精密特種加工第4講精密切削加工機(jī)床

精密加工與特種加工Precisionandultraprecisionmachining第四講（超）精密切削機(jī)床（超）精密加工與特種加工研究和發(fā)展的重點(diǎn)集中在超精密機(jī)床的設(shè)計(jì)、制造、控制、檢測(cè)和工藝實(shí)驗(yàn)等方面:1)超精密機(jī)床設(shè)計(jì)理論與方法．

(1)超精密機(jī)床系統(tǒng)建模及優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法;(2)超精密機(jī)床的多尺度、多層次耦合特性分析及模型解析;(3)超精密機(jī)床精度設(shè)計(jì)理論與多因素影響機(jī)制;(4)超精密機(jī)床環(huán)境設(shè)計(jì)理論與方法．

2)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與智能化方法．

(1)超精密機(jī)床運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制理論與方法;

(2)超精密機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡優(yōu)化理論與方法;(3)超精密機(jī)床性能在線觀測(cè)與智能化技術(shù);(4)超精密機(jī)床復(fù)雜系統(tǒng)多因素耦合最優(yōu)控制技術(shù);

(5)超精密機(jī)床動(dòng)態(tài)復(fù)合誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償技術(shù)．Precisionandultraprecisionmachining

3)基礎(chǔ)部件制造與集成．

(1)高精度、高速、智能化運(yùn)動(dòng)部件的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法;(2)高阻尼、高剛度、高精度運(yùn)動(dòng)部件設(shè)計(jì)理論與方法;(3)智能化刀具系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論與方法;(4)超精密環(huán)境控制部件的集成化設(shè)計(jì)方法．

4)超精密機(jī)床檢測(cè)理論與方法．

(1)超精密機(jī)床的多性能檢測(cè)理論與方法;

(2)面向功能需求化的檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);(3)復(fù)雜物理場(chǎng)下多因素檢測(cè)理論與方法．Precisionandultraprecisionmachining2023/2/51超精密機(jī)床概述

2精密主軸部件

3床身和精密導(dǎo)軌部件

4進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

5微量進(jìn)給裝置

6機(jī)床的穩(wěn)定性和減振隔振

7減少變形和恒溫控制

精密和超精密加工的機(jī)床2023/2/5精密和超精密加工機(jī)床概述一、超精密機(jī)床的分類2023/2/5精密和超精密加工機(jī)床概述二、對(duì)超精密機(jī)床的基本要求高精度：包括高的靜精度和動(dòng)精度。主要性能指標(biāo)有幾何精度、定位精度和重復(fù)定位精度、分辨率等，如主軸回轉(zhuǎn)精度、導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)精度、分度精度等。高剛度：包括靜剛度、動(dòng)剛度和熱剛度，同時(shí)還應(yīng)考慮由工件、機(jī)床、刀具、夾具所組成的工藝系統(tǒng)剛度及接觸剛度。髙穩(wěn)定性：要求設(shè)備能經(jīng)得起運(yùn)輸、存儲(chǔ)考驗(yàn)，在使用過程中應(yīng)能長(zhǎng)時(shí)間保持高精度，抗干擾、抗振動(dòng)，有良好的耐磨性，穩(wěn)定工作。高自動(dòng)化：為了保證加工質(zhì)量，減少人為因素影響，設(shè)備應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。2023/2/5

精密機(jī)床是實(shí)現(xiàn)精密加工的首要基礎(chǔ)條件。1）美國：50年代首先發(fā)展了金剛石刀具的超精密切削技術(shù)，并發(fā)展了相應(yīng)的空氣軸承主軸的超精密機(jī)床；1983～1984研制成功大型超精密金剛石車床DTM－3型和LODTM大型超精密車床。2）英國：1991年研制成功大型超精密機(jī)床OAGM2500。3）日本：現(xiàn)在在中小型超精密機(jī)床生產(chǎn)上已經(jīng)具有一定的優(yōu)勢(shì)，甚至超過了美國。4）中國：JCS－027超精密車床、JCS－031超精密銑床、JCS－035超精密車床等。

三、超精密加工典型機(jī)床簡(jiǎn)介精密和超精密加工機(jī)床概述超精密金剛石鏡面切削機(jī)床飛刀切削2023/2/5三、典型機(jī)床簡(jiǎn)介UnionCarbide公司的半球機(jī)床能加工直徑100mm的半球，達(dá)到尺寸精度正負(fù)0.6μm，表面粗糙度0.025μm。精密空氣軸承主軸采用多孔石墨制成軸襯，徑向空氣軸承的外套可以調(diào)整自動(dòng)定心，可提高前后軸承的同心度，以提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。精密和超精密加工機(jī)床概述2023/2/5三、典型機(jī)床簡(jiǎn)介Moore車床由Moore3型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)改造而成。采用臥式主軸，三坐標(biāo)精密數(shù)控，消振和防振措施，加強(qiáng)恒溫控制等。M-18AG型超精密非球面車床，基本結(jié)構(gòu)同Moore3，采用空氣靜壓軸承主軸、氣浮導(dǎo)軌、雙坐標(biāo)雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)、優(yōu)質(zhì)鑄鐵床身，有恒溫油澆淋機(jī)和空氣隔振墊支承。Moore金剛石車床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工件刀具主軸傳動(dòng)帶主軸電機(jī)空氣墊刀具夾持器2023/2/5三、典型機(jī)床簡(jiǎn)介Pneumo公司的MSG-325超精密車床

采用T形布局，機(jī)床空氣主軸的徑向圓跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)均小于等于0.05μm。床身溜板用花崗巖制造，導(dǎo)軌為氣浮導(dǎo)軌；機(jī)床用滾珠絲杠和分辨率為0.01μm的雙坐標(biāo)精密數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，用HP5501A雙頻激光干涉儀精密檢測(cè)位移。2023/2/5三、典型機(jī)床簡(jiǎn)介DTM-3大型超精密車床

采用精密數(shù)控伺服方式，控制部分為內(nèi)裝式CNC裝置和激光干涉測(cè)長(zhǎng)儀，精確測(cè)量定位，在DC伺服機(jī)構(gòu)內(nèi)裝有壓電微位移機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)微位移。精密和超精密加工的機(jī)床概述2023/2/5三、典型機(jī)床簡(jiǎn)介大型光學(xué)金剛石車床LODTM

機(jī)床采用立式結(jié)構(gòu)，采用止推軸承，7路高分辨力雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)，4路激光檢測(cè)橫梁上溜板的運(yùn)動(dòng)，3路激光檢測(cè)刀架上下運(yùn)動(dòng)位置，使用在線測(cè)量和誤差補(bǔ)償，各發(fā)熱部件用大量恒溫水冷卻，用大的地基，地基周圍有防振溝，且整個(gè)機(jī)床用4個(gè)大空氣彈簧支承。精密和超精密加工的機(jī)床概述2023/2/5三、典型機(jī)床簡(jiǎn)介OAGM2500大型超精密機(jī)床機(jī)床的x和y向?qū)к壊捎靡后w靜壓，z向的磨軸頭和測(cè)量頭采用空氣軸承。床身采用型鋼焊接結(jié)構(gòu)，用精密數(shù)控驅(qū)動(dòng)，雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)位置。精密和超精密加工的機(jī)床概述2023/2/5三、典型機(jī)床簡(jiǎn)介AHNIO型高效專用車削、磨削超精密機(jī)床有一個(gè)x和y向調(diào)整的刀架及作B軸轉(zhuǎn)動(dòng)的高精度轉(zhuǎn)臺(tái)，借助三軸精密數(shù)控，加工平面、球面和非球曲面。采用空氣軸承，刀架設(shè)計(jì)滑板結(jié)構(gòu)，直線移動(dòng)分辨力0.01μm，激光測(cè)量反饋，定位精度全行程0.03μm。加工模具形狀精度0.05μm，表面粗糙度0.025μm2023/2/5四、超精密機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)精密和超精密加工機(jī)床概述隨著光機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，超精密機(jī)床得到迅速發(fā)展。向更高精度、大型多功能的方向發(fā)展在尖端技術(shù)和產(chǎn)品的需求下，加工精度向加工極限沖刺，進(jìn)入亞微米級(jí)及納米級(jí)加工，反映了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平&可以想像，超精密加工不僅用在地球上，甚至?xí)霈F(xiàn)在太空站上。向高效和自動(dòng)化的方向發(fā)展隨著高新技術(shù)的微電子產(chǎn)品市場(chǎng)越來越擴(kuò)大，要求超精密機(jī)床向高效率方向發(fā)展。從加工性質(zhì)上來說，超精密加工最適宜采用自動(dòng)化、無人化加工方式。這樣可以最大限度地減少外界干擾，保證加工質(zhì)量。開發(fā)CNC超精密機(jī)床，采用適應(yīng)控制技術(shù)，清除加工中和加工環(huán)境中人為因素的影響，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、無人化加工是超精密加工發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。2023/2/52023/2/5四、超精密機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)精密和超精密加工機(jī)床概述向多功能模塊化和廉價(jià)化發(fā)展采用模塊式結(jié)構(gòu)可使機(jī)床具有更大的柔性和更高的利用率，利用不同的超精密機(jī)床元部件，組成各種類型的超精密機(jī)床，用戶可根據(jù)需要提出要求，以較低的價(jià)格、較短的時(shí)間獲得所需的單功能超精密機(jī)床。這是降低成本、縮短制造周期的有效方法。采用計(jì)算機(jī)補(bǔ)償技術(shù)提高加工精度隨著機(jī)床本身精度的不斷提高，單靠提高基準(zhǔn)元件的精度來提高超精密加工機(jī)床精度的效果是有限的，而且其成本費(fèi)用劇增。采用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行綜合誤差補(bǔ)償是提高加工和測(cè)量精度的一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。2023/2/52023/2/52023/2/5四、超精密機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)精密和超精密加工機(jī)床概述加工計(jì)量一體化在超精密機(jī)床上配置適當(dāng)?shù)膬x器或采取一定的措施，即可作計(jì)量裝置使用，使加工與計(jì)量相結(jié)合，邊加工邊測(cè)量邊控制，在監(jiān)控條件下加工不僅保證加工精度還可提高經(jīng)濟(jì)效益。把加工技術(shù)、測(cè)量技術(shù)和控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合成為一體的加工系統(tǒng)是超精密機(jī)床的典型發(fā)展趨勢(shì)。超精密加工對(duì)機(jī)床的基本要求：⑴高精度⑵高剛度⑶高穩(wěn)定性⑷高自動(dòng)化所以對(duì)機(jī)床各重要部件性能有嚴(yán)格的要求。超精密切削機(jī)床關(guān)鍵部件機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)床結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析床身材料的選擇機(jī)床的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)主軸單元進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元刀具的選擇夾具的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的選擇傳感器的選擇主軸的非線性動(dòng)力學(xué)分析主軸及軸承的靜動(dòng)態(tài)特性分析溫度及熱變形對(duì)主軸靜動(dòng)態(tài)影響進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析大行程微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的研究空氣靜壓導(dǎo)軌的動(dòng)靜壓分析檢測(cè)對(duì)象的選擇檢測(cè)方法的選擇檢測(cè)設(shè)備的選擇主動(dòng)控制策略的研究超精密加工機(jī)床機(jī)床結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)刀具和夾具系統(tǒng)檢測(cè)控制系統(tǒng)控制和傳感器系統(tǒng)2023/2/5對(duì)超精密主軸的基本要求靜態(tài)和動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)精度高，振擺小。精度壽命長(zhǎng)。主軸本身及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不產(chǎn)生振動(dòng)，或振動(dòng)極小，而且振動(dòng)的衰減特性好。應(yīng)具有與使用條件相匹配的、足夠大的剛度和負(fù)荷容量。發(fā)熱少而且熱平衡的性能好。維護(hù)、保養(yǎng)方便。超精密切削機(jī)床關(guān)鍵部件一、精密機(jī)床主軸部件2023/2/5主軸回轉(zhuǎn)精度

回轉(zhuǎn)精度——在主軸空載手動(dòng)或機(jī)動(dòng)低速旋轉(zhuǎn)情況下，在主軸前端安裝工件或刀具的基面上所測(cè)得的徑向跳動(dòng)、端面跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)的大小。影響回轉(zhuǎn)精度的因素（1）軸承精度和間隙的影響。（2）主軸、支承座等零件中精度的影響。

關(guān)鍵在于精密軸承：液體靜壓軸承空氣靜壓軸承一、精密機(jī)床主軸部件2023/2/5液體靜壓軸承液體靜壓軸承利用專用的供油裝置，將具有一定壓力的潤(rùn)滑油經(jīng)過節(jié)流器輸送到軸承中去，在軸承油腔內(nèi)形成具有一定壓力的潤(rùn)滑油膜，將主軸浮起。無論主軸處于靜止還是轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，軸承間隙中都有一層壓力油膜，在各個(gè)方向上都能承受外力作用。1、液體靜壓軸承主軸一、精密機(jī)床主軸部件液體靜壓軸承具有承裁能力大、阻尼大、動(dòng)剛度好的優(yōu)點(diǎn)2023/2/51、液體靜壓軸承主軸一、精密機(jī)床主軸部件液體靜壓軸承一般使用的液體油黏度較高（為空氣的5000?10000倍），供給的壓力大，一般為3?4MPa。由于油膜較厚，對(duì)軸頸和軸瓦的圓度誤差能起均化作用，故回轉(zhuǎn)精度高可以達(dá)到亞微米級(jí)（0.1um)。軸承的內(nèi)表面設(shè)有油腔，剛度和負(fù)荷容量大，一般用于大型超精密機(jī)床。如美國LLNL實(shí)驗(yàn)室的DTM-3型大型超精密機(jī)床，其主軸的徑向軸承就采用液體靜壓軸承。2023/2/51）液體靜壓軸承的溫升很高，難以控制，造成熱變形，影響主軸精度。

2）靜壓油回油時(shí)將空氣帶入油源，形成微小氣泡懸浮在油中，不易排出，降低軸承的剛度和動(dòng)特性。

解決措施：

1）提高靜壓油的壓力到6～8MPa，使油中微小氣泡的影響減小，提高靜壓軸承的剛度和動(dòng)特性。

2）靜壓軸承用油經(jīng)溫度控制，基本達(dá)到恒溫，減少軸承的溫升。

3）軸承用恒溫水冷卻，減小軸承的溫升。液體靜壓軸承的缺點(diǎn)1、液體靜壓軸承主軸油溫控制以及油泵振動(dòng)要求較高近年來水靜壓軸承在超精密機(jī)床中的運(yùn)用取得成功，例如日本SSi公司研制的三角棱形立式結(jié)構(gòu)的超精密磨床中采用了去離子水靜壓軸承。這種軸承與油靜壓軸承比較其優(yōu)點(diǎn)是容易保持硅片加工的潔凈性。另外水的黏度遠(yuǎn)低于油，因此水軸承發(fā)熱較小，適合于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。1、液體靜壓軸承主軸一、精密機(jī)床主軸部件2023/2/52023/2/52、空氣靜壓軸承主軸空氣靜壓軸承是以壓縮空氣通過節(jié)流器進(jìn)入軸承形成壓力氣膜來起支承作用的。其承載原理與液體靜壓軸承基本類同。目前的空氣靜壓軸承回轉(zhuǎn)誤差已達(dá)到小于或等于20nm的水平。由于結(jié)構(gòu)材料和制作工藝的改進(jìn)使它成為當(dāng)前較其他支承技術(shù)優(yōu)越的高精度支承技術(shù)，在中小型超精密機(jī)床中得到廣泛采用。一、精密機(jī)床主軸部件2023/2/52023/2/5三、空氣靜壓軸承主軸2023/2/52、空氣靜壓軸承主軸從現(xiàn)今的超精密加工技術(shù)水平來說，空氣靜壓軸承是獲得最高回轉(zhuǎn)精度的支承形式。它在超精密加工中的廣泛采用，其根本原因是它具有以下特點(diǎn)：由于采用空氣介質(zhì)，故可遵循誤差平均化原理，以低的制造精度獲取高的回轉(zhuǎn)精度。通常主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度比主軸加工的圓度精度要高出3?5倍。由于空氣介質(zhì)黏度小，摩擦阻力小，因而產(chǎn)生的摩擦熱少，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性亦小，從而能獲得高速下的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和高精度。國際上已成商品的高速空氣軸承牙鉆，轉(zhuǎn)速達(dá)500000r/min，我國研制成功的超髙速精密空氣主軸，轉(zhuǎn)速達(dá)330000r/min，這種速度是滾動(dòng)軸承與油滑軸承所望塵莫及的；實(shí)用的空氣軸承回轉(zhuǎn)精度為0.05um，國際上的回轉(zhuǎn)精度已達(dá)到0.025um。2023/2/52、空氣靜壓軸承主軸這種支承造成的發(fā)熱和主軸熱變形小。雙半球或一球一半球空氣靜壓軸承支承其回轉(zhuǎn)中心僅僅取決于兩球心的連線。采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)整方式和結(jié)構(gòu)，可以使軸線位置達(dá)到高精度。主軸的軸向跳動(dòng)和徑向跳動(dòng)可達(dá)到10nm。無污染。經(jīng)過過濾凈化的空氣作軸承介質(zhì)可以避免液體靜壓軸承的污染。不腐蝕設(shè)備，不需要密封裝置?？删S護(hù)性和使用可靠性高。合理的設(shè)計(jì)可以克服空氣靜壓軸承剛性不足的缺點(diǎn)，現(xiàn)空氣靜壓軸承主軸已可承受2640N/um的切削力或載荷。2023/2/5為了改善空氣靜壓軸承剛性不足的缺點(diǎn)，采用多孔材料制造空氣靜壓軸承可提高軸承的剛度，改善供氣系統(tǒng)狀況。因?yàn)槎嗫撞牧陷S承是通過無數(shù)小孔供氣的，能夠改善壓力分布，在提高承載能力的同時(shí)，也改善空氣流動(dòng)的均勻性。例如德國慕尼黑大學(xué)采用了一種由微銅球燒結(jié)而成的多孔質(zhì)材料來制造氣浮墊，這種材料透氣性好、加工性能好，磨削加工后其表面形成幾十微米的硬質(zhì)層，再用激光打孔技術(shù)在硬質(zhì)層上打出小孔陣列。美國Wisconson-Madison大學(xué)開發(fā)的多孔質(zhì)材料是用氧化鋁和二氧化鈦粉末通過特殊工藝制成的復(fù)合陶瓷材料。2、空氣靜壓軸承主軸2023/2/5雙半球空氣軸承主軸前后軸承均采用半球狀，既是徑向軸承又是軸向軸承。由于軸承的氣浮面是球面，有自動(dòng)調(diào)心作用，可提高前后軸承的同心度，提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。一、精密機(jī)床主軸部件2023/2/5前部用球形后部用圓柱徑向空氣軸承的主軸為進(jìn)一步提髙前后軸承的同軸度，采用一端用球形軸承，另一端用圓柱徑向軸承且軸套外面又加了半球狀的空氣軸承，使徑向軸承的軸套能有一定程度的浮動(dòng)，提高軸承的同軸度，從而提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。2023/2/5立式空氣軸承對(duì)于大型超精密車床，空氣軸承主軸常采用立式結(jié)構(gòu)。其徑向軸承制成圓弧面，可起到自動(dòng)調(diào)心、提髙精度的作用。一、精密機(jī)床主軸部件2023/2/53、磁懸浮軸承簡(jiǎn)介磁懸浮軸承與潤(rùn)滑理論完全沒有關(guān)系，它是利用磁鐵的斥力或吸力使軸懸起的軸承。不受介質(zhì)黏性的影響，在真空中也可照樣工作，摩擦阻力可為零，是一種極有發(fā)展前途的軸承。磁懸浮軸承是利用能夠主動(dòng)控制的電磁吸力將軸（轉(zhuǎn)子）懸浮于空間以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高速運(yùn)轉(zhuǎn)，同理，如果軸心固定，那么外殼（定子）將被懸浮起來。軸承懸浮系統(tǒng)由外殼、軸、電磁繞組以及主磁極組成，控制系統(tǒng)包括氣隙傳感器、控制器和功率放大器等基本件。一、精密機(jī)床主軸部件2023/2/5磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)原理示意圖3、磁懸浮軸承簡(jiǎn)介2023/2/5三個(gè)電磁繞組分別通以大小不同的電流，產(chǎn)生大小不等、相互夾角成120°的電磁吸力。當(dāng)三項(xiàng)磁力的合力與軸的重力和外加力達(dá)到平衡時(shí)，軸懸浮在三個(gè)磁極之間并與各磁極保持相等的氣隙，一旦受到外界力的干擾，軸與三個(gè)主磁極間的氣隙即發(fā)生變化。由于氣隙傳感器具有輸出電流（或電壓）大小與氣隙的大小在一定范圍內(nèi)成近似正比例線性關(guān)系的特性，只要?dú)庀蹲兓?，傳感器即輸出變化的電流，通過控制器與放大器的處理和放大作用，及時(shí)調(diào)整各電磁繞組的輸入電流，從而改變各主磁極對(duì)軸的磁吸力，使磁吸力與重力和外加力重新達(dá)到平衡，變化的氣隙亦均恢復(fù)到原來的大小，即軸被迅速調(diào)整回到原平衡時(shí)的懸浮位置。3、磁懸浮軸承簡(jiǎn)介2023/2/5為了提高軸的回轉(zhuǎn)精度及改善懸浮系統(tǒng)的剛度，往往采用對(duì)稱的多個(gè)主磁極結(jié)構(gòu)。例如，兩對(duì)四磁極、三對(duì)六磁極、四對(duì)八磁極以及六對(duì)十二磁極等結(jié)構(gòu)形式在磁軸承領(lǐng)域均有使用。

為了克服或消除摩擦力的負(fù)面作用，國內(nèi)外學(xué)者都在研究開發(fā)磁懸浮技術(shù)，磁懸浮軸承主軸在超精密設(shè)備中也越來越受到人們的重視，其精度也迅速得到提高。3、磁懸浮軸承簡(jiǎn)介2023/2/54、超精密機(jī)床主軸和軸承的材料1）不易磨損。用多孔石墨作空氣軸承套。2）不易生銹腐蝕。3）熱膨脹系數(shù)小，且主軸和軸套的熱膨脹系數(shù)要接近。4）材料的穩(wěn)定性好。

38CrMoAl氮化鋼，經(jīng)表面氮化和低溫穩(wěn)定處理，

不銹鋼和多孔石墨和軸承鋼。此外：銦鋼、花崗巖、微晶玻璃和陶瓷。一、精密機(jī)床主軸部件2023/2/54、主軸的驅(qū)動(dòng)方式1）電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)2）電動(dòng)機(jī)通過柔性聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)3）采用內(nèi)裝式同軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一、精密機(jī)床主軸部件2023/2/5二、床身和精密導(dǎo)軌部件1、超精密機(jī)床的總體布局1)T形布局2）R－布局3）立式結(jié)構(gòu)布局4）十字形滑板工作臺(tái)布局2023/2/51、超精密機(jī)床的總體布局T形布局采用Z、X運(yùn)動(dòng)分離的結(jié)構(gòu)，即主軸箱帶動(dòng)工件作縱向運(yùn)動(dòng)（Z向），橫向運(yùn)動(dòng)（X向）由刀架滑板完成。Z向和X向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌都放在機(jī)床床身上，形成T形布局，使兩條導(dǎo)軌基本在同一高度上。這種結(jié)構(gòu)有利于提高導(dǎo)軌的制造精度和運(yùn)動(dòng)精度，并且檢測(cè)Z向、X向運(yùn)動(dòng)位置的雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)可以裝在固定不動(dòng)的床身上，僅將測(cè)量位置用的反射鏡裝在Z、X方向的移動(dòng)部件上。測(cè)量系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，且測(cè)量精度可大大提高。這種布局使機(jī)床整體剛度較高，控制也相對(duì)容易?，F(xiàn)中小型超精密機(jī)床常采用這種總體布局。2023/2/51、超精密機(jī)床的總體布局還有一種T形總體布局，是機(jī)床主軸作x向運(yùn)動(dòng)，刀架滑板作z向運(yùn)動(dòng)。X向運(yùn)動(dòng)和Z向運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌都做在機(jī)床的床身上。這種總體布局的優(yōu)缺點(diǎn)和前一種T形總體布局差不多，但是實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用不如第一種T形總體布局多。大型超精密車床多制成這種T形結(jié)構(gòu)。二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/51、超精密機(jī)床的總體布局十字形滑座結(jié)構(gòu)機(jī)床的主軸箱位置固定，刀架裝在十字形溜板上。Z方向和X方向的導(dǎo)軌都集中在工作臺(tái)（或溜板）上，形成十字形滑座。圖示為Moore公司坐標(biāo)鏜床和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)所用的十字形滑座構(gòu)成的X、Z雙向工作臺(tái)。十字形滑座構(gòu)成的X、Z雙向工作臺(tái)X軸的雙V導(dǎo)軌Y軸的雙V導(dǎo)軌Z軸的雙V導(dǎo)軌2023/2/51、超精密機(jī)床的總體布局十字形滑座結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)布局中，十字形滑座的上下導(dǎo)軌，不僅要有很高的直線運(yùn)動(dòng)精度，而且要有非常嚴(yán)格的相互垂直度，對(duì)制造精度要求很高。另外采用雙頻激光干涉儀作Z、X方向運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)位置檢測(cè)時(shí)，很不方便。但這種布局的主軸箱位置固定不動(dòng)，主軸用帶傳動(dòng)很方便，電動(dòng)機(jī)可以有單獨(dú)地基，有利于減少電動(dòng)機(jī)振動(dòng)對(duì)主軸的影響。二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/51、超精密機(jī)床的總體布局R-θ布局刀架滑板裝在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，改變刀座導(dǎo)軌的轉(zhuǎn)角沒和半徑只，可以加工非球曲面。圖為美國UnionCarbide公司在1972年完成的R-θ車床。R-θ布局的車床結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工、調(diào)整、計(jì)算與習(xí)慣用的不一致，因此用得不多。1-工件主軸；2-安裝工件的夾具；3-切削工具；4-刀架；5空氣隔振臺(tái)罩；6-回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；7-工件主軸驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/51、超精密機(jī)床的總體布局當(dāng)加工的工件直徑較大并且質(zhì)量較大時(shí)，大型超精密機(jī)床多采用立式結(jié)構(gòu)布局。為了保證超精密機(jī)床高的剛度要求，多采用龍門式。美國的LODTM大型超精密機(jī)床即是立式結(jié)構(gòu)，它采用在線測(cè)量和誤差補(bǔ)償?shù)拇胧﹣硐\(yùn)動(dòng)誤差。二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/51、超精密機(jī)床的總體布局其它新型結(jié)構(gòu)布局模塊化、構(gòu)件化是超精密機(jī)床進(jìn)入市場(chǎng)的重要技術(shù)手段，如美國ANORAD公司生產(chǎn)的各種主軸、導(dǎo)軌和轉(zhuǎn)臺(tái)，用戶可根據(jù)各自的需要組成一維、二維和多維超精密運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)和機(jī)床。模塊化使機(jī)床布局更加靈活多變。二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/5日本SSi公司研制的超精密磨床，用于磨削超大硅片(直徑400mm)，采用三角棱形五面體結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)床的剛度；因?yàn)閭鹘y(tǒng)的龍門式結(jié)構(gòu)在重的加工負(fù)載下（超過300N)容易產(chǎn)生俯仰和偏擺的變形，造成硅片平面度、粗糙度誤差以及表面微損壞增大。1、超精密機(jī)床的總體布局其它新型結(jié)構(gòu)布局前立柱A前立柱B主平臺(tái)機(jī)床底座輔助平臺(tái)后立柱上平臺(tái)直線執(zhí)行機(jī)構(gòu)二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/5美國Moore公司的Nanotech500FG自由曲面光學(xué)加工機(jī)床采用最優(yōu)化模塊式設(shè)計(jì)方法，Y軸利Z軸不是重疊放置形式，而是Y軸（垂直軸）處于Z軸軸承軌道中間，盡可能消除Z軸的滾轉(zhuǎn)和俯仰誤差的影響。當(dāng)Y軸處于行程中間點(diǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)主軸的軸線處于兩Z軸導(dǎo)軌系的水平平面上。為了消除重力影響，Y軸有一空氣軸承的氣壓平衡缸系統(tǒng)。1、超精密機(jī)床的總體布局此外，一些針對(duì)特殊零件而設(shè)計(jì)的超精密加工機(jī)床，具有和通用機(jī)床完全不同的結(jié)構(gòu)。由此可見，超精密機(jī)床的結(jié)構(gòu)布局有其鮮明的個(gè)性，需要特殊的設(shè)計(jì)考慮和設(shè)計(jì)手段。2023/2/52、床身和導(dǎo)軌的材料

鑄鐵——成本低有良好減振性和耐磨性易于鑄造和切削加工

導(dǎo)軌常用的鑄鐵——灰鑄鐵、孕育鑄鐵、耐磨鑄鐵灰鑄鐵應(yīng)用最多的牌號(hào)是HT200

常用的孕育鑄鐵牌號(hào)是HT300，耐磨性高于灰鑄鐵，但較脆硬，不易刮研，且成本較高。常用于較精密的機(jī)床導(dǎo)軌耐磨鑄鐵中應(yīng)用較多的是高磷鑄鐵、磷銅鈦鑄鐵及釩鈦鑄鐵與孕育鑄鐵相比，其耐磨性提高1～2倍，但成本較高，常用于精密機(jī)床導(dǎo)軌優(yōu)質(zhì)耐磨鑄鐵2023/2/5花崗巖比鑄鐵長(zhǎng)期尺寸穩(wěn)定性好，熱膨脹系數(shù)低，對(duì)振動(dòng)的衰減能力強(qiáng)，硬度高、耐磨并不會(huì)生銹。人造花崗巖由花崗巖碎粒用樹脂粘結(jié)而成，可鑄造成形，吸濕性低，并對(duì)振動(dòng)的衰減能力加強(qiáng)。二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/5二、床身和精密導(dǎo)軌部件3、導(dǎo)軌分類導(dǎo)軌的作用和特點(diǎn)導(dǎo)軌不僅是支承工作臺(tái)、主軸箱、頭架尾架等部件的載荷，而且是還保證各部件間的相對(duì)位置與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的精度。但是與主軸部件相比，具有以下的特點(diǎn)：1）工作速度低。2）導(dǎo)軌的工作部分既長(zhǎng)又薄，剛度差，是機(jī)床最薄弱的環(huán)節(jié)之一。3）受力情況比較復(fù)雜，給計(jì)算帶來困難。4）導(dǎo)軌的加工工作量較大，需配備專用導(dǎo)軌磨床進(jìn)行加工，甚至需用手工刮研方法以取得較高的導(dǎo)軌精度。2023/2/5導(dǎo)軌的基本要求（一）導(dǎo)向精度高1、導(dǎo)軌在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)的直線度2、導(dǎo)軌的平行度3、導(dǎo)軌間的垂直度（二）足夠的剛度外力作用下導(dǎo)軌本身抵抗變形的能力二、床身和精密導(dǎo)軌部件3、導(dǎo)軌分類導(dǎo)軌的基本要求（三）精度保持性（耐磨性）好1、降低導(dǎo)軌面的比壓；2、良好的防護(hù)與潤(rùn)滑；3、正確選擇導(dǎo)軌副的材料和熱處理；4、選擇合理的加工方法。（四）運(yùn)動(dòng)的靈敏度是運(yùn)動(dòng)部件從靜止到開始移動(dòng)期間，進(jìn)給機(jī)構(gòu)刻度盤轉(zhuǎn)過值的大小。刻度值越小，靈敏度越高。3、導(dǎo)軌分類2023/2/5根據(jù)超精密機(jī)床對(duì)導(dǎo)軌的要求，導(dǎo)軌需要有極高的制造精度，導(dǎo)軌的材料要有很高的穩(wěn)定性和耐磨性，導(dǎo)軌的偶合面沒有摩擦和磨損，同時(shí)還要求導(dǎo)軌的偶合面有很好的偶合形式。根據(jù)導(dǎo)軌面偶合形式的不同，超精密機(jī)床常用的導(dǎo)軌類型有以下幾種：滑動(dòng)導(dǎo)軌，滾動(dòng)導(dǎo)軌，液體靜壓導(dǎo)軌，氣浮導(dǎo)軌，空氣靜壓導(dǎo)軌。機(jī)床導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)有多種形式：燕尾形導(dǎo)軌、平面導(dǎo)軌、圓柱導(dǎo)軌、V-平面導(dǎo)軌，雙V形導(dǎo)軌等。液體靜壓導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌多數(shù)采用平面導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，V-平面導(dǎo)軌和雙V形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)多用于滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。3、導(dǎo)軌分類二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/5按兩導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)分類1）滑動(dòng)導(dǎo)軌兩導(dǎo)軌面間是滑動(dòng)摩擦。又可按兩導(dǎo)軌面間的摩擦狀態(tài)的不同而分為液體或氣體靜壓導(dǎo)軌及流體動(dòng)壓導(dǎo)軌。2）滾動(dòng)導(dǎo)軌兩導(dǎo)軌面間是滾動(dòng)摩擦。又可按中間滾動(dòng)體的不同而分為：滾珠導(dǎo)軌、滾柱導(dǎo)軌、滾針導(dǎo)軌及滾動(dòng)軸承導(dǎo)軌等。二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/5滑動(dòng)導(dǎo)軌按導(dǎo)軌的截面形式分滑動(dòng)導(dǎo)軌分兩大類——凸形和凹形凸形導(dǎo)軌不易積存切屑，但難以保存潤(rùn)滑油，只適合于低速運(yùn)動(dòng)凹形導(dǎo)軌潤(rùn)滑性能良好，適合于高速運(yùn)動(dòng)，為防止落入切屑等，必須配備良好的防護(hù)裝置二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/54、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式三角形導(dǎo)軌支承導(dǎo)軌為凸形時(shí)——山形導(dǎo)軌支承導(dǎo)軌為凹形時(shí)——V形尋軌三角形導(dǎo)軌依靠三角形的兩個(gè)側(cè)面導(dǎo)向，磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，不影響導(dǎo)向精度支承導(dǎo)軌為山形時(shí)，不易積存較大的切屑，也不易存留潤(rùn)滑油適用于不易防護(hù)、速度較低的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌支承導(dǎo)軌為V形時(shí)，由于能得到較充足的潤(rùn)滑，除用于精密和大型機(jī)床的進(jìn)給導(dǎo)軌外，還可用于主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，如龍門刨床床身導(dǎo)軌必須很好地防護(hù)，以防落入切屑和灰塵二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/54、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式矩形導(dǎo)軌矩形導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單、剛度高、承載能力大，具有水平和垂直兩個(gè)方向的導(dǎo)軌面，而且兩個(gè)導(dǎo)軌面的誤差不會(huì)相互影響，便于安裝調(diào)整側(cè)面磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償，需要有間隙調(diào)整裝置，因此導(dǎo)向性較差適用于載荷較大而導(dǎo)向性要求不高的機(jī)床矩形導(dǎo)軌二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/54、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式燕尾形導(dǎo)軌燕尾形導(dǎo)軌——結(jié)構(gòu)緊湊、高度尺寸較小，可承受顛覆力矩磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，需用鑲條調(diào)整，剛性較差，摩擦力較大，制造和檢修都比較復(fù)雜一般用作中、低速的多層導(dǎo)軌圓柱形導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單要求加工時(shí)就直接達(dá)到較高精度磨損后很難調(diào)整和補(bǔ)償間隙圓柱形導(dǎo)軌具有兩個(gè)自由度，通常多用在承受軸向載荷的場(chǎng)合燕尾形導(dǎo)軌圓柱形導(dǎo)軌二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/54、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式雙三角形組合導(dǎo)向精度高，磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，具有較好的精度保持性，很難達(dá)到四個(gè)表面同時(shí)接觸的要求，制造困難適用于精度要求較高的機(jī)床在載重偏離中央時(shí)，仍能保持良好導(dǎo)向，美國Moore公司生產(chǎn)的坐標(biāo)鏜床、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)采用雙三角形導(dǎo)軌。二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/5具有較大的承載能力、制造調(diào)整比較簡(jiǎn)單導(dǎo)向性差，磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償，對(duì)加工精度有較大影響多用于普通精度機(jī)床和重型機(jī)床，如X6132工作臺(tái)導(dǎo)軌。雙矩形組合4、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/5導(dǎo)向性好、制造方便和剛度高應(yīng)用最廣泛如CA6140型普通車床溜板、B2020工作臺(tái)導(dǎo)軌、M1432A砂輪架導(dǎo)軌等。三角形－矩形組合4、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/5兩個(gè)燕尾平面同時(shí)起導(dǎo)向及壓板作用不能承受過大的顛覆力矩，摩擦損失較大用于要求層次多、尺寸小、調(diào)整間隙方便和移動(dòng)速度不大的場(chǎng)合如CA6140刀架、B6050滑枕導(dǎo)軌等燕尾形組合4、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/55、滾動(dòng)導(dǎo)軌滾動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)滾動(dòng)導(dǎo)軌就是在導(dǎo)軌面之間裝有一定數(shù)量的滾動(dòng)體，兩個(gè)導(dǎo)軌面只和滾動(dòng)體接觸，使導(dǎo)軌面之間的摩擦性質(zhì)成為滾動(dòng)摩擦。特點(diǎn)：摩擦系數(shù)小（0.0025～0.005）靜、動(dòng)摩擦系數(shù)很接近運(yùn)動(dòng)輕便靈活；運(yùn)動(dòng)所需功率??；摩擦發(fā)熱少；磨損?。痪缺３中院?鋼制淬硬導(dǎo)軌修理期間隔可達(dá)10～15年)

低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，一般沒有爬行現(xiàn)象二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/55、滾動(dòng)導(dǎo)軌滾動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)

移動(dòng)精度和定位精度高（一般重復(fù)定位誤差約0.1～0.2μm）。滾動(dòng)導(dǎo)軌潤(rùn)滑簡(jiǎn)單（可用油脂潤(rùn)滑）；維護(hù)方便（只需更換滾動(dòng)體）；高速運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)象滑動(dòng)導(dǎo)軌那樣因動(dòng)壓效應(yīng)而浮起二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/5滾動(dòng)導(dǎo)軌的應(yīng)用

需要實(shí)現(xiàn)精密位移的機(jī)床，如坐標(biāo)鏜床、數(shù)控機(jī)床、仿形機(jī)床等。外圓磨床砂輪架為實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給：工具磨床為手搖工作臺(tái)輕便；立式車床為提高速度；平面磨床工作臺(tái)導(dǎo)軌為防止高速移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生浮起，以提高加工精度；大型外圓磨床工作臺(tái)導(dǎo)軌為了減輕阻力和減少發(fā)熱等也采用滾動(dòng)導(dǎo)軌。5、滾動(dòng)導(dǎo)軌二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/5滾珠導(dǎo)軌滾珠導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)緊湊，容易制造，成本較低導(dǎo)軌表面屬于點(diǎn)接觸，剛度低，承載能力較小適用于載荷較小的機(jī)床二、床身和精密導(dǎo)軌部件5、滾動(dòng)導(dǎo)軌2023/2/5滾柱導(dǎo)軌承載能力和剛度：都比滾珠導(dǎo)軌大應(yīng)用：載荷較大的機(jī)床，應(yīng)用最廣泛對(duì)導(dǎo)軌不平行度（扭曲）要求較高，否則要造成滾柱的偏移和側(cè)向滑動(dòng)，使導(dǎo)軌磨損加劇和降低精度。因此，滾柱最好做成腰鼓形，中間直徑比兩端大0.02mm左右。二、床身和精密導(dǎo)軌部件5、滾動(dòng)導(dǎo)軌2023/2/52023/2/5再循環(huán)滾柱滾動(dòng)組件二、床身和精密導(dǎo)軌部件5、滾動(dòng)導(dǎo)軌2023/2/5再循環(huán)滾珠滾動(dòng)組件二、床身和精密導(dǎo)軌部件5、滾動(dòng)導(dǎo)軌2023/2/5滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊

在滾動(dòng)體與導(dǎo)軌面之間預(yù)加一定載荷，可增加滾動(dòng)體與導(dǎo)軌面的接觸，以減小導(dǎo)軌面平面度、滾子直線度及滾動(dòng)體直徑不一致誤差的影響，使大多數(shù)滾動(dòng)體均能參加工作。由于有預(yù)加接觸變形，接觸剛度增加。因而滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊提高了導(dǎo)軌的精度和剛度。阻尼性能也有所增加，提高了導(dǎo)軌的抗振性。二、床身和精密導(dǎo)軌部件5、滾動(dòng)導(dǎo)軌2023/2/56、液體靜壓導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌特點(diǎn)工作原理與靜壓軸承相同。將具有一定壓力的潤(rùn)滑油，經(jīng)節(jié)流器輸入到導(dǎo)軌面上的油腔，即可形成承載油膜，使導(dǎo)軌面之間處于純液體摩擦狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)速度的變化對(duì)油膜厚度的影響很小；載荷的變化對(duì)油膜厚度的影響很??；液體摩檫，摩檫系數(shù)僅為0.005左右，油膜抗振性好。缺點(diǎn)：導(dǎo)軌自身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；需要增加一套供油系統(tǒng)；對(duì)潤(rùn)滑油的清潔程度要求很高。主要應(yīng)用：精密機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和低速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/56、液體靜壓導(dǎo)軌二、床身和精密導(dǎo)軌部件因?yàn)槭峭耆黧w潤(rùn)滑，油膜具有良好的潤(rùn)滑性和吸振性，因此靜壓導(dǎo)軌比其他滑動(dòng)和滾動(dòng)導(dǎo)軌壽命提高許多倍，甚至長(zhǎng)期使用無磨損，且工作運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不會(huì)產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，不但直線運(yùn)動(dòng)精度高，剛度和負(fù)荷容量也很大；所以現(xiàn)在很多超精密機(jī)床使用液體靜壓導(dǎo)軌。2023/2/57、氣浮導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌氣浮導(dǎo)軌常用平導(dǎo)軌，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的底平面和兩側(cè)導(dǎo)軌有壓縮空氣，使滑板或工作臺(tái)浮起，工作臺(tái)的浮起是氣浮作用，但側(cè)面是氣體靜壓作用。美國Pneumo公司的MSG－325使用氣浮導(dǎo)軌。二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/57、氣浮導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌空氣靜壓導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)件的導(dǎo)軌面，上下、左右均在靜壓空氣的約束下，比氣浮導(dǎo)軌的剛度和運(yùn)動(dòng)精度高,基本沒有摩擦力。靜壓空氣的節(jié)流方式：多孔石墨節(jié)流、小孔節(jié)流、毛細(xì)管節(jié)流、狹縫節(jié)流、表面節(jié)流。靜壓空氣壓力4～6大氣壓。二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/5空氣靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、具有精確的直線度；與液體靜壓導(dǎo)軌相比，它不污染環(huán)境，沒有振動(dòng)和爬行現(xiàn)象，可以實(shí)現(xiàn)微細(xì)進(jìn)給和精確定位，高速運(yùn)動(dòng)時(shí)溫升很小，使用和加工都比較方便。但是運(yùn)行間隙發(fā)生變化時(shí)，容易產(chǎn)生波動(dòng)；另外剛度和承載能力比較低，一般用在超精密輕型切削機(jī)床中。目前來說，空氣靜壓導(dǎo)軌的精度是最高的。目前空氣靜壓導(dǎo)軌的直線度可達(dá)（0.1?0.01um/100mm)。近年來，國內(nèi)外學(xué)者從材料、結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法入手，改善節(jié)流方式，設(shè)計(jì)制造出新型空氣導(dǎo)軌，使其承載能力、剛度以及穩(wěn)定性得到很大提高。7、氣浮導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/5磁懸浮導(dǎo)軌磁懸浮導(dǎo)軌具有可在真空中使用的獨(dú)特性能，在原理上可以達(dá)到很高精度，但當(dāng)前技術(shù)不成熟。目前超精密機(jī)床用的導(dǎo)軌主要是采用高運(yùn)動(dòng)精度的空氣靜壓導(dǎo)軌或者液體靜壓導(dǎo)軌。二、床身和精密導(dǎo)軌部件2023/2/5三、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在以亞微米級(jí)和納米級(jí)精度工作的超精密機(jī)床中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)直接影響著直線導(dǎo)軌的性能，對(duì)于工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)精度或使工作臺(tái)正確定位起著主導(dǎo)作用。作為超精密加工機(jī)械用的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，必須具備下列各項(xiàng)條件：不干擾或降低導(dǎo)軌的直線進(jìn)給精度；進(jìn)給速度均勻，進(jìn)給平穩(wěn)；定位精度高；可實(shí)現(xiàn)工作所需要的高速進(jìn)給或微速進(jìn)給;精度壽命和使用壽命高；維護(hù)、保養(yǎng)方便。驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌的進(jìn)給傳動(dòng)裝置有：滾珠絲杠副傳動(dòng)裝置；摩擦傳動(dòng)裝置；螺旋（帶絲杠螺母的液體靜壓或氣體靜壓）傳動(dòng)裝置（即靜壓絲杠副驅(qū)動(dòng)）；磁浮絲杠傳動(dòng)裝置；帶液壓缸的電液驅(qū)動(dòng)裝置；壓電驅(qū)動(dòng)裝置等2023/2/51、精密數(shù)控系統(tǒng)

對(duì)超精密機(jī)床，刀具和工件的z向和x向運(yùn)動(dòng)以及加工非球曲面的精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)都是由精密數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制的。要求精密數(shù)控系統(tǒng)有很高的分辨力，達(dá)到數(shù)控系統(tǒng)每脈沖在z向或x向的移動(dòng)量為0.01μm。精密數(shù)控系統(tǒng)通過直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)，雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)z向和x向的位移反饋給精密數(shù)控系統(tǒng)，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，達(dá)到要求的位移精度。三、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2023/2/5數(shù)控系統(tǒng)中伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)床的滑板或工作臺(tái)的方式：滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)：要求正反轉(zhuǎn)沒有回程間隙，要求加一定的預(yù)載過盈。液體靜壓和空氣靜壓絲杠副驅(qū)動(dòng)：制造復(fù)雜，沒有廣泛使用。摩擦驅(qū)動(dòng)：平穩(wěn)性和精度更高，優(yōu)于滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)。2023/2/52、滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)摩擦力小，且滾珠在螺母內(nèi)有再循環(huán)通道。具有高剛度、快速、易于潤(rùn)滑、跟隨靈敏、對(duì)周邊環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，而得到廣泛應(yīng)用，特別是在重載和高速的超精密機(jī)床中。滾珠絲杠副要求正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)沒有回程間隙，要求滾珠絲杠和螺母間有一定的預(yù)載過盈。三、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3、液體靜壓和空氣靜壓絲杠副驅(qū)動(dòng)靜壓絲杠副包括液體靜壓絲杠副和空氣靜壓絲杠副，兩者的結(jié)構(gòu)極為相似，只是前者為用油壓，油的間隙大些，后者都用壓縮空氣，空氣間隙稍小些。提高進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。三、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4、摩擦驅(qū)動(dòng)進(jìn)一步提高導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和精度，優(yōu)于滾珠絲杠副的驅(qū)動(dòng)。摩擦傳動(dòng)裝置具有運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無反向間隙等特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，因而彈性變形因素大為減少，一直被認(rèn)為是一種非常適合超精密機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。一般的摩擦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和齒輪齒條相似，可以把電動(dòng)機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直接轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。1，2—滾輪；3—驅(qū)動(dòng)件；4一執(zhí)行機(jī)構(gòu)2023/2/5CUPE的精密加工中心機(jī)床和OAGM26超精密機(jī)床都使用了摩擦驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)CUPE公司的高精密摩擦驅(qū)動(dòng)單元三、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4、摩擦驅(qū)動(dòng)2023/2/5磁浮絲杠傳動(dòng)的工作原理是絲杠（涂有稀土金屬磁性混合物)和螺母與電磁繞組相互作用。由于在絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)磁阻變化，故引起軸向力，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。使用帶液壓缸的電液驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)，運(yùn)動(dòng)力是借助活塞桿端與刀架柔性關(guān)節(jié)的連接傳給工作機(jī)構(gòu)（刀架）的。在這種情況下，.實(shí)際上完全可排除力作用在垂直刀架運(yùn)動(dòng)方向的平面內(nèi)。此外，在電液傳動(dòng)裝置內(nèi)，無論供入多么少量的液體，均可有相對(duì)應(yīng)的一定的移動(dòng)值。在這種傳動(dòng)裝置內(nèi)，當(dāng)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向改變時(shí)無不敏感性的區(qū)域。三、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5、磁浮絲杠傳動(dòng)6、電液驅(qū)動(dòng)裝置

金剛石加工非球面鏡超精密車床的液壓刀架1—CNC;2—額定變換器；3—相干輻射源；4—激光干涉儀；5—活塞桿；6—活塞；7—刀架體；8—刀夾；9—刀具；10,11—液壓腔；12—電液變換器；13—液壓氣動(dòng)蓄能器；14—步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定值器；15—傳感器；16—泵；17—直流電動(dòng)機(jī)；18—電驅(qū)動(dòng)裝置2023/2/5四、微量進(jìn)給裝置1、微量進(jìn)給裝置的應(yīng)用1）實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給；2）實(shí)現(xiàn)超薄切削；3）在線誤差補(bǔ)償；4）用于切削加工非軸對(duì)稱特殊型面。微量進(jìn)給裝置具有微量移動(dòng)或微量轉(zhuǎn)動(dòng)及微量進(jìn)給等功用。目前微進(jìn)給機(jī)構(gòu)已能達(dá)到的分辨率為0.001?0.01um，這對(duì)實(shí)現(xiàn)超薄切削、達(dá)到高精度尺寸加工、實(shí)現(xiàn)在線誤差補(bǔ)償十分重要，已成為超精密機(jī)床的一個(gè)重要而且關(guān)鍵的功能部件。2023/2/5在超精密車床中，高精度微量進(jìn)給裝置上常常夾固著金剛石刀具，用于刀具微量調(diào)整,要求實(shí)現(xiàn)精確、穩(wěn)定、可靠的微位移（有時(shí)還要求實(shí)現(xiàn)快速微位移），以保證達(dá)到亞微米級(jí)的加工精度和納米級(jí)的位移分辨率。因此一個(gè)好的超精密微量進(jìn)給裝置應(yīng)滿足下列設(shè)計(jì)要求。四、微量進(jìn)給裝置2、對(duì)微量進(jìn)給裝置的要求四、微量進(jìn)給裝置2、對(duì)微量進(jìn)給裝置的要求1）精微進(jìn)給和粗進(jìn)給應(yīng)分開,以提高微位移的精度,分辨力和穩(wěn)定性；2）運(yùn)動(dòng)部分必須是低摩擦和高穩(wěn)定度的,以實(shí)現(xiàn)更高的重復(fù)精度；3）末級(jí)傳動(dòng)元件必須具有很高的剛度,即夾金剛石刀具處必須是高剛度的；4）微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)內(nèi)部聯(lián)接必須是可靠聯(lián)接,否則重復(fù)精度很難實(shí)現(xiàn)；5）工藝性好，容易制造；6）微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)具有好的動(dòng)特性；7）微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給的自動(dòng)控制。2023/2/5微量進(jìn)給裝置有多種結(jié)構(gòu)形式和工作原理，大致如下：1、機(jī)械傳動(dòng)或液壓傳動(dòng)式2、彈性變形式3、熱變形式4、流體魔變形式5、磁致伸縮式6、電致伸縮式四、微量進(jìn)給裝置3、機(jī)械結(jié)構(gòu)彈性變形微量進(jìn)給裝置2023/2/5四、微量進(jìn)給裝置3、機(jī)械結(jié)構(gòu)彈性變形微量進(jìn)給裝置四、微量進(jìn)給裝置4、壓電和電致伸縮傳感器進(jìn)給裝置壓電和電致伸縮傳感器的材料