòng)研究有序良好得往各個(gè)方面發(fā)展，建立了現(xiàn)如今世界在這些領(lǐng)域有序競(jìng)爭(zhēng)的良好現(xiàn)象。 我國(guó)在超精密加工的環(huán)境振動(dòng)條件的研究領(lǐng)域的開始時(shí)間比較晚。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，在開展研究的過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。在處理超精密加工過程中的環(huán)境振動(dòng)問題時(shí)，我國(guó)比較常見的處理控制方法時(shí)采用空氣彈簧，當(dāng)然除了空氣彈簧還有采用多級(jí)被動(dòng)隔振技術(shù)來增強(qiáng)隔振效果的方法。最近幾年來，國(guó)家加大了對(duì)于超精密加工中環(huán)境振動(dòng)防治的研究投入和力度，如研究用于隔振平臺(tái)進(jìn)行主 動(dòng)控制的制動(dòng)器以及一些磁致伸縮材料、電流變液體等一批使用在隔振設(shè)備中的新型材料。近些年來，我國(guó)在超精密加工領(lǐng)域的振動(dòng)防治也取得了一系列較為喜人的成果，比如由哈工大精密工程研究所在不斷研究和改進(jìn)中誕生的 HCM1亞微米超精密車床通過微制造平臺(tái)混合隔振系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [7]，其中的隔振元件由隔振橡膠層和空氣彈簧組成，主動(dòng)控制裝置是超磁致伸縮制動(dòng)器，這套裝置能使在超精密加工時(shí)的振動(dòng)衰減 80%左右；也有研究由超磁致伸縮作動(dòng)器研發(fā)而成的人工模糊神經(jīng)網(wǎng)控制的超精密機(jī)床隔振系統(tǒng) [8]；稀土 鐵系功能材料進(jìn)行超磁致微位移直線驅(qū)動(dòng) 器的研究 [9]等。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。 跟國(guó)際上的超精密加工中環(huán)境振動(dòng)防治的發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)國(guó)內(nèi)的防治環(huán)境振動(dòng)的理論和經(jīng)驗(yàn)還是有相當(dāng)多的欠缺的 ,和日本與歐美幾個(gè)在超精密加工領(lǐng)域領(lǐng)先的國(guó)家有著 10 較大的差距 ,國(guó)內(nèi)相當(dāng)多的環(huán)境振動(dòng)的防治方案和措施還只是出于理論階段，要完成它的實(shí)際效益還需要更深入的驗(yàn)證和試驗(yàn) 。而且在我國(guó)還沒有制定超精密加工中一些對(duì)于精度要求極高的設(shè)備在使用中的專門 的環(huán)境振動(dòng)允許值的標(biāo)準(zhǔn)。由于在超精密加工制造中影響最大的環(huán)境振動(dòng)，國(guó)家應(yīng)該盡快加大力度和研發(fā)力量完善我國(guó)制造業(yè)中超精密加工的體系，并有效制定環(huán)境振動(dòng)的評(píng)價(jià)體系，為下一步對(duì)于超精密加工中環(huán)境振動(dòng)的控制提供依據(jù)。 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]。其控制方法主要包括隔振、消振和動(dòng)力吸振技術(shù)。 最常見的隔振措施就是用阻尼和彈性元件組成的隔振器放置在結(jié)構(gòu)之中。而相對(duì)于隔振的對(duì)象來說，現(xiàn)在的隔振措施分為主動(dòng)隔振和被動(dòng)隔振。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，減少振源振動(dòng)對(duì)于超精密加工設(shè)備的輸出 。后一項(xiàng)是主要保護(hù)超精密加工的設(shè)備，使超精密加工設(shè)備與地基隔離開，減少振源振動(dòng)的輸入。 (1)隔振器 當(dāng)前國(guó)際社會(huì)上超精密加工制造產(chǎn)業(yè)中最常見的隔振器的類型主要是鋼彈簧、橡膠、空氣彈簧隔振器。 鋼彈簧隔振器相較于其他兩種隔振器的優(yōu)點(diǎn)在于承載能力更高，較大的變形范圍，使用壽命較長(zhǎng)和隔振器本身比較耐高溫，但是由于剛度較小，固有頻率 ~，阻尼僅僅只有 ，在控 制設(shè)備共振振幅的表現(xiàn)較差。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，容易在使用的過程中產(chǎn)生水平晃動(dòng)，故不適合精密設(shè)備隔振的需要。 橡膠隔振器產(chǎn)品種類繁多，樣式多樣，變形可逆性較好。常見分為剪切型、壓縮型與復(fù)合型，相對(duì)于不同的受力方式而改變不同的使用組合 ,固有頻率為 5~20 Hz，形狀可以參考使用場(chǎng)合和具體條件自由選擇。橡膠隔振器剛度較大 ,阻尼系數(shù) ~,主要和金屬?gòu)椈上啻钆溆糜谥鲃?dòng)隔振中，能較好隔離高頻率的振動(dòng)。但是橡膠本身對(duì)于環(huán)境要求比較苛刻，耐 油性比較差，使用過程中容易老化，不能較長(zhǎng)時(shí)間的使用。橡膠隔振器的承壓能力也比較弱，在使用過程中需要控制其初始的變形量，盡可能控制在百分之十之內(nèi)。 11 空氣彈簧 [10]相較于其他兩種隔振器在適用的范圍以及隔振的效果來看有著無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。從最初應(yīng)用于車輛的空氣彈黃懸架 ,到各類機(jī)車的座椅減振、航空航天領(lǐng)域精密儀器儀表的減振 ,以及精密和超精密加工設(shè)備的隔振系統(tǒng)和隔振平臺(tái)的振動(dòng)控制的使用 ,發(fā)展前景廣闊。 圖 圖 由于空氣 彈簧的非金屬性 ,其彈性特性良好。借助其氣囊內(nèi)壓縮空氣氣柱體積和壓強(qiáng)的關(guān)系 ,在振動(dòng)荷載下通過彈簧高度的變化 ,使得氣囊容積變化 ,從而改變氣柱的有效承載面積和囊內(nèi)壓力 ,達(dá)到振動(dòng)的平穩(wěn)傳遞 [11]。彈簧高度可以通過高度控制