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乐投体育官网23精密机床部件解析

作者: admin 来源: 未知 发布时间:2020-07-20 16:34

  三、超精密加工机床及关键部件 实现精密加工的技术支撑 ? 超精密加工机理 ? 超精密加工机床 ? 超精密加工工具 ? 精密测量与误差补偿 ? 稳定的加工环境 ? 高质的工件材料 主轴回转精度(液体 静压、空气静压轴承) 导轨运动精度(滚动 导轨、液气静压导轨) 微量进给机构 (弹性变形电致伸缩式) CNC伺服系统等 一、精密主轴部件 机床的关键部件之一,要求回转精度极高, 运动平稳,无振动,关键在于精密轴承 1. 液体静压轴承主轴 特点: 油液6~10个大气压, 转动平稳,刚度较高 使轴在轴套内悬浮, 液体粘度大,温升高, 液体摩擦。主轴中心 产生热变形。止推轴 位置由两对面液体压 承两止推面做在轴的 力差维持。 同一端;控制油温 2.空气静压轴承主轴 ? 空气粘度小,温升小,造成的热变形误差很小, 刚度较低,承受的负荷较小,用于超精密机床 (1)圆柱径向轴承和端面止推空气静压轴承 (2)双半球空气静压轴承主轴 既是径向又是止推轴承,气浮面为球面,有自 动调心作用,提高前后同心度,提高回转精度 (3)前端球形后端圆柱径向空气轴承 ? 球形轴承同时起径向和止推轴承作用,自动调心 提高前后轴承的同心度,提高主轴回转精度。 (4)立式空气轴承主轴 ? 大型超精密车床,常采用立式空气轴承主轴, 径向轴承制成圆弧面,可自动调心提高回转精度 3. 主轴的驱动方式 ? 电动机通过带传动驱动 直流或交流变频电机无级调速,不用齿轮调速, 电机带轮精动平衡隔振,柔性联轴器连接主轴 ? 电动机通过柔性联轴器驱动主轴 电机主轴同轴线上,结构紧凑,电机精动平衡 ? 内装式同轴电机驱动主轴 无刷直流电机无级变速,消除电刷的摩擦振动。 各部件须经过精密动平衡;通气或水冷却降温 4. 主轴和轴承的材料 (1)不易磨损 (2)不易生锈腐蚀 (3)热膨胀系数要小 (4)材料的稳定性要好 ? 实际制造中使用的材料有: 38CrMoAl氮化钢、不锈钢、多孔石墨和轴承钢 ? 试验研究中使用的材料有: 铟钢、花岗岩、微晶玻璃、陶瓷 二、 床身和精密导轨部件 1. 机床总体布局 (1)主轴箱位置 固定,刀架 装在十字形 滑板上 两滑台运动 影响,加工 难度较大。 机床总体布局 (2)T形布局(中小型) 后两种方式 驱动主轴, 主轴箱可移 动。纵、横 导轨做在床 身上成T形 布局精度高 机床总体布局 (3)R-θ布局(极坐标型、杜邦3号) 刀架溜板装在回转工作台上,改变刀座导轨 转角θ和半径R,可加工非球曲面。机床结 构及调整计算比较复杂。 (4)立式结构布局(大型机床) 工件直径大重量较重时,多用此结构。要求 有高的刚度,多用龙门形式,刀架在十字滑 板上运动,采取特殊在线.常用导轨部件 ? 超精机床导轨要求有极高的直线运动精度,偶 合面无摩擦磨损无爬行,一般摩擦接触较少用。 ? 导轨的结构形式:燕尾型、平面型、V—平 面型、双V形等。 ? 导轨偶合面接触形式:导轨表面有耐磨塑 料层、导轨接触面强迫润滑、滚动导轨、液体 静压导轨、空气静压导轨、气浮导轨等。 (1)滚动导轨 ? 滚柱直线滚动轴承 滚柱带保持架在导轨面间滚动, 轴承长度根据工作行程长度决 定,过去长期使用形式。 滚动导轨 ? 再循环滚动组件(滚柱、滚珠) 工作行程长度不受限制 滚动导轨 ? 再循环滚珠滚动组件 (2)液体静压导轨 ? 刚度高,承载力大,运动精度高平稳 无爬行现象。 (3)空气静压导轨和气浮导轨 ? 空气静压导轨面上下左右均受静压作用,导 轨浮在中间,无摩擦力,运动精度和刚度高。 (3)空气静压导轨和气浮导轨 ? 气浮导轨的底平面和侧面有压缩空气,使运 动件浮起,用于运动件重压缩空气压力平稳 3.床身及导轨的材料 (1)优质耐磨铸铁(传统材料) 工艺性好,耐磨性好,热膨胀系数小,振动 衰减能力强。缺点是抗蚀力弱,易生锈。 (2)花岗岩(首选材料) 尺寸稳定性、热膨胀系数、振动衰减力、 耐磨性、抗腐蚀性等方面都优越。缺点是有 吸湿性,产生微量变形;加工工艺性较差。 (3)人造花岗岩(专利) 不同粒度花岗岩用树脂粘接而成,性能优良 三、 进给驱动系统 1. 精密数控系统 一般需要纵、横双坐标联动的精密数控系统, 有些要增加回转工作台,需三轴联动数控系统 系统要有很高的分辩率,达到每脉冲移动量为 0.01 μm。使用伺服电机通过双频激光测量系 统检测位移并反馈给数控系统,形成闭环控制 系统,达到很高的位移精度。 三、 进给驱动系统 2. 滚珠丝杠副驱动 三、 进给驱动系统 2. 滚珠丝杠副驱动 要求正、反转回程无间隙,丝杠副有预载过盈, 螺母常做成两端组合以便精确调整预载应力。 三、 进给驱动系统 3. 液体静压和空气静压丝杠副驱动(更平稳) 三、 进给驱动系统 4. 摩擦驱动 进一步提高导轨 运动平稳性和精 度。 技术难点是两摩 擦轮都用静压轴 承空间位置太挤 结构设计困难。 三、 进给驱动系统 4. 摩擦驱动 有一个和直 流电机相连 的摩擦轮带 动驱动杆2, 驱动杆下面 为气浮导轨 面。 四、 微量进给装置 是超精机床的关键装置,目前可达0.001~0.01 μm分辩率,对超薄切削、曲面的高精度加工及 在线误差补偿很重要。 要求微进给与粗进给分开,提高其精度和稳定性 微量进给机构形式: 机械传动或液压传动;弹性变形式;热变形式; 流体膜变形式;磁致伸缩式;电致伸缩式。 弹性变形式和电致伸缩式比较成熟实用。 机械结构弹性变形微进给装置 工作稳定可靠,精度重复性好,适于手动操作 分辩率0.01μm 重复精度0.02μm 最大位移20μm 电致伸缩式微进给装置 分辩率高达1nm,动特性好,适于自动微量进给 三大关键技术: 电致伸缩传感器 微量进给的机械结构 驱动电源 基本工作原理: 压电效应:晶体在某方向受力产生变形两表面产生电荷。 逆压电效应:在压电晶体上施加电场,晶体会产生变形, 这种现象也称电致伸缩效应。 电致伸缩式微进给装置 压电陶瓷→新型电致伸缩陶瓷 传感器工作原理: 电致伸缩陶瓷片两片一 对,中间通正电,两侧 通负电,多片叠在一起 正负极分别连一起。陶 瓷片在静电场作用下将 伸长。 电致伸缩式微进给装置的结构 要求高刚度,微位移时无摩擦力,结构简单 分辩率0.01μm 最大位移5.2μm 电磁控制微位移工作台 结构简单,随电磁铁线圈电流增大位移加大 三坐标压电微位移工作台 两坐标粗动、三坐标微动工作台组成 1—滚珠丝杠 2—伺服电机 3—滚轮框架 4—压电器件 5—微动台 6—y向导轨 Δy2 Δy1 Δx 7—粗动台 8—x向导轨 Δy= (Δy1+ Δy2)/2 Δθ= (Δy1+ Δy2)/L 9—基座 粗动与微动工作台之间的连接 由四个柔性支柱(两端均有柔性铰链)连接形成 弹性导轨,控制三个器件上电压得三坐标位移 超精密切削机床简介 ? 机床是实现超精密加工的首要条件 ? 美国是超精密机床发展最早水平最高的国家, 英国是第二大国,日本起步较晚,发展较快, 中小型超精密机床已和美国并驾齐驱。 ? 我国超精密机床的研制和生产起步较晚,和 国外有较大差距,必须加大力度研制超精密 机床,为国防工业、尖端技术发展创造条件。乐投体育官网 一、Union Carbide公司的半球车床 加工Φ100 mm半球; ± 0.6μm; Ra0.025μm 1-工件主轴 2-刀具主轴 3-刀具头架 2号 二、 Moore车床 卧式主轴,三 坐标精密数控 工作台纵横及 回转,加工各 种非球曲面, 刀具垂直加工 表面,↑精度 空气垫隔振, 现M-18AG型 仍用此结构。 三、Ex-Cell-O公司的2m镜面立式车床 ? 加工大直径光学部件如2m金属反射镜,有用双半球 空气轴承的Ⅱ—G型卧式车床和Ⅲ-B型立式车床。 四、美LLL实验室DTM-3大型超精密车床 ? LLL与联合碳化物公司合作于83年研制成功 ? 加工金属反射镜、天体望远镜等,零件直径 达2100mm、重量4500kg、半径误差27.9nm ? 内装式精密数控装置和激光干涉测长仪,精 确测量定位;DC电机与摩擦联合驱动,进给 平稳;压电微位移机构实现纳米位移;空气 温度达20±0.005℃。世界公认技术水平高 五、美LLL的LODTM大型光学金刚石车床 ? LLL与航空研究所合作于84年研制成功 ? 加工金属反射镜、天体望远镜等,零件直径 达1625mm,重量1360kg,机床立式结构 ? 4路激光检测横梁上溜板运动,3路激光检测 刀架上下运动,在线测量与误差补偿;防振 地基,整机四个空气弹簧支承;恒温水冷却 温度达20±0.0005℃。世界公认技术水平高 五、美LLL的LODTM大型光学金刚石车床 六、英CUPE的OAGM大型超精密机床 1991年研制 磨削尺寸: 2500mm × 2500mm × 610mm, 精密数控, 三轴联动, 双频激光检 测分辩力为 2.5nm 七、TOYOTA公司的车磨超精密机床 ? 车铣磨加工非球曲面精密钢模具,x y B三轴 精密数控,工件直径100mm,精度0.05 μm乐投体育官网

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