精密特种加工第4讲精密切削加工机床.ppt

这种超精密机床常采用Z、X运动分离的结构，即主轴箱带动工件作纵向运动（Z向），横向运动（X向）由刀架滑板完成。Z向和X向运动的导轨都放在机床的床身上，形成T形布局，使两条导轨基本在同一高度上。T形布局结构，有利于提高导轨的制造精度和运动精度，并且检测Z向、X向运动位置的双频激光测量系统可以装在固 定不动的床身上，仅将测量位置用的反射镜装在Z、X方向的移动部件上。这样不仅使测量系统的安装要简单很多，而且测量精度可大大提高。这种布局使机床整体刚度较高，控制也相对容易，如Pneiimo公司生产的大部分超精密车床都采用这一布局。现在中小型超精密机 床常采用这种总体布局 * (2)十字形滑座结构 机床的主轴箱位置固定，刀架装在十字形溜板上。Z方向和X方向的导轨都集中在工作台（或溜板）上，形成十字形滑座。图3-3所示为Moore公司坐标镗床和三坐标测量机所用的十字形滑座构成的X、Z双向工作台。 这种结构布局中，十字形滑座的上下导轨，不仅要有很高的直线运动精度，而且要有非常严格的相互垂直度，对制造精度要求很高。另外采用双频激光干涉仪作Z、X方向运动的随机位置检测时，很不方便。但这种布局的主轴箱位置固定不动，主轴用带传动很方便，电动机可以有单独地基，有利于减少电动 机振动对主轴的影响。 * * 此外，一些超精密加工机床是针对特殊零件而设计的，如大型高精度天文望远镜采用应力变形盘加工，一些非球面镜的研拋加工采用计算机控制光学表面成形技术加工，这些机床都具有和通用机床完全不同的结构。由此可见，超精密机床的结构布局有其鲜明的个性，需要特殊的设计考虑和设计手段。 * 超精密直线导轨的基本要求 超精密加工是依靠刀具和工件的相对运动来实现的，它不仅需要超精密的回转运动，而 且需要超精密的直线运动。精密导轨是超精密机床的直线性基准，对它的基本要求如下。 运动应均匀、平稳，不允许有停顿或爬行等不连续的运动。 直线运动精度高，定位精度及重复性精度高，并且能长期保持它的精度。 在实际应用中具有与使用条件相匹配的足够的刚度。 在运动过程中不产生振动。 高速运动时发热量要少。 维护保养要容易。 * 液体静压导轨液体静压导轨的原理与静压轴承的原理相同，是使压力油通过节流器注入到导轨的动、静面之间来承受载荷。因为是完全流体润滑，油膜具有良好的润滑性和吸振性，因此静压导轨比其他滑动和滚动导轨寿命提高许多倍，甚至长期使用无磨损，且工作运动平稳，不会产生爬行现象，不但直线运动精度高，刚度和负荷容量也很大；所以现在很多超精密机床使用液体静压导轨。经激光干涉仪测得，目前液体静压导轨的定位精度达到0.02um/200mm，直线运动精度达到0.05um/200mm 静压导轨由于承受载荷的要求不同，按导轨结构形式可分为开式和闭式两大类，按节流器的形式也可分为固定节流和可变节流两大类 * 当导轨上的运动部件质量很大并且压缩空气压力非常稳定时，可用气浮 导轨。气浮导轨常用平导轨，运动导轨的底平面和两侧导轨面有压缩空气，使运动部件（滑板或工作台）浮起，如图所示。从图中看出，工作台的浮起是气浮作用，但侧面是气体静压作用，属气体静压导轨。气浮导轨的刚度低于空气静压导轨，且受压缩空气压力波动的影响。在压缩空气压力高度稳定时，气浮导轨可以得到较高的直线运动精度，导轨无爬行现象，无摩擦。美国Pneumo公司的MSG-325超精密车床使用的是气浮导轨。 * 空气静压导轨的原理与液体静压导轨的原理相同，不过工作台导轨 面的上下、左右均在静压作用下，移动导轨浮在中间，基本没有摩擦力。空气静压导轨的优点是运动平稳、具有精确的直线度；与液体静压导轨相比，它不污染环境，没有振动和爬行现象，可以实现微细进给和精确定位，高速运动时温升很小，使用和加工都比较方便。但是空气静压导轨在运行间隙发生变化时，容易产生波动；另外空气静压导轨刚度和承载能力比较低，一般用在超精密轻型切削机床中，例如金刚石车削机床。Dover设备公司一直用空气静压导轨作为精密运动部件；在适应参数控制模式（MRAC)下采用气体静压花岗岩导轨可以得到好于士15mn的位置控制精度。所以，目前来说，空气静压导轨的精度是最高的。此外，纳米级精度加工机床的负荷和行程没有那么大，所以应优先考虑空气静压导轨。目前空气静压导轨的直线度可达（0.1?0.01um/100mm。 * 目前来说，空气静压导轨的精度是最高的。此外，纳米级精度加工机床的负荷和行程没有那么大，所以应优先考虑空气静压导轨。目前空气静压导轨的直线度可达（0.1?0.01um/100mm)。 近年来，国内外学者从材料、结构和设计方法入手，改善节流方式，设计制造出新型空气导轨，使其承载能力、刚度以及稳定性得到很大提高。如采用多根导轨并联来加强气膜的误差匀化作用，加大气垫式导轨跨度来缩小直线度误差等；我