精密切削加工

2.1概述2.2精密切削加工的工藝規(guī)律和機(jī)理2.3精密切削加工的機(jī)床及應(yīng)用2.4功率超聲車削

第2章精密切削加工2/2/2023精密切削是使用精密的單晶天然金剛石刀具加工有色金屬和非金屬，可以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)。用于加工：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。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。金剛石刀具的精密加工技術(shù)主要應(yīng)用于單件大型超精密零件的切削加工和大量生產(chǎn)中的中小型超精密零件加工。2.1概述2/2/2023按加工精度劃分，可將機(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之間的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

）。精密加工的加工范疇

2/2/2023精密加工的關(guān)鍵技術(shù)1.精密加工機(jī)床：主軸回轉(zhuǎn)精度、工作臺直線運(yùn)動精度以及刀具微量進(jìn)給精度2.金剛石刀具：金剛石晶面選擇、刀具刃口鋒利性（刀具刃口圓弧半徑）3.精密切削機(jī)理：微量切削過程的特殊性4.穩(wěn)定的加工環(huán)境：恒溫、防振和空氣凈化5.誤差補(bǔ)償：根據(jù)規(guī)律設(shè)定補(bǔ)償，反饋控制系統(tǒng)6.精密測量技術(shù)2/2/2023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)床的動特性和切削系統(tǒng)的動特性選取，即選擇振動最小的轉(zhuǎn)速。2.2精密切削加工機(jī)理2/2/2023總結(jié)：天然單晶金剛石刀具只能用在機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動非常平穩(wěn)的高精度車床上，否則由于振動金剛石刀具將會很快產(chǎn)生刀刃微觀崩刃。2/2/2023圖2-3：圖a是刀刃磨損的正常情況，圖b是劇烈磨損情況，可以看到磨損后成層狀，即刀具磨損為層狀微小剝落。圖2-4：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。圖2-5：金剛石切削時(shí)，若有微小振動，就會產(chǎn)生刀刃微小崩刃。2/2/2023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)對積屑瘤生成的影響2/2/2023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2/2/2023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、對切削力的影響二、積屑瘤對切削力和加工表面粗糙度的影響2/2/20231）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2/2/2023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、積屑瘤對切削力和加工表面粗糙度的影響2、對加工表面粗糙度的影響2/2/2023由圖2-12知，在有切削液的條件下，切削速度對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2/2/2023

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2/2/2023修光刃長度常取0.05～0.20mm。

修光刃的長度過長，對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2/2/2023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2/2/2023刃口鋒銳度對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?。凰俣鹊挠绊懖皇呛艽?。一、刃口鋒銳度對加工表面粗糙度的影響刃口半徑為0.6μm、0.3μm2/2/2023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、刀刃鋒銳度對切削變形和切削力的影響2/2/2023LY12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、對加工表面冷硬的影響三、刀刃鋒銳度對切削表面層的冷硬和組織位錯(cuò)的影響2/2/2023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、對加工表面組織位錯(cuò)的影響三、刀刃鋒銳度對切削表面層的冷硬和組織位錯(cuò)的影響2/2/20231）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、刀刃鋒銳度對加工表面殘留應(yīng)力的影響2/2/20231）極高的硬度、極高的耐磨性和極高的彈性模量。2）刃口能磨得極其鋒銳，刃口半徑值極小，能實(shí)現(xiàn)超薄切削厚度。3）刀刃無缺陷，切削時(shí)刃形將復(fù)制在被加工表面上，從而得到超光滑的鏡面。4）與工件材料的抗粘性好、化學(xué)親和性小、摩擦系數(shù)低，以得到極好的加工表面完整性。不可替代的超精密切削刀具材料：單晶金剛石。一、精密切削對刀具的要求2/2/2023硬度最高，各向異性，不同晶向的物理性能相差很大。優(yōu)質(zhì)天然單晶金剛石：多數(shù)為規(guī)整的8面體或菱形12面體，少數(shù)為6面立方體或其他形狀，淺色透明，無雜質(zhì)、無缺陷。大顆粒人造金剛石在超高壓、高溫下由子晶生長而成，并且要求很長的晶體生長時(shí)間。人造單晶金剛石已用于制造超精密切削的刀具。二、金剛石晶體的性能2/2/2023金剛石刀具的主切削刃和副切削刃之間采用過渡刃對加工表面起修光作用。國內(nèi)：多采用直線修光刃，修光刃長度一般取0.1～0.2mm國外：多采用圓弧修光刃，圓弧半徑R=0.5~3mm。金剛石刀具的主偏角，平時(shí)采用30～90度，用得較多的是45度。金剛石刀具的設(shè)計(jì)與制造1、金剛石刀具切削部分的幾何形狀刀頭形式2/2/20232.11金剛石刀具的設(shè)計(jì)與制造1、金剛石刀具切削部分的幾何形狀前角后角副偏角主偏角刃傾角正交平面參考系2/2/2023為增加刀刃的強(qiáng)度，采用較大的刀具楔角，故刀具的前角、后角都取得較小。后角：多采用加工球面和非球面的圓弧修光刃刀具，常取前角根據(jù)加工材料，切鋁、銅合金前角取。1、金剛石刀具切削部分的幾何形狀前角和后角2/2/20231、金剛石刀具切削部分的幾何形狀金剛石車刀舉例11231：主偏角45度2：前角0度3：后角5度4：修光刃0.15mm342/2/2023應(yīng)考慮因素：刀具耐磨性好；刀刃微觀強(qiáng)度高，不易產(chǎn)生微觀崩刃；刀具和被加工材料間摩擦系數(shù)低，使切削變形小，加工表面質(zhì)量高；制造研磨容易。（111）不適合作前后面。推薦采用（100）晶面作金剛石刀具的前后面，理由如下：1)（100）晶面的耐磨性高于（110）晶面；2)（100）晶面的微觀破損強(qiáng)度高于（110）晶面，（100）晶面受載荷時(shí)的破損機(jī)率比（110）晶面低很多；3)（100）晶面和有色金屬之間的摩擦系數(shù)要低于（110）晶面的摩擦系數(shù)。2、金剛石刀具前、后刀面晶面選擇2/2/2023對金剛石車刀，常把金剛石固定在小刀頭上，小刀頭用螺釘或壓板固定在車刀刀桿上，或?qū)⒔饎偸苯庸潭ㄔ谲嚨兜稐U上。在小刀頭上的固定方法有：機(jī)械夾固粉末冶金法固定粘結(jié)或釬焊固定一次性使用不重磨的精密金剛石刀具，將金剛石釬焊在硬質(zhì)合金片上，再用螺釘夾固在車刀桿上。3、金剛石刀具的固定方法2/2/2023二、金剛石刀具的研磨加工粗磨精研磨1、金剛石刀具的研磨機(jī)2/2/2023

粗研效率與研磨方向、研磨速度和壓力、使用的金剛石微粉的粒度有關(guān)。找到所磨晶面的好磨方向線速度高加大研磨壓力（9～12N）研磨效率高粗粒度的微粉（初期）細(xì)粒度的微粉（后期）二、金剛石刀具的研磨加工2、粗研：去除余量2/2/2023二、金剛石刀具的研磨加工3、精研提高研磨質(zhì)量，使切削刃研制更為鋒銳磨料粒度越小，研磨表面粗糙度越小研磨盤質(zhì)量越好，研磨效果越好研磨方向：逆磨，即沿切削刃口指向刀體內(nèi)的方向研磨精拋：研磨時(shí)讓金剛石作垂直于研磨方向的法向運(yùn)動，除去磨痕。2/2/20231精密和超精密機(jī)床發(fā)展概況及典型機(jī)床簡介2精密主軸部件3床身和精密導(dǎo)軌部件4進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)5微量進(jìn)給裝置6機(jī)床運(yùn)動部件位移的激光在線檢測系統(tǒng)7機(jī)床的穩(wěn)定性和減振隔振8減少變形和恒溫控制精密加工的機(jī)床設(shè)備2/2/2023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2/2/2023二、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)整自動定心，可提高前后軸承的同心度，以提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。2/2/2023二、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。2/2/2023二、典型機(jī)床簡介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和軸向跳動均小于等于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，用HP5501A雙頻激光干涉儀精密檢測位移。2/2/2023二、典型機(jī)床簡介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裝置和激光干涉測長儀，精確測量定位，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)納米級微位移。2/2/2023二、典型機(jī)床簡介大型光學(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量系統(tǒng)，4路激光檢測橫梁上溜板的運(yùn)動，3路激光檢測刀架上下運(yùn)動位置，使用在線測量和誤差補(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。2/2/2023二、典型機(jī)床簡介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，雙頻激光測量系統(tǒng)檢測運(yùn)動位置。2/2/2023二、典型機(jī)床簡介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)動的高精度轉(zhuǎn)臺，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)，直線移動分辨力0.01μm，激光測量反饋，定位精度全行程0.03μm。加工模具形狀精度0.05μm，表面粗糙度0.025μm2/2/2023精密主軸部件一、液體靜壓軸承主軸主軸回轉(zhuǎn)精度回轉(zhuǎn)精度——在主軸空載手動或機(jī)動低速旋轉(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、端面跳動和軸向竄動的大小。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。2/2/2023（一）、滑動軸承的分類按滑動軸承工作時(shí)軸瓦和軸頸表面間呈現(xiàn)的摩擦狀態(tài)，滑動軸承可分為:液體摩擦軸承非液體摩擦軸承液體動壓潤滑軸承液體靜壓潤滑軸承按滑動軸承承受載荷的方向可分為:徑向滑動軸承（向心）推力滑動軸承（止推）2/2/2023根據(jù)潤滑膜的形成原理不同分為：動壓潤滑軸承利用相對運(yùn)動副表面的相對運(yùn)動和幾何形狀，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)動副表面分開的潤滑方法為流體動壓潤滑。靜壓潤滑軸承在滑動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)動副表面分離的潤滑方法成為流體靜壓潤滑。2/2/2023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2/2/2023（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2/2/2023（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，軸頸向下移動產(chǎn)生偏心量e。2/2/2023（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，壓力損失隨之減小（9）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。2/2/20231）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)2/2/2023二、空氣靜壓軸承主軸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。2/2/2023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。2/2/2023前部用球形后部用圓柱徑向空氣軸承的主軸2/2/2023立式空氣軸承2/2/2023三、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。2/2/2023四、主軸的驅(qū)動方式1）電動機(jī)通過帶傳動驅(qū)動2）電動機(jī)通過柔性聯(lián)軸器驅(qū)動3）采用內(nèi)裝式同軸電動機(jī)驅(qū)動2/2/2023床身和精密導(dǎo)軌部件精密機(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2/2/2023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)用最多的牌號是HT200常用的孕育鑄鐵牌號是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2/2/2023花崗巖比鑄鐵長期尺寸穩(wěn)定性好，熱膨脹系數(shù)低，對振動的衰減能力強(qiáng)，硬度高、耐磨并不會生銹。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，并對振動的衰減能力加強(qiáng)。2/2/2023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、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位置與相對運(yùn)動的精度。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。2/2/2023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導(dǎo)軌分類2/2/2023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)動的靈敏度是運(yùn)動部件從靜止到開始移動期間，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。導(dǎo)軌分類2/2/2023按兩導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)分類1）滑動導(dǎo)軌兩導(dǎo)軌面間是滑動摩擦。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)軌及流體動壓導(dǎo)軌。2）滾動導(dǎo)軌兩導(dǎo)軌面間是滾動摩擦。又可按中間滾動體的不同而分為：滾珠導(dǎo)軌、滾柱導(dǎo)軌、滾針導(dǎo)軌及滾動軸承導(dǎo)軌等。2/2/2023滑動導(dǎo)軌按導(dǎo)軌的截面形式分滑動導(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)動凹形導(dǎo)軌潤滑性能良好，適合于高速運(yùn)動，為防止落入切屑等，必須配備良好的防護(hù)裝置2/2/2023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2/2/2023導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式矩形導(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)軌面的誤差不會相互影響，便于安裝調(diào)整側(cè)面磨損后不能自動補(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2/2/2023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2/2/2023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。2/2/2023導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式具有較大的承載能力、制造調(diào)整比較簡單導(dǎo)向性差，磨損后不能自動補(bǔ)償，對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工作臺導(dǎo)軌。雙矩形組合2/2/2023導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式導(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工作臺導(dǎo)軌、M1432A砂輪架導(dǎo)軌等。三角形－矩形組合2/2/2023導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式兩個(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)整間隙方便和移動速度不大的場合如CA6140刀架、B6050滑枕導(dǎo)軌等燕尾形組合2/2/2023滾動導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)滾動導(dǎo)軌就是在導(dǎo)軌面之間裝有一定數(shù)量的滾動體，兩個(gè)導(dǎo)軌面只和滾動體接觸，使導(dǎo)軌面之間的摩擦性質(zhì)成為滾動摩擦。特點(diǎn)：摩擦系數(shù)?。?.0025～0.005）靜、動摩擦系數(shù)很接近運(yùn)動輕便靈活；運(yùn)動所需功率小；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)動平穩(wěn)性好，一般沒有爬行現(xiàn)象2/2/2023滾動導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)移動精度和定位精度高（一般重復(fù)定位誤差約0.1～0.2μm）。滾動導(dǎo)軌潤滑簡單（可用油脂潤滑）；維護(hù)方便（只需更換滾動體）；高速運(yùn)動時(shí)不會象滑動導(dǎo)軌那樣因動壓效應(yīng)而浮起2/2/2023滾動導(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輕便；立式車床為提高速度；平面磨床工作臺導(dǎo)軌為防止高速移動時(shí)產(chǎn)生浮起，以提高加工精度；大型外圓磨床工作臺導(dǎo)軌為了減輕阻力和減少發(fā)熱等也采用滾動導(dǎo)軌。滾動導(dǎo)軌2/2/2023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2/2/2023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，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。2/2/20232/2/2023再循環(huán)滾柱滾動組件2/2/2023再循環(huán)滾珠滾動組件2/2/2023滾動導(dǎo)軌的預(yù)緊在滾動體與導(dǎo)軌面之間預(yù)加一定載荷，可增加滾動體與導(dǎo)軌面的接觸，以減小導(dǎo)軌面平面度、滾子直線度及滾動體直徑不一致誤差的影響，使大多數(shù)滾動體均能參加工作。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。2/2/2023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)動速度的變化對油膜厚度的影響很小；載荷的變化對油膜厚度的影響很?。灰后w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)動和低速運(yùn)動導(dǎo)軌2/2/2023液體靜壓導(dǎo)軌2/2/2023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，使滑板或工作臺浮起，工作臺的浮起是氣浮作用，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。2/2/2023氣浮導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌空氣靜壓導(dǎo)軌運(yùn)動件的導(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。2/2/2023進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)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。進(jìn)給伺服系統(tǒng)是以機(jī)床移動部件（如工作臺）的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，通常由伺服驅(qū)動裝置、伺服電機(jī)、機(jī)械傳動機(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，由伺服驅(qū)動裝置作一定的轉(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)械傳動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動機(jī)床的工作臺等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給或快速運(yùn)動。2/2/2023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)床移動部件（如工作臺）的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，通常由伺服驅(qū)動裝置、伺服電機(jī)、機(jī)械傳動機(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，由伺服驅(qū)動裝置作一定的轉(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)械傳動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動機(jī)床的工作臺等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給或快速運(yùn)動。進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)2/2/2023位置控制模塊速度控制單元伺服電機(jī)

工作臺

位置檢測測量反饋伺服驅(qū)動裝置指令速度環(huán)位置環(huán)速度檢測數(shù)控系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2/2/2023數(shù)控系統(tǒng)的伺服系統(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2/2/2023精密數(shù)控系統(tǒng)對超精密機(jī)床，刀具和工件的z向和x向運(yùn)動以及加工非球曲面的精密回轉(zhuǎn)工作臺都是由精密數(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。2/2/2023滾珠絲杠副驅(qū)動進(jìn)給的驅(qū)動元件，滾珠在絲杠和螺紋槽內(nèi)滾動，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。精密級和高精密級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和軸向跳動對導(dǎo)軌直線運(yùn)動的影響，采用螺母和工作臺柔性連接，即螺母裝在柔性的過渡連接塊上再和工作臺固定。2/2/2023液體靜壓和空氣靜壓絲杠副驅(qū)動提高進(jìn)給運(yùn)動的平穩(wěn)性。液體靜壓軸承的間隙大，氣體靜壓軸承的間隙小。2/2/2023摩擦驅(qū)動進(jìn)一步提高導(dǎo)軌運(yùn)動的平穩(wěn)性和精度，優(yōu)于滾珠絲杠副的驅(qū)動。2/2/2023對微量進(jìn)給裝置的要求微量進(jìn)給裝置具有微量移動或微量轉(zhuǎn)動及微量進(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)動部分必須是低摩擦和高穩(wěn)定度的；3）末級傳動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)給的自動控制。微量進(jìn)給裝置2/2/2023微量進(jìn)給裝置對微量進(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稱特殊型面。2/2/2023機(jī)械結(jié)構(gòu)彈性變形微量進(jìn)給裝置2/2/2023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)、振動等迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，或?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)變?yōu)檎駝有盘?，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?。由于壓電材料對于所加?yīng)力能產(chǎn)生可測量的電信號，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。2/2/2023電致伸縮傳感器的結(jié)構(gòu)和性能兩片成一對，中間通正電，兩側(cè)通負(fù)電，將很多對陶瓷片疊在一起，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。2/2/2023電致伸縮式微量進(jìn)給裝置的結(jié)構(gòu)2/2/2023電致伸縮式微量進(jìn)給裝置的結(jié)構(gòu)2/2/2023一、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)動的高精度。機(jī)床運(yùn)動部件位移的激光在線檢測系