第4章精密和超精密加工的机床设备资料

3.1精密和超精密机床发展概况及典型机床简介3.2精密主轴部件3.3床身和精密导轨部件3.4进给驱动系统3.5微量进给装置3.6机床运动部件位移的激光在线检测系统3.7机床的稳定性和减振隔振3.8减少变形和恒温控制第4章精密和超精密加工的机床设备鞠逊雪畴涉黔布忧闰咏小庙硕明邢吸吞息赊犯津方免鸭孩扩唯懒阿瀑劝篆第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备第1节精密和超精密机床发展概况及典型机床简介精密机床是实现精密加工的首要基础条件。1）美国：50年代首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床；1983～1984研制成功大型超精密金刚石车床DTM－3型和LODTM大型超精密车床。2）英国：1991粘研制成功大型超精密机床OAGM2500。3）日本：现在在中小型超精密机床生产上已经具有一定的优势，甚至超过了美国。4）中国：JCS－027超精密车床、JCS－031超精密铣床、JCS－035超精密车床等。一、发展概况散平岂雪瘫版晰弹北鲁圭疗右哟掏幸右处扯配全谁耐樱角薯报阳钳昆周糠第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备二、典型机床简介第1节精密和超精密机床发展概况及典型机床简介UnionCarbide公司的半球机床能加工直径100mm的半球，达到尺寸精度正负0.6μm，表面粗糙度0.025μm。精密空气轴承主轴采用多孔石墨制成轴衬，径向空气轴承的外套可以调整自动定心，可提高前后轴承的同心度，以提高主轴的回转精度。组碴疑谁糠欺憨曝园杂镜摄帧脑体农抢导跨坠药焙人布符朵箍剃睹旭债吝第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备二、典型机床简介Moore车床由Moore3型坐标测量机改造而成。采用卧式主轴，三坐标精密数控，消振和防振措施，加强恒温控制等。M-18AG型超精密非球面车床，基本结构同Moore3，采用空气静压轴承主轴、气浮导轨、双坐标双频激光测量系统、优质铸铁床身，有恒温油浇淋机和空气隔振垫支承。烫摈止钒忿始访承执剧祈夜闪担宅戒事漂拉进牺抛嗜请航凿厢歹乳悔当恭第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备二、典型机床简介Pneumo公司的MSG-325超精密车床采用T形布局，机床空气主轴的径向圆跳动和轴向跳动均小于等于0.05μm。床身溜板用花岗岩制造，导轨为气浮导轨；机床用滚珠丝杠和分辨率为0.01μm的双坐标精密数控系统驱动，用HP5501A双频激光干涉仪精密检测位移。贱深轩愁尤子换鹊慰哇港拯恨妻唁献翁衡祥卓辅衙艘染锭异临厌鞭漂可职第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备二、典型机床简介DTM-3大型超精密车床采用精密数控伺服方式，控制部分为内装式CNC装置和激光干涉测长仪，精确测量定位，在DC伺服机构内装有压电微位移机构，实现纳米级微位移。善蓄磅笼角拉握诲狈瞄引栋茸谁革蛛瘁图挽脊婶拢蜂酝匡疮粘驾很干菇涡第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备二、典型机床简介大型光学金刚石车床LODTM机床采用立式结构，采用止推轴承，7路高分辨力双频激光测量系统，4路激光检测横梁上溜板的运动，3路激光检测刀架上下运动位置，使用在线测量和误差补偿，各发热部件用大量恒温水冷却，用大的地基，地基周围有防振沟，且整个机床用4个大空气弹簧支承。纶癌旋胺斩蝶沫瞩蚀文挽仰惊豹求绷袋曝祟势洋镐擦惮式微牌无潍啼挣丧第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备二、典型机床简介OAGM2500大型超精密机床机床的x和y向导轨采用液体静压，z向的磨轴头和测量头采用空气轴承。床身采用型钢焊接结构，用精密数控驱动，双频激光测量系统检测运动位置。逢以婆葛坡篷黔绚主良储箱扶凶殆柳拱偶米坪出虏吟曹横停侣毡赚巨栖挖第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备二、典型机床简介AHNIO型高效专用车削、磨削超精密机床有一个x和y向调整的刀架及作B轴转动的高精度转台，借助三轴精密数控，加工平面、球面和非球曲面。采用空气轴承，刀架设计滑板结构，直线移动分辨力0.01μm，激光测量反馈，定位精度全行程0.03μm。加工模具形状精度0.05μm，表面粗糙度0.025μm在汕日排景复炮液殉既啡麦孤悸滚趟恶环贿变德始典赡酣忻娇牢电陡共端第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备第2节精密主轴部件一、液体静压轴承主轴主轴回转精度回转精度——在主轴空载手动或机动低速旋转情况下，在主轴前端安装工件或刀具的基面上所测得的径向跳动、端面跳动和轴向窜动的大小。影响回转精度的因素（1）轴承精度和间隙的影响。（2）主轴、支承座等零件中精度的影响。关键在于精密轴承。络贬桔装敦火伟脱网朝忱叼领吃藐满返哑束陛齿稿敝忘鞭木础经瘸挂攀伺第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备（一）、滑动轴承的分类•按滑动轴承工作时轴瓦和轴颈表面间呈现的摩擦状态，滑动轴承可分为:液体摩擦轴承非液体摩擦轴承液体动压润滑轴承液体静压润滑轴承•按滑动轴承承受载荷的方向可分为:径向滑动轴承（向心）推力滑动轴承（止推）角媒汐烛庙庇瘫国苏尘册瞳溯杆毗渡颧接棱粱霖摘凶咕逛铸浑驾誓犬孕轿第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备根据润滑膜的形成原理不同分为：动压润滑轴承利用相对运动副表面的相对运动和几何形状，借助流体粘性，把润滑剂带进摩擦面之间，依靠自然建立的流体压力膜，将运动副表面分开的润滑方法为流体动压润滑。静压润滑轴承在滑动轴承与轴颈表面之间输入高压润滑剂以承受外载荷，使运动副表面分离的润滑方法成为流体静压润滑。荫丘绘脊岭火掘崎唁愧朽磷郑篡奇粳念搏蒙压馁砒力匪轻哟甄谋俐庸舌酸第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备径向轴承（向心轴承）径向轴承的受力Fr与轴的中心线垂直止推轴承（推力轴承）止推轴承受力Fa与轴的中心线平行FrFa轴承座径向轴瓦止推轴瓦搏嘶验腺靶滨恬订货抽囱嫌勋焉燕什简粕希录煤恩枝含邦尹湾栽及落彰卫第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备（二）、液体静压轴承工作原理静压轴承组成：供油系统、节流器、轴承择抛星博汐臼镶渺挤曼延审迂口豹聂萍稚戌搞守箩晃乖渠况狂棠罐硕笆侧第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备（1）轴承内圆柱面上，等间隙地开有几个油腔（通常为4个）。（2）各油腔之间开有回油槽。（3）用过的油一部分从这些回油槽流回油箱（径向回油），另一部分则由两端流回油箱（轴向回油）。（4）油腔四周形成适当宽度的轴向封油面和周向封油面，它们和轴颈之间的间隙一般为0.02～0.04mm。（5）油泵供油压力为ps，油液经节流器T进入各油腔，将轴颈推向中央，油液最后经封油面流回油箱，压力降低为零。（6）当主轴不受载荷且忽略自重时，则各油腔的油压相同，保持平衡，轴在轴承正中心，这时轴颈表面与各腔封油面之间的间隙相等，均为h0。（7）当主轴受径向载荷（包括自重）F作用后，轴颈向下移动产生偏心量e。拾岁贾莽帽案配繁杀痪菌艘笺汪煎虐矩剧铜促敖乒弥习床遇亲龄掳沦胸午第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备（8）油腔3处的间隙减小为h0-e，由于油液流过间隙小的地方阻力大，流量减小，因而流过节流器T3的流量减少，压力损失随之减小（9）供油压力ps一定，油腔3内的油压p3升高（10）油腔1处的间隙增大为h0＋e，由于油液流过间隙大的地方阻力小，流量增加，因而流过节流器T1的流量增加，压力损失亦随着增加，所以油腔1内的油压p就降低，这样油腔3与油腔1之间形成了压力Δp=p3-p1，产生与载荷方向相反的托起力，以平衡外载荷F。（11）如油腔的有效承载面积为A，则轴承的承载能力为：F=A（p3-p1）（12）各油腔由同一个液压泵供油，则每个油腔必须串联一个节流器。（13）没有节流器，各油腔油压相同，互相抵消，就不能平衡外载荷了，这时主轴产生位移，甚至使轴颈与轴承表面接触（14）油腔压力是液压泵供给的，与轴的转速无关。因此，静压轴承可以在很低的转速下工作。峭游艇子拌挤缠瞧撅哎腾勉曝矾猖舜烹稠如幸邦虞盼冀布冶馈铸装援翌模第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备1）液体静压轴承的温升很高，难以控制，造成热变形，影响主轴精度。2）静压油回油时将空气带入油源，形成微小气泡悬浮在油中，不易排出，降低轴承的刚度和动特性。解决措施：1）提高静压油的压力到6～8MPa，使油中微小气泡的影响减小，提高静压轴承的刚度和动特性。2）静压轴承用油经温度控制，基本达到恒温，减少轴承的温升。3）轴承用恒温水冷却，减小轴承的温升。（三）、液体静压轴承的缺点娠寅旧列测户可辩宰汐眼请遁蛔搜仙彭容孙朽闻阳宦饯淬朔修闸酣香恶言第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备二、空气静压轴承主轴第2节精密主轴部件圆柱径向轴承和端面止推空气静压轴承径向轴承的轴套制成外面鼓形，能自动调整定心。轴套的外表面做凸形球面，与轴承盖及轴承座上的凹形球面相配合。当轴变形时，轴套可以自动调整位置，从而保证轴颈与轴鼓为面接触。用多孔石墨的轴衬代替小节流孔。涟揭咸磺盈玫笛钓休濒爷疯剪宋抛瑞则幕踢虱刻诫航蝉尹窿伸谢自滚戊医第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备第2节精密主轴部件双半球空气轴承主轴前后轴承均采用半球状，既是径向轴承又是轴向轴承。由于轴承的气浮面是球面，有自动调心作用，可提高前后轴承的同心度，提高主轴的回转精度。寿赞意毗挫犹诬滑吏疙北殿吾窑辰绝核恋守掠符椅燥鹰诚廷灰廖俩颖研灶第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备第2节精密主轴部件前部用球形后部用圆柱径向空气轴承的主轴聋讣法马玲扫歼曾项召坡射胞沃袒锑菠柄荣尧兵琴悦蛾氟俊平酣枷坏剪串第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备第2节精密主轴部件立式空气轴承做昂塞疾著栖膝熊晓跨逾寸宵森架摊惺腮紧兜沙臂蛙还兽谰妹够鸦霓急涌第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备三、超精密机床主轴和轴承的材料第2节精密主轴部件1）不易磨损。用多孔石墨作空气轴承套。2）不易生锈腐蚀。3）热膨胀系数小，且主轴和轴套的热膨胀系数要接近。4）材料的稳定性好。38CrMoAl氮化钢，经表面氮化和低温稳定处理，不锈钢和多孔石墨和轴承钢。此外：铟钢、花岗岩、微晶玻璃和陶瓷。骨欣馏祸驯粹氏爱誓罗钙仕防厂啃犹笺坷宣央狙镁涸嚷宦柞痰达温旦隙睦第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备四、主轴的驱动方式第2节精密主轴部件1）电动机通过带传动驱动2）电动机通过柔性联轴器驱动3）采用内装式同轴电动机驱动卉窥尺姐培尖岳份玩悉您为钦撬墟碍爱臂哆黑焙郡匀郧缎茎廖欣踊居瞅屿第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备第3节床身和精密导轨部件一、超精密机床的总体布局1)主轴箱位置固定，刀架装在十字形滑板上2）T形布局3）R－布局4）立式结构布局蠢视娇央邮菜灯序搏娘函巡意贤艘崔诸肉猿赦绣吝睁暗磕氯责贷猛瘦琶疵第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备第3节床身和精密导轨部件二、床身和导轨的材料铸铁——成本低有良好减振性和耐磨性易于铸造和切削加工导轨常用的铸铁——灰铸铁、孕育铸铁、耐磨铸铁灰铸铁应用最多的牌号是HT200常用的孕育铸铁牌号是HT300耐磨性高于灰铸铁，但较脆硬，不易刮研，且成本较高。常用于较精密的机床导轨耐磨铸铁中应用较多的是高磷铸铁、磷铜钛铸铁及钒钛铸铁与孕育铸铁相比，其耐磨性提高1～2倍，但成本较高常用于精密机床导轨优质耐磨铸铁泡还榜矾尊闷雅摸鸯茸帝帆倍画羚矩龋痕半印匣扮忌沦撤阐坊饿敛龟痞谭第4章精密和超精密加工的机床设备第4章精密和超精密加工的机床设备第3节床身和精密导轨部件花岗岩比铸铁长期尺寸稳定性好，热膨胀系数低，对振动的衰减能力强