精密導(dǎo)軌部課件

1、 1 2常用的導(dǎo)軌部件常用的導(dǎo)軌部件 3床身及導(dǎo)軌的材料床身及導(dǎo)軌的材料 4微量進(jìn)給裝置微量進(jìn)給裝置 超精密機(jī)床主要用于加工反射鏡等盤(pán)形零 件，一般不需要后頂尖，因此在總體布局 上比較簡(jiǎn)單。常見(jiàn)的超精密機(jī)床的總體布 局有下面幾種： T形布局 十字形布局 R- 布局 立式結(jié)構(gòu)布局 超精密機(jī)床常采用平面導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的液體靜 壓導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌，滾動(dòng)導(dǎo)軌也有著 廣泛的應(yīng)用。常用的超精密機(jī)床導(dǎo)軌結(jié)構(gòu) 形式有燕尾型、平面型、V平面型、雙V 形等。 液體靜壓導(dǎo)軌具有剛度高，承載能力大， 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)精度高，且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)無(wú)爬行現(xiàn)象 等優(yōu)點(diǎn)。圖2-17a所示為平面型液體靜壓導(dǎo) 軌，圖2-17b所示為雙圓柱型液體靜壓導(dǎo)

2、軌。 目前很多超精密機(jī)床的導(dǎo)軌部件是用花崗 巖制造的。由于花崗巖加工困難，一般都 不做成整體，而是做成花崗石塊之后用螺 釘緊固在一起。 空氣靜壓導(dǎo)軌和氣浮導(dǎo)軌可以達(dá)到很高的 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)精度，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行，且摩 擦因數(shù)接近于零，不發(fā)熱。 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，因此和氣浮導(dǎo)軌相比有較 高的剛度和運(yùn)動(dòng)精度，但比液體靜壓導(dǎo)軌 要差一些。空氣靜壓導(dǎo)軌有多種形式，其 中平面形導(dǎo)軌用得較多。常用的靜壓空氣 壓力為41056105Pa，氣壓高于 6105Pa時(shí)容易產(chǎn)生振蕩。 使用氣浮導(dǎo)軌的必要條件是導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng) 部件重量很重且壓縮空氣的壓力非常穩(wěn)定。 氣浮導(dǎo)軌的剛度較低，且受壓

3、縮空氣壓力 波動(dòng)的影響。 超精密機(jī)床床身結(jié)構(gòu)與所用材料有關(guān)。常 用的床身及導(dǎo)軌材料有優(yōu)質(zhì)耐磨鑄鐵、花 崗巖、人造花崗巖等。 超精密機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)般采用精密滾珠 絲杠副、液體靜壓和空氣靜壓絲杠副。而 高精度微量進(jìn)給裝置則有電致伸縮式、彈 性變形式、機(jī)械傳動(dòng)或液壓傳動(dòng)式、熱變 形式、流體膜變形式、磁致伸縮式等。其 中電致伸縮式和彈性變形式微量進(jìn)給機(jī)構(gòu) 能夠滿(mǎn)足精密和超精密微量進(jìn)給裝置的要 求，且技術(shù)成熟。目前高精度微量進(jìn)給裝 置的分辨力可達(dá)到0.0010.01m。 在超精密加工中，為了實(shí)現(xiàn)精確、穩(wěn)定、 可靠和快速微位移，精密和超精密微位移 機(jī)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足以下設(shè)計(jì)要求： 精微進(jìn)給和粗進(jìn)給分開(kāi)，以提高微位

4、移 的精度、分辨力和穩(wěn)定性。 運(yùn)動(dòng)部分必須是低摩擦和高穩(wěn)定度的， 以實(shí)現(xiàn)很高的重復(fù)精度。 末級(jí)傳動(dòng)元件必須有很高的剛度，即 夾持金剛石刀具處須是高剛度的。 內(nèi)部連接必須可靠，盡量采用整體結(jié)構(gòu) 或剛性連接，否則微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn) 很高的重復(fù)精度。 工藝性好，容易制造。 具有好的動(dòng)特性，即具有高的頻響。 能實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給的自動(dòng)控制。 電致伸縮微量進(jìn)給裝置的三大關(guān)鍵技術(shù)是電致伸 縮傳感器、微量進(jìn)給裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)電 源。 用電致伸縮傳感器制造微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)，可以實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)微量進(jìn)給，并且具有良好的動(dòng)特性，能夠 實(shí)現(xiàn)高剛度無(wú)間隙位移和極精細(xì)的微量位移，分 辨力可達(dá)1.02.5nm；具有很高的響應(yīng)頻率（

5、響 應(yīng)時(shí)間達(dá)100s），且無(wú)空耗電流發(fā)熱問(wèn)題。 常用的電致伸縮材料為壓電陶瓷PZT（PbZnO- PbT陶瓷）等。 摩擦驅(qū)動(dòng)裝置兩個(gè)摩擦輪均由靜壓軸承支承，可 以無(wú)摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)。 設(shè)計(jì)摩擦驅(qū)動(dòng)裝置需要解決以下兩個(gè)結(jié)構(gòu)問(wèn)題： 摩擦輪直徑問(wèn)題。即下摩擦輪直徑必須很小， 才能滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)速度極慢的要求。 兩個(gè)摩 擦輪的支承問(wèn)題。若都用靜壓軸承支承，則結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)有很大難度；若摩擦輪用滾動(dòng)軸承支承，則 因滾動(dòng)軸承有摩擦，導(dǎo)致摩擦驅(qū)動(dòng)裝置平穩(wěn)性的 降低。 機(jī)械結(jié)構(gòu)彈性變形微量進(jìn)給裝置具有工作 穩(wěn)定可靠、精度重復(fù)性好的特點(diǎn)，適用于 手動(dòng)操作。圖中所示雙T形彈性變形微量進(jìn) 給裝置分辨力可達(dá)0.01m，輸出位移方

6、向 的靜剛度為70N/m，重復(fù)精度0.02m，最 大輸出位移為20m。 衡量金剛石刀具質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)： 能否加工出高質(zhì)量的超光滑表面（Ra = 0.005m 0.02m）； 能否有較長(zhǎng)的切削時(shí)間保持刀刃鋒銳 （一般要求切削長(zhǎng)度數(shù)百千米）。設(shè)計(jì)金 剛石刀具時(shí)最主要問(wèn)題有三個(gè)： 設(shè)計(jì)金剛石刀具時(shí)最主要問(wèn)題有三個(gè)： 確定切削部分的幾何形狀； 選擇合適的晶面作為刀具的前后面； 確定金剛石在刀具上的固定方法和刀具 結(jié)構(gòu)。 刀頭形式 金剛石刀具刀頭一般采用在主 切削刃和副切削刃之間加過(guò)渡刃修光 刃的形式，以對(duì)加工表面起修光作用，獲 得好的加工表面質(zhì)量。若采用主切削刃與 副切削刃相交為一點(diǎn)的尖銳刀尖，則刀尖 不

7、僅容易崩刃和磨損，而且還在加工表面 上留下加工痕跡，從而增加表面粗糙度值。 修光刃有小圓弧修光刃、直線(xiàn)修光刃和圓 弧修光刃之分。國(guó)內(nèi)多采用直線(xiàn)修光刃， 這種修光刃制造研磨簡(jiǎn)單，但要求對(duì)刀良 好。國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的金剛石刀具，推薦的修光 刃圓弧半徑R=0.53mm。采用圓弧修光刃 時(shí)，對(duì)刀容易，使用方便。但刀具制造研 磨困難，所以?xún)r(jià)格也高。 金剛石刀具的主偏角一般為3090，以45 主偏角應(yīng)用最為廣泛。 幾種不同的刀頭形式如圖2-34所示，但一 般不采用圖2-34a所示的形式。 前角和后角 根據(jù)加工材料不同，金剛石 刀具的前角可取05，后角一般可取56。 因?yàn)榻饎偸癁榇嘈圆牧希诒ＷC獲得較小 的加工表畫(huà)

8、粗糙度的前提下，為提高刀刃 的強(qiáng)度，應(yīng)采用較大的刀具楔角，所以宜 取較小的刀具前角和后角。 但增大金剛石刀具的后角，減少刀具后面 和加工表面的摩擦，可減小表面粗糙度值， 所以加工球面和非球曲面的圓弧修光刃刀 具，常取后角為10。 美國(guó)EI Contour精密刀具公司的標(biāo)準(zhǔn)金剛石 車(chē)刀結(jié)構(gòu)如圖2-35所示。該車(chē)刀采用圓弧 修光刃，修光刃圓弧半徑R=0.51.5mm。 后角采用10，刀具前角可根據(jù)加工材料由 用戶(hù)選定。 一種可用于車(chē)削鋁合金、銅、黃銅的通用 金剛石車(chē)刀結(jié)構(gòu)如圖2-36所示?？色@得粗 糙度Ra 0.02 0.005m的表面。 單晶金剛石各向異性。目前國(guó)內(nèi)制造金剛 石刀具，一般前面和后

9、面都采用（110）晶 面或者和（110）晶面相近的面（35)。 這主要是從金剛石的這兩個(gè)晶面易于研磨 加工角度考慮的，而未考慮對(duì)金剛石刀具 的使用性能和刀具耐用度的影響。 機(jī)械夾固 將金剛石的底面和加壓面磨平，用 壓板加壓固定在小刀頭上。此法需要較大顆粒的 金剛石。 用粉末冶金法固定 將金剛石放在合金粉末 中，經(jīng)加壓在真空中燒結(jié)，使金剛行固定在小刀 頭內(nèi)。此法可使用較小顆粒的金剛石，較為經(jīng)濟(jì)， 因此目前國(guó)際上多采用該方法。 使用粘結(jié)或釬焊固定 使用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑或其 他粘結(jié)劑固定金剛石。粘結(jié)強(qiáng)度有限，金剛石容 易脫落。釬焊固定是一種好辦法，但技術(shù)不易掌 握。 國(guó)內(nèi)外的金剛石刀具使用者一般都不自己 磨刀，而將