第1章 精密切削加工課件

精密與特種加工主講:吳華春whc@現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)致力于提高加工精度的原因：可提高產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、穩(wěn)定性和可靠性1）飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的加工精度由60μm提高到12μm，Ra由0.5μm提高到0.2μm，壓縮效率可從89％提高到94％2）20世紀(jì)80年代前蘇聯(lián)引入精密數(shù)控銑床，潛艇噪音大幅降低可促進(jìn)產(chǎn)品小型化增強(qiáng)互換性1.1.1精密加工概念

1.1.1精密加工概念

精密和超精密加工代表加工精度發(fā)展的不同階段，按加工精度劃分，機(jī)械加工分為一般加工、精密加工、超精密加工三個(gè)階段。

精密加工：加工精度在0.1～1μm，加工表面粗糙度在Ra0.02～0.1μm之間的加工方法稱為精密加工；超精密加工：加工精度高于0.1μm，加工表面粗糙度小于Ra0.01μm之間加工方法稱為超精密加工（微細(xì)加工、超微細(xì)加工、光整加工、精整加工等

）。1.1精密切削加工概論精密和超精密加工方法分類（1）

分類加工機(jī)理加工方法去除加工化學(xué)分解（氣體、液體、固體）電解（液體）蒸發(fā)（真空、氣體）擴(kuò)散（固體）熔化（液體）濺射（真空）刻蝕（曝光），化學(xué)拋光，軟質(zhì)粒子機(jī)械化學(xué)拋光電解加工，電解拋光電子束加工，激光加工，熱射線加工擴(kuò)散去除加工熔化去除加工粒子束濺射去除加工，等離子體加工結(jié)合加工化學(xué)附著化學(xué)結(jié)合電化學(xué)附著電化學(xué)結(jié)合熱附著擴(kuò)散結(jié)合熔化結(jié)合物理附著注入化學(xué)鍍，氣相鍍氧化，氮化電鍍、電鑄陽極氧化蒸鍍（真空蒸鍍），晶體生長，分子束外延燒結(jié)，摻雜，滲碳浸鍍，熔化鍍?yōu)R射沉淀，離子沉淀（離子鍍）離子濺射注入加工變形加工熱表面流動(dòng)粘滯性流動(dòng)摩擦流動(dòng)熱流動(dòng)加工（高頻電流、熱射流、電子束、激光）液體、氣體流動(dòng)加工（壓鑄、擠壓、噴射、澆鑄）微粒子流動(dòng)加工1.1.2精密加工的分類

分類加工方法可加工材料應(yīng)用切削加工等離子體切削微細(xì)切削微細(xì)鉆削各種材料有色金屬及其合金低碳鋼、銅、鋁熔斷鉬、鎢等高熔點(diǎn)材料，硬質(zhì)合金球，磁盤，反射鏡，多面棱鏡油泵油嘴，化學(xué)噴絲頭，印刷電路板磨料加工微細(xì)磨削研磨拋光彈性發(fā)射加工噴射加工黑色金屬、硬脆材料金屬、半導(dǎo)體、玻璃金屬、半導(dǎo)體、玻璃金屬、非金屬金屬、玻璃、水晶集成電路基片的外圓、平面磨削平面、空、外圓加工，硅片基片平面、空、外圓加工，硅片基片硅片基片刻槽，切斷，圖案成形，破碎特種加工電火花成形加工電火花切割加工電解加工超聲波加工微波加工電子束加工粒子束去除加工激光去除加工光刻加工導(dǎo)電金屬，非金屬導(dǎo)電金屬金屬，非金屬硬脆金屬，非金屬絕緣金屬，半導(dǎo)體各種材料各種材料各種材料金屬，非金屬，半導(dǎo)體孔，溝槽，狹縫，方孔，型腔切斷，切槽模具型腔，大空，切槽，成形刻模，落料，切片，打孔，刻槽在玻璃、紅寶石、陶瓷等上打孔打孔，切割，光刻成形表面，刃磨，割蝕打孔，切斷，劃線劃線，圖形成形復(fù)合加工電解磨削電解拋光化學(xué)拋光各種材料金屬，半導(dǎo)體金屬，半導(dǎo)體刃磨，成形，平面，內(nèi)圓平面，外圓，型面，細(xì)金屬絲，槽平面精密和超精密加工方法分類（2）

工具等加工裝置材料用途、零件等鏡面切削金剛石刀具刃口鋒利化利用CBN刀具切削鋼金剛石刀具得結(jié)晶方位選擇金剛石刀具刃口評(píng)價(jià)改進(jìn)型SEM

采用空氣軸承、流體軸承及空氣道軌等的高精度化高剛度化冷卻、空調(diào)、防振采用高速運(yùn)算裝置控制高剛度化的新方案：Tetraform結(jié)構(gòu)球殼結(jié)構(gòu)Al、Cu、塑料等軟質(zhì)材料無電解Ni膜Ge，SiKDP、LiNbO3、玻璃磁盤基板各種模具各種發(fā)射鏡紅外用光學(xué)元件激光核聚變用光學(xué)元件X射線天體望遠(yuǎn)鏡用元件鏡面磨削樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪添加Mo2S2、WS2、C等鑄鐵基金剛石砂輪采用電解腐蝕修整鐵氧體精細(xì)陶瓷超硬合金Ge、Si玻璃磁頭紅外用光學(xué)元件非球面玻璃透鏡各種模具鏡面研磨瀝青拋光盤、石蠟拋光盤、合成樹脂拋光盤微細(xì)磨料、軟質(zhì)磨料、易微細(xì)化的磨料軟質(zhì)工具的采用：氟化樹脂發(fā)泡體跑關(guān)盤、液體工具－EEM及浮動(dòng)拋光基于理論分析的平面研磨機(jī)大口徑光學(xué)元件用研磨機(jī)液中研磨機(jī)、EEM裝置、浮法拋光張之、P－MAC拋光裝置NC化CAM化水晶LiTaO3LiNbO3GGGSi、GaAs精細(xì)陶瓷CVDSiC膜玻璃壓電濾波器基片SAW元件基片半導(dǎo)體基片各種模具SOR用X射線光學(xué)元件激光核聚變用各種光學(xué)元件投影透鏡精密切削、磨削、研磨實(shí)例1.1.3精密加工與經(jīng)濟(jì)性

很長一段時(shí)期，精密加工與高成本相聯(lián)系精密加工創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益離軸拋物面反射鏡加工周期：12月->3周；精度更高；加工成本：傳統(tǒng)工藝1/10。超精密加工是國家制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一

超精密加工所能達(dá)到的精度、表面粗糙度、加工尺寸范圍和幾何形狀是一個(gè)國家制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。

如：金剛石刀具切削刃鈍圓半徑的大小是金剛石刀具超精密切削的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，日本2nm，我國亞微米；如：金剛石微粉砂輪超精密磨削在日本已用于生產(chǎn)，制造水平有了大幅度提高，解決了超精密磨削磨料加工效率低的問題。1.1.4精密和超精密加工技術(shù)的地位與作用1.1.5超精密加工現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國內(nèi)外現(xiàn)狀(1)美國是開展研究最早的國家。(2)日本是當(dāng)今世界上超精密加工技術(shù)發(fā)展最快的國家。(3)我國的超精密加工技術(shù)在70年代末期有了長足進(jìn)步，80年代中期出現(xiàn)了具有世界水平的超精密機(jī)床和部件。超精密加工技術(shù)發(fā)展趨勢向更高精度、更高效率方向發(fā)展；向大型化、微型化方向發(fā)展；向加工檢測一體化方向發(fā)展；機(jī)床向多功能模塊化方向發(fā)展；不斷探討適合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。21世紀(jì)初十年將是超精密加工技術(shù)達(dá)到納米加工技術(shù)的關(guān)鍵十年。影響精密和超精密加工的因素

超精密加工的構(gòu)成超精密加工的影響因素影響精密和超精密加工的因素

加工機(jī)理

近年來，在傳統(tǒng)加工方法中，金剛石刀具超精密切削、金剛石微粉砂輪超精密磨削、精密高速切削、精密砂帶磨削等已占有重要地位；在非傳統(tǒng)加工中，出現(xiàn)了電子束、離子束、激光束等高能加工、微波加工、超聲加工、蝕刻、電火花和電化學(xué)加工等多種方法，特別是復(fù)合加工，如磁性研磨、磁流體拋光、電解研磨、超聲珩磨等，在加工機(jī)理上均有所創(chuàng)新。

影響精密和超精密加工的因素

被加工材料

零件材料的化學(xué)成分、物理力學(xué)性能、加工工藝性能。如：要求被加工材料質(zhì)地均勻，性能穩(wěn)定，無外部及內(nèi)部微觀缺陷；其化學(xué)成分的誤差應(yīng)在10-2～10-3數(shù)量級(jí)，不能含有雜質(zhì)；其物理力學(xué)性能，如拉伸強(qiáng)度、硬度、延伸率、彈性模量、熱導(dǎo)率和膨脹系數(shù)等應(yīng)達(dá)到10-5～10-6數(shù)量級(jí)；材料在冶煉、鑄造、輾軋、熱處理等工藝過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制熔渣過濾、輾軋方向、溫度等，使材質(zhì)純凈、晶粒大小勻稱、無方向性，能滿足物理、化學(xué)、力學(xué)等性能要求。

影響精密和超精密加工的因素

加工設(shè)備及其基礎(chǔ)元部件

(1)高精度。(2)高剛度。(3)高穩(wěn)定性。(4)高自動(dòng)化。加工設(shè)備的質(zhì)量與基礎(chǔ)元部件，如主軸系統(tǒng)、導(dǎo)軌、直線運(yùn)動(dòng)單元和分度轉(zhuǎn)臺(tái)等密切相關(guān)，應(yīng)注意這些元部件質(zhì)量。此外，夾具、輔具等也要求有相應(yīng)的高精度、高剛度和高穩(wěn)定性。影響精密和超精密加工的因素

加工工具加工工具主要是指刀具、磨具及刃磨技術(shù)。用金剛石刀具超精密切削，值得研究的問題有：金剛石刀具的超精密刃磨，其刃口鈍圓半徑應(yīng)達(dá)到2～4nm，同時(shí)應(yīng)解決其檢測方法，刃口鈍圓半徑與切削厚度關(guān)系密切，若切削的厚度欲達(dá)到10nm，則刃口鈍圓半徑應(yīng)為2nm。磨具當(dāng)前主要采用金剛石微粉砂輪超精密磨削，這種砂輪有磨料粒度、粘接劑、修整等問題，通常，采用粒度為W20～W0.5的微粉金剛石，粘接劑采用樹脂、銅、纖維鑄鐵等。影響精密和超精密加工的因素

檢測與誤差補(bǔ)償尺寸和形位精度可用電子測微儀、電感測微儀、電容測微儀、自準(zhǔn)直儀和激光干涉儀來測量。表面粗糙度可用電感式、壓電晶體式表面形貌儀等進(jìn)行接觸測量，或用光纖法、電容法、超聲微波法和隧道顯微鏡法進(jìn)行非接觸測量；表面應(yīng)力、表面變質(zhì)層深度、表面微裂紋等缺陷，可用X光衍射法、激光干涉法等來測量。檢測可采取離線的、在位的和在線的三種方式。誤差預(yù)防通過提高機(jī)床制造精度、保證加工環(huán)境條件等來減少誤差源及其影響；誤差補(bǔ)償是在誤差分離的基礎(chǔ)上，利用誤差補(bǔ)償裝置對(duì)誤差值進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以消除誤差本身的影響。靜態(tài)誤差補(bǔ)償是根據(jù)事先測出的誤差值，在加工時(shí)通過硬件或軟件進(jìn)行補(bǔ)償；動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償是在在線檢測基礎(chǔ)上，在加工時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。

影響精密和超精密加工的因素

工作環(huán)境環(huán)境溫度可根據(jù)加工要求控制在±1℃～±0.02℃，甚至達(dá)到±0.0005℃。在恒溫室內(nèi)，一般濕度應(yīng)保持在55%～60%，防止機(jī)器的銹蝕、石材膨脹，以及一些儀器，如激光干涉儀的零點(diǎn)漂移等。潔凈度要求1000～100級(jí)，100級(jí)是指每立方英尺空氣中所含大于0.5μm的塵埃不超過100個(gè)，依此類推。

主要研究內(nèi)容(1)超精密加工的加工機(jī)理?！斑M(jìn)化加工”及“超越性加工”機(jī)理研究；微觀表面完整性研究；在超精密范疇內(nèi)的對(duì)各種材料（包括被加工材料和刀具磨具材料）的加工過程、現(xiàn)象、性能以及工藝參數(shù)進(jìn)行提示性研究。(2)超精密加工設(shè)備制造技術(shù)。納米級(jí)超精密車床工程化研究；超精密磨床研究；關(guān)鍵基礎(chǔ)件，如軸系、導(dǎo)軌副、數(shù)控伺服系統(tǒng)、微位移裝置等研究；超精密機(jī)床總成制造技術(shù)研究。OAGM2500LODTM主要研究內(nèi)容(3)超精密加工刀具、磨具及刃磨技術(shù)。金剛石刀具及刃磨技術(shù)、金剛石微粉砂輪及其修整技術(shù)研究。(4)精密測量技術(shù)及誤差補(bǔ)償技術(shù)。納米級(jí)基準(zhǔn)與傳遞系統(tǒng)建立；納米級(jí)測量儀器研究；空間誤差補(bǔ)償技術(shù)研究；測量集成技術(shù)研究。(5)超精密加工工作環(huán)境條件。超精密測量、控溫系統(tǒng)、消振技術(shù)研究；超精密凈化設(shè)備，新型特種排屑裝置及相關(guān)技術(shù)的研究。

可加工有色金屬和非金屬，可直接加工出超光滑的加工表面(粗糙度Ra0.02～0.005μm，加工精度<0.01μm)。如：陀螺儀、激光反射鏡、天文望遠(yuǎn)鏡的反射鏡、紅外反射鏡和紅外透鏡、雷達(dá)的波導(dǎo)管內(nèi)腔、計(jì)算機(jī)磁盤、激光打印機(jī)的多面棱鏡、錄像機(jī)的磁頭、復(fù)印機(jī)的硒鼓、菲尼爾透鏡等。1.2精密切削加工機(jī)理超精密切削也是金屬切削的一種，當(dāng)然也服從金屬切削的普遍規(guī)律，但與傳統(tǒng)切削機(jī)理有區(qū)別。1.2.1切削變形和切削力

切削變形

(1)過渡切削以單刃回轉(zhuǎn)刀具銑削平面為例，分析在過渡切削過程中刀具切削刃與工件的接觸情況及工件材料的變形情況。第I變形區(qū)是指在切削層內(nèi)產(chǎn)生剪切滑移的塑性變形區(qū)。切削過程中的塑性變形主要發(fā)生在這里，所以它是主要變形區(qū)。當(dāng)切屑沿前刀面流出時(shí)，切屑與前刀面接觸的區(qū)域，切屑與前刀面擠壓摩擦，進(jìn)一步產(chǎn)生剪切滑移，這就是第二變形區(qū)。

工件已加工表面和刀具后刀面的接觸區(qū)域，稱為第三變形區(qū)。切削過程中三個(gè)變形區(qū)在塑性滑動(dòng)區(qū)域也存在彈性變形區(qū)域。在切削區(qū)域存在切削去除區(qū)，也存在塑性滑動(dòng)區(qū)域和彈性變形區(qū)域。（2）最小切入深度零件的最終工序的最小切入深度應(yīng)等于或小于零件的加工精度（允許的加工誤差）；最小切入深度反映了它的精加工能力；根據(jù)過渡切削過程的分析可知：當(dāng)切入深度太小，切削刃對(duì)工件表面只有彈性滑動(dòng)或塑性滑動(dòng)，沒有切屑，因此對(duì)最小切入深度要受到一些因素的限制。（3）毛刺與虧缺刀具前角將直接影響切削力的大小和方向，從而影響工件終端的最終形狀（毛刺或虧缺）（4）微量切削的碾壓過程切削力

(1)切削力的來源切削力的大小影響著切削熱的多少，影響著刀具的磨損，表面質(zhì)量和精度。不管在多大的切削速度下都有積屑瘤生成，切削速度不同，積屑瘤的高度也不同。當(dāng)切削速度較低時(shí)，積屑瘤高度較高，當(dāng)切削速度達(dá)到一定值時(shí)，積屑瘤趨于穩(wěn)定，高度變化不大。1、切削速度的影響一、切削參數(shù)對(duì)積屑瘤生成的影響由圖2-8可以看出在進(jìn)給量很小時(shí)，積屑瘤的高度很大，在f＝5μm/r時(shí)，h0值最小，f值再增大時(shí)，h0值稍有增加。由圖2-9所示，在背吃刀量<25μm時(shí)，積屑瘤的高度變化不大，但在背吃刀量>25μm后，h0值將隨著背吃刀量的增加而增加。2、進(jìn)給量f和背吃刀量的影響積屑瘤高時(shí)切削力也大，積屑瘤小時(shí)切削力也小。與普通切削規(guī)律正好相反。1、對(duì)切削力的影響二、積屑瘤對(duì)切削力和加工表面粗糙度的影響1）積屑瘤前端R大約2～3μm，實(shí)際切削力由刃口半徑R起作用，切削力明顯增加。2）積屑瘤與切削層和已加工表面間的摩擦力增大，切削力增大。3）實(shí)際切削厚度超過名義值，切削厚度增加hD-hDu，切削力增加。切削模型分析實(shí)際切削厚度積屑瘤高度大，表面粗糙度大，積屑瘤小表面粗糙度小。并且可以看出，切削液減小積屑瘤，減小加工表面粗糙度。二、積屑瘤對(duì)切削力和加工表面粗糙度的影響2、對(duì)加工表面粗糙度的影響由圖2-12知，在有切削液的條件下，切削速度對(duì)加工表面粗糙度的影響很小。圖2-13說明，不同切削速度下均得到表面粗糙度極小的加工表面—鏡面。1、切削速度的影響一、切削速度、進(jìn)給量、修光刃和背吃刀量的影響

在進(jìn)給量f<5μm/r時(shí)，均達(dá)到Rmax<0.05μm的加工表面粗糙度。2、進(jìn)給量的影響一、切削速度、進(jìn)給量、修光刃和背吃刀量的影響修光刃長度常取0.05～0.20mm。

修光刃的長度過長，對(duì)加工表面粗糙度影響不大。

修光刃有直線和圓弧兩種，加工時(shí)要精確對(duì)刀，使修光刃和進(jìn)給方向一致。圓弧刃半徑一般取2～5mm。3、修光刃的影響一、切削速度、進(jìn)給量、修光刃和背吃刀量的影響在刀具刃口半徑足夠小時(shí)，超精密切削范圍內(nèi)，背吃刀量變化對(duì)加工表面粗糙度影響很小。背吃刀量減少，表面殘留應(yīng)力也減少，但超過某臨界值時(shí)，背吃刀量減少反而使加工表面殘留應(yīng)力增加。4、背吃刀量的影響一、切削速度、進(jìn)給量、修光刃和背吃刀量的影響刃口鋒銳度對(duì)加工表面有一定的影響，相同條件下（背吃刀量、進(jìn)給量），更鋒銳的刀具切出的表面粗糙度更小；速度的影響不是很大。一、刃口鋒銳度對(duì)加工表面粗糙度的影響刃口半徑為0.6μm、0.3μm鋒銳車刀切削變形系數(shù)明顯低于較鈍的車刀。刀刃鋒銳度不同，切削力明顯不同。刃口半徑增大，切削力增大，即切削變形大。背吃刀量很小時(shí)，切削力顯著增大。因?yàn)楸吵缘读亢苄r(shí)，刃口半徑造成的附加切削變形已占總切削變形的很大比例，刃口的微小變化將使切削變形產(chǎn)生很大的變化。所以在背吃刀量很小的精切時(shí)，應(yīng)采用刃口半徑很小的鋒銳金剛石車刀。二、刀刃鋒銳度對(duì)切削變形和切削力的影響LY12鋁合金原始材料的顯微硬度為105HV。使用p＝0.3μm的金剛石車刀切削，得到的加工表面顯微硬度為167HV；使用p＝0.6μm的金剛石車刀切削，得到的加工表面顯微硬度為205HV。1）刃口半徑不同，加工表面變質(zhì)層的冷硬和顯微硬度有很大區(qū)別；2）刃口半徑越小，加工表面變質(zhì)層的冷硬度越小。1、對(duì)加工表面冷硬的影響三、刀刃鋒銳度對(duì)切削表面層的冷硬和組織位錯(cuò)的影響刃口半徑越小，位錯(cuò)密度越小，切削變形越小，表面質(zhì)量越高。2、對(duì)加工表面組織位錯(cuò)的影響三、刀刃鋒銳度對(duì)切削表面層的冷硬和組織位錯(cuò)的影響1）刃口半徑越小，殘留應(yīng)力越低；2）背吃刀量越小，殘留應(yīng)力越小，但當(dāng)背吃刀量減小到臨界值時(shí)，背吃刀量減小，殘留應(yīng)力增大。四、刀刃鋒銳度對(duì)加工表面殘留應(yīng)力的影響分析：在極限臨界點(diǎn)A的受力變形情況：在A點(diǎn)處工件受水平和垂直力作用，此兩力可分解為A點(diǎn)處的法向力N和切向力，則N力和力可用下式計(jì)算化簡后得

一、刀刃刃口半徑和最小切削厚度的關(guān)系在實(shí)際摩擦力>時(shí)，被切材料和刀刃刃口圓弧無相對(duì)滑移，才能形成切削被切除，即A點(diǎn)為極限臨界點(diǎn)，極限最小切削厚度應(yīng)為當(dāng)?shù)度腥锌诎霃綖槟持禃r(shí)，切下的最小切削厚度和臨界點(diǎn)處的比值有關(guān)，并和刀具工件材料之間的摩擦系數(shù)有關(guān)。

一、刀刃刃口半徑和最小切削厚度的關(guān)系（續(xù)）刀具被切材料最小切削厚度W18Cr4VQ235鋼0.248W18Cr4V45鋼0.274YG8Q235鋼0.350YG845鋼0.377

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，A點(diǎn)處的比值一般在0.8～1范圍內(nèi)，對(duì)于金剛石刀具進(jìn)行超精密切削，取。

使用極鋒銳的刀具和機(jī)床條件最佳的情況下，金剛石刀具的超精密切削，可實(shí)現(xiàn)切削厚度為納米（nm）級(jí)的連續(xù)穩(wěn)定切削。要使最小切削厚度，可估算金剛石刀具刃口半徑為3～4nm。用高速鋼和硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行切削試驗(yàn)，達(dá)到的最小切削厚度值為：一、刀刃刃口半徑和最小切削厚度的關(guān)系（續(xù)）1）（100）晶面的摩擦系數(shù)曲線有4個(gè)波峰和波谷；（110）晶面有2個(gè)波峰和波谷；（111）晶面有3個(gè)波峰和波谷；2）（100）晶面的摩擦系數(shù)最低；（110）最高；3）（100）晶面的摩擦系數(shù)差別最大；（111）晶面最小。一、金剛石晶體的摩擦系數(shù)1號(hào)車刀：前、后面為（100）晶面；2號(hào)車刀：前、后面為（110）晶面。比較切削變形大小要通過觀察切屑外形，測量切屑系數(shù)和比較剪切角大小。（一）通過觀察兩把刀切下的外形，切屑的厚度，切屑上滑移線痕跡等，1號(hào)車刀切下的切屑變形小于2號(hào)車刀切下的切屑變形。（二）通過實(shí)測兩把刀的切屑厚度，計(jì)算出的切屑變形系數(shù)，1號(hào)車刀切下切屑的變形系數(shù)小于2號(hào)車刀切下的切屑的變形系數(shù)。（三）剪切角的計(jì)算：假設(shè)切削過程為直角自由切削式中為變形系數(shù)，為前角。從表2-5中可以看出，1號(hào)車刀的實(shí)際剪切角大于2號(hào)車刀，即用（100）晶面的1號(hào)車刀切屑時(shí)的切屑變形小于用（110）晶面的2號(hào)車刀。二、晶面不同對(duì)切削變形的影響1.

2.2切削熱和切削液切削熱直接影響刀具磨損和耐用度，限制了切削速度，還影響工件的加工精度和表面質(zhì)量。切削熱（1）切削熱的來源及切削溫度

變形所消耗的功轉(zhuǎn)變成熱：包括彈性變形和塑性變形（前小后大）摩擦所消耗的功轉(zhuǎn)變成熱：包括前刀面與鐵屑和后刀面與工件已加工面的摩擦切削熱的傳遞是由切屑.工件.刀具和周圍介質(zhì)傳導(dǎo)的（熱量多少依次遞減）精密切削時(shí)，切削單位從數(shù)微米縮小到1微米以下，刀尖部分會(huì)受到很大的應(yīng)力，刀尖局部區(qū)域會(huì)產(chǎn)生極高的溫度，原因如下：

金屬材料的組成：由數(shù)微米到數(shù)百微米的微細(xì)晶粒構(gòu)成，晶粒內(nèi)部，一般情況下，大約1微米左右間隔就有一個(gè)位錯(cuò)缺陷。當(dāng)切削單位很大時(shí)，在切削力作用下，工件材料不是整個(gè)晶體的滑移面上的原子產(chǎn)生位移，而是通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)形成滑移當(dāng)切削單位在1微米左右時(shí)，不會(huì)發(fā)生位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)形成滑移所以精密切削時(shí)，刀具要采用耐熱性高.耐磨性強(qiáng)，有較好的高溫硬度和高溫強(qiáng)度的刀具材料。(2)切削熱的影響與控制熱變形引起的加工誤差占總誤差的40％～70％100mm長的鋁合金零件，溫度每變化1度，將產(chǎn)生2.25微米的誤差。所以要嚴(yán)格控制溫度要確保0.1微米的誤差，工件溫度必須控制在±0.05度主要措施：切削液澆注工件澆注＋淋浴式

切削液的冷卻：在切削液箱內(nèi)設(shè)置螺旋形銅管，管內(nèi)通自來水，控制水的流量，必要時(shí)可加冰。另外，也可通過優(yōu)化刀具幾何角度和切削用量來減少切削熱切削液金剛石刀具的磨損形式：機(jī)械磨損.破損和碳化磨損.機(jī)械磨損：初磨階段.更普遍的機(jī)械磨損。2.3刀具的磨損、磨破和耐用度圖中所示沿切削速度方向出現(xiàn)磨損溝槽，由于金剛石和鐵、鎳的化學(xué)和物理親和性而產(chǎn)生的腐蝕溝槽。切削速度向來是影響刀具耐用度最主要的因素，但是切削速度的高低對(duì)金剛石刀具的磨損大小影響甚微，刀具的耐用度極高。原因是：金剛石的硬度極高，耐磨性好，熱傳導(dǎo)系數(shù)高，和有色金屬間的摩擦系數(shù)低，因此切削溫度低，在加工有色金屬時(shí)刀具耐磨度甚高，可用很高的切削速度1000～2000m/min，而刀具的磨損甚小。超精密切削實(shí)際速度的選擇根據(jù)所使用的超精密機(jī)床的動(dòng)特性和切削系統(tǒng)的動(dòng)特性選取，即選擇振動(dòng)最小的轉(zhuǎn)速?？偨Y(jié)：天然單晶金剛石刀具只能用在機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)非常平穩(wěn)的高精度車床上，否則由于振動(dòng)金剛石刀具將會(huì)很快產(chǎn)生刀刃微觀崩刃。刀具的破損：裂紋.破裂和解理金剛石切削時(shí)，若有微小振動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生刀刃微小崩刃。刀具的耐用度二戰(zhàn)后，美國首先發(fā)展金剛石刀具精密切削，并發(fā)展了空氣軸系的高性能精密車床。50年代后，又成功研發(fā)了超精密切削機(jī)床。在美國和日本，大概有20多家工廠和研究所可生產(chǎn)超精密機(jī)床，英國.荷蘭和德國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家也可以生產(chǎn)和研究超精密機(jī)床，并達(dá)到了較高水平。我國從20世紀(jì)60年代開始發(fā)展精密機(jī)床，精密機(jī)床已經(jīng)有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，精度和質(zhì)量達(dá)到一定的水平。1.3精密切削加工機(jī)床及應(yīng)用

.昆明機(jī)床廠.寧江機(jī)床廠漢川機(jī)床廠生產(chǎn)多種坐標(biāo)鏜床，最新的坐標(biāo)鏜床有數(shù)控系統(tǒng)；

.重慶機(jī)床廠.武漢機(jī)床廠能生產(chǎn)高精度的滾齒機(jī)；

.重慶機(jī)床廠.武漢機(jī)床廠和上海機(jī)床廠能生產(chǎn)高精度的蝸輪母機(jī)；.北京機(jī)床研究所.航空精密機(jī)械研究所.前哨機(jī)械廠能生產(chǎn)多種規(guī)格的三坐標(biāo)測量機(jī)；

.北京密云機(jī)床研究所研究成功加工球面的JSC-027型超精密車床；北京航空精密機(jī)械研究所研究成功空氣軸承的超精密車床和金剛石鏜床；哈爾濱工業(yè)大學(xué)研究成功帶激光在線測量的空氣軸承數(shù)控超精密車床?？偟膩碚f，我國精密機(jī)床的生產(chǎn)和研究和國外相比，差距較大。由于保密，引進(jìn)精密機(jī)床受到限制。OAGM2500LODTM第1.3.2節(jié)精密機(jī)床的精度指標(biāo)普通車床的主軸徑向跳動(dòng)通常0.01mm，導(dǎo)軌平直度為0.02mm/1000mm。精密車床的主軸徑向跳動(dòng)0.003～0.005mm，導(dǎo)軌平直度為0.01mm/1000mm第1.3.3節(jié)精密主軸部件、液體靜壓軸承主軸主軸回轉(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。（一）、滑動(dòng)軸承的分類按滑動(dòng)軸承工作時(shí)軸瓦和軸頸表面間呈現(xiàn)的摩擦狀態(tài)，滑動(dòng)軸承可分為:液體摩擦軸承非液體摩擦軸承液體動(dòng)壓潤滑軸承液體靜壓潤滑軸承按滑動(dòng)軸承承受載荷的方向可分為:徑向滑動(dòng)軸承（向心）推力滑動(dòng)軸承（止推）根據(jù)潤滑膜的形成原理不同分為：動(dòng)壓潤滑軸承利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)副表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和幾何形狀，借助流體粘性，把潤滑劑帶進(jìn)摩擦面之間，依靠自然建立的流體壓力膜，將運(yùn)動(dòng)副表面分開的潤滑方法為流體動(dòng)壓潤滑。靜壓潤滑軸承在滑動(dòng)軸承與軸頸表面之間輸入高壓潤滑劑以承受外載荷，使運(yùn)動(dòng)副表面分離的潤滑方法成為流體靜壓潤滑。徑向軸承（向心軸承）徑向軸承的受力Fr與軸的中心線垂直止推軸承（推力軸承）止推軸承受力Fa與軸的中心線平行FrFa軸承座徑向軸瓦止推軸瓦（二）、液體靜壓軸承工作原理靜壓軸承組成：供油系統(tǒng)、節(jié)流器、軸承（1）軸承內(nèi)圓柱面上，等間隙地開有幾個(gè)油腔（通常為4個(gè)）。（2）各油腔之間開有回油槽。（3）用過的油一部分從這些回油槽流回油箱（徑向回油），另一部分則由兩端流回油箱（軸向回油）。（4）油腔四周形成適當(dāng)寬度的軸向封油面和周向封油面，它們和軸頸之間的間隙一般為0.02～0.04mm。（5）油泵供油壓力為ps，油液經(jīng)節(jié)流器T進(jìn)入各油腔，將軸頸推向中央，油液最后經(jīng)封油面流回油箱，壓力降低為零。（6）當(dāng)主軸不受載荷且忽略自重時(shí)，則各油腔的油壓相同，保持平衡，軸在軸承正中心，這時(shí)軸頸表面與各腔封油面之間的間隙相等，均為h0。（7）當(dāng)主軸受徑向載荷（包括自重）F作用后，軸頸向下移動(dòng)產(chǎn)生偏心量e。（8）油腔3處的間隙減小為h0-e，由于油液流過間隙小的地方阻力大，流量減小，因而流過節(jié)流器T3的流量減少，壓力損失隨之減?。?）供油壓力ps一定，油腔3內(nèi)的油壓p3升高（10）油腔1處的間隙增大為h0＋e，由于油液流過間隙大的地方阻力小，流量增加，因而流過節(jié)流器T1的流量增加，壓力損失亦隨著增加，所以油腔1內(nèi)的油壓p就降低，這樣油腔3與油腔1之間形成了壓力Δp=p3-p1，產(chǎn)生與載荷方向相反的托起力，以平衡外載荷F。（11）如油腔的有效承載面積為A，則軸承的承載能力為：F=A（p3-p1）（12）各油腔由同一個(gè)液壓泵供油，則每個(gè)油腔必須串聯(lián)一個(gè)節(jié)流器。（13）沒有節(jié)流器，各油腔油壓相同，互相抵消，就不能平衡外載荷了，這時(shí)主軸產(chǎn)生位移，甚至使軸頸與軸承表面接觸（14）油腔壓力是液壓泵供給的，與軸的轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此，靜壓軸承可以在很低的轉(zhuǎn)速下工作。1）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。（三）、液體靜壓軸承的缺點(diǎn)、空氣靜壓軸承主軸第1.3.3節(jié)精密主軸部件圓柱徑向軸承和端面止推空氣靜壓軸承徑向軸承的軸套制成外面鼓形，能自動(dòng)調(diào)整定心。軸套的外表面做凸形球面，與軸承蓋及軸承座上的凹形球面相配合。當(dāng)軸變形時(shí)，軸套可以自動(dòng)調(diào)整位置，從而保證軸頸與軸鼓為面接觸。用多孔石墨的軸襯代替小節(jié)流孔。第1.3.3節(jié)精密主軸部件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。第1.3.3節(jié)精密主軸部件前部用球形后部用圓柱徑向空氣軸承的主軸第1.3.3節(jié)精密主軸部件立式空氣軸承三、超精密機(jī)床主軸和軸承的材料第1.3.3節(jié)精密主軸部件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。四、主軸的驅(qū)動(dòng)方式第1.3.3節(jié)精密主軸部件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)第1.3.4節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件一、超精密機(jī)床的總體布局1)主軸箱位置固定，刀架裝在十字形滑板上2）T形布局3）R－布局4）立式結(jié)構(gòu)布局第1.3.4節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件二、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)耐磨鑄鐵第1.3.4節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件花崗巖比鑄鐵長期尺寸穩(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)。三、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，這樣給計(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。第1.3.4節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件導(dǎo)軌的基本要求（一）導(dǎo)向精度高1、導(dǎo)軌在水平和垂直面內(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第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件導(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?？潭戎翟叫?，靈敏度越高。第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件按兩導(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。第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件滑動(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，但難以保存潤滑油，只適合于低速運(yùn)動(dòng)。凹形導(dǎo)軌潤滑性能良好，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)裝置第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件三角形導(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第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件矩形導(dǎo)軌矩形導(dǎo)軌制造簡單、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)軌第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件燕尾形導(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合燕尾形導(dǎo)軌圓柱形導(dǎo)軌第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件雙三角形組合導(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)測量機(jī)采用雙三角形導(dǎo)軌。第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件具有較大的承載能力、制造調(diào)整比較簡單導(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。雙矩形組合第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件導(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－矩形組合第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件兩個(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)速度不大的場合如CA6140刀架、B6050滑枕導(dǎo)軌等燕尾形組合第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件滾動(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??；精度保持性好(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)象第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件滾動(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)軌潤滑簡單（可用油脂潤滑）；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。第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件滾珠導(dǎo)軌第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件滾珠導(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)床滾柱導(dǎo)軌第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件承載能力和剛度：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。再循環(huán)滾柱滾動(dòng)組件第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件再循環(huán)滾珠滾動(dòng)組件第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件滾動(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。第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件靜壓導(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?。惠d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)軌第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件氣浮導(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。第3節(jié)床身和精密導(dǎo)軌部件空氣靜壓導(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。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。伺服系統(tǒng)的組成數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)按其功能可分為：進(jìn)給伺服系統(tǒng)和主軸伺服系統(tǒng)。主軸伺服系統(tǒng)用于控制機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)是以機(jī)床移動(dòng)部件（如工作臺(tái)）的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，通常由伺服驅(qū)動(dòng)裝置、伺服電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行部件組成。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的作用：接受數(shù)控裝置發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)裝置作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服電機(jī)（直流、交流伺服電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)等）和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給或快速運(yùn)動(dòng)。第4節(jié)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)按其功能可分為：進(jìn)給伺服系統(tǒng)和主軸伺服系統(tǒng)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)是以機(jī)床移動(dòng)部件（如工作臺(tái)）的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，通常由伺服驅(qū)動(dòng)裝置、伺服電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行部件組成。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的作用：接受數(shù)控裝置發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)裝置作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服電機(jī)（直流、交流伺服電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)等）和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給或快速運(yùn)動(dòng)。第4節(jié)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)位置控制模塊速度控制單元伺服電機(jī)

工作臺(tái)

位置檢測測量反饋伺服驅(qū)動(dòng)裝置指令速度環(huán)位置環(huán)速度檢測閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第4節(jié)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第4節(jié)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的基本要求1、位移精度高2、穩(wěn)定性好3、快速響應(yīng)4、調(diào)速范圍寬5、低速大扭矩第4節(jié)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、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。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)，雙頻激光測量系統(tǒng)檢測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。第4節(jié)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)進(jìn)給的驅(qū)動(dòng)元件，滾珠在絲杠和螺紋槽內(nèi)滾動(dòng)，摩擦力小，且滾珠在螺母內(nèi)有再循環(huán)通道。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。精密級(jí)和高精密級(jí)滾珠絲杠的螺母常做成兩段組合。為減小滾珠絲杠的徑向圓跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)對(duì)導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)的影響，采用螺母和工作臺(tái)柔性連接，即螺母裝在柔性的過渡連接塊上再和工作臺(tái)固定。第4節(jié)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、液體靜壓和空氣靜壓絲杠副驅(qū)動(dòng)提高進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。液體靜壓軸承的間隙大，氣體靜壓軸承的間隙小。第4節(jié)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、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)。一、對(duì)微量進(jìn)給裝置的要求微量進(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。微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足的要求：

1）精微進(jìn)給和粗進(jìn)給應(yīng)分開；2）運(yùn)動(dòng)部分必須是低摩擦和高穩(wěn)定度的；3）末級(jí)傳動(dòng)元件必須具有很高的剛度；4）微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)內(nèi)部聯(lián)接必須是可靠聯(lián)接；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。、微量進(jìn)給裝置第5節(jié)微量進(jìn)給裝置第5節(jié)微量進(jìn)給裝置二、對(duì)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。第5節(jié)微量進(jìn)給裝置三、機(jī)械結(jié)構(gòu)彈性變形微量進(jìn)給裝置第5節(jié)微量進(jìn)給裝置四、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壓電材料可以將壓強(qiáng)、振動(dòng)等迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，或?qū)㈦娦盘?hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檎駝?dòng)信號(hào)，也就是說壓電材料在外電場的作用下可以產(chǎn)生微小變形，同時(shí)也可以將微小變形轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。由于壓電材料對(duì)于所加應(yīng)力能產(chǎn)生可測量的電信號(hào)，因此在高智能材料系統(tǒng)中可用做傳感器。在機(jī)器人上做觸覺傳感器可感知溫度、壓力，采用不同模式可以識(shí)別邊角、棱等幾何特征。同時(shí)這種材料具有熱釋電效應(yīng)，可用作溫度傳感器。壓電陶瓷是一種具有能量轉(zhuǎn)換功能的陶瓷，在機(jī)械力的作用下發(fā)生形變時(shí)，會(huì)引起表面帶電。帶電強(qiáng)度的大小，可以和施加電場的強(qiáng)度成正比，也可以成反比。因此，能夠在各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。壓電陶瓷PZT。第5節(jié)微量進(jìn)給裝置電致伸縮傳感器的結(jié)構(gòu)和性能兩片成一對(duì)，中間通正電，兩側(cè)通負(fù)電，將很多對(duì)陶瓷片疊在一起，正極聯(lián)在一起，負(fù)極聯(lián)在一起。要提高電致伸縮傳感器的動(dòng)態(tài)特性，應(yīng)減少傳感器中的陶瓷片，減少傳感器的電容量。電致伸縮式微量進(jìn)給裝置的結(jié)構(gòu)第5節(jié)微量進(jìn)給裝置電致伸縮式微量進(jìn)給裝置的結(jié)構(gòu)第5節(jié)微量進(jìn)給裝置第1.3.6節(jié)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件位移的激光在線檢測系統(tǒng)一、激光在線檢測系統(tǒng)的工作原理超精密機(jī)床的工件的形狀由機(jī)床的兩坐標(biāo)（z向和x向）的精密數(shù)控系統(tǒng)來控制工件和刀具的相對(duì)位置。精密數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)在采用閉環(huán)控制，即機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件的位移用裝在機(jī)床內(nèi)部的雙頻激光干涉測距系統(tǒng)隨機(jī)精確檢測，將數(shù)據(jù)反饋給精密數(shù)控系統(tǒng)，保證位移運(yùn)動(dòng)的高精度。第1.3.6節(jié)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件位移的激光在線檢測系統(tǒng)二、MSG－325超精密機(jī)床的激光檢測系統(tǒng)美國HP公司生產(chǎn)的HP5501兩坐標(biāo)雙頻激光干涉測量系統(tǒng)。主軸箱作z向運(yùn)動(dòng)，刀架作x向運(yùn)動(dòng)。激光測量系統(tǒng)的分辨率為0.01微米，大部分激光光路采用封閉。第1.3.6節(jié)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件位移的激光在線檢測系統(tǒng)三、三坐標(biāo)測量機(jī)激光位移測量系統(tǒng)第1.3.7節(jié)精密和超精密機(jī)床發(fā)展概況及典型機(jī)床簡介精密機(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粘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，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。

一、發(fā)展概況二、典型機(jī)床簡介第1.3.7節(jié)精密和超精密機(jī)床發(fā)展概況及典型機(jī)床簡介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。二、典型機(jī)床簡介Moore車床由Moore3型坐標(biāo)測量機(jī)改造而成。采用臥式主軸，三坐標(biāo)精密數(shù)控，消