超精密加工机床的结构设计简述
精密和超精密机床精度建模技术
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几何精度建模
3.几何精度建模理论发展 4.多体误差分析与建模运动学理论概述 多体系统几何结构（描述方法：1.基于图论；2.低序体阵列） 作用：几何描述 （典型体Bj相对于Bi的运动情况—方阵—多体系统坐标系） 转变矩阵（理想运动） 坐标变换，平移，旋转
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几何精度建模
转变矩阵（实际运动） 函数变分概念 变分阵=应变阵+旋转阵+纯平移阵 静止状态——误差取决于联接精确性和内外因素影响 运动状态——误差取决于运动精确性和运动量 线误差和角误差的变换阵 5.多体系统动力学方程 零级运动方程？（理想和实际） 6.多体系统约束 结构约束（自由度） 相对运动约束（约束方程）
3.精密车削的建模和分析
拓扑结构和特征矩阵 刀具模型方程-车刀轨迹参数方程 仿真
4.非球面面形建模和分析 a.杯形砂轮（加工陡度高）；b.平行砂轮；c.球形砂轮（修整） d.离轴非球面的加工方式 误差分析：加工残留误差直接影响工件的面形精度 砂轮形状误差（磨损，安装倾角）
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5.单点超精密车削
刀具及加工表面形貌建模
误差辨别过程：测量误差——建立方程——求解 3.十二线法（9条边+3条对角线） 4.试验系统 结论：九线法与十二线法的结果比较接近， 只有垂直度误差差距较大。
初始点出发3条边——位移误差 另外6条边——颠摆和偏摆误差 3条对角线——滚摆误差
九线法，十二线法，十四线法，十五线法，二十二线法
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1.虚拟加工
2.精密机床的发展和误差描述 加工的尺寸、形状精度： 精密加工技术：0.1~1μm，Ra≤30nm 超精密加工技术：0.1~100nm，Ra≤10nm
超精密加工条件 误差分析：外部误差，内部误差。 建模目的：主要建立机床几何误差和刀具成形误差的模型。 机床几何误差项（每个轴有6项基本误差） 精密和超精密机床加工精度要求
超精密加工的机床设备
超精密加工的机床设备摘要：超精密加工技术的发展直接影响整个国家的制造业发展，影响尖端技术和国防工业的发展。
机床是实现超精密加工的重要载体，机床的制造水平和研究水平便显得非常的重要。
本文在论述目前国内外超精密加工机床的现状的同时，介绍了国内外有代表性的几种超精密加工机床，并介绍分析了超精密机床的精密主轴部件、进给驱动系统、误差建模和补偿技术和数控技术。
关键词：超精密加工机床发展关键技术1.引言制造业是一个国家或地区国民经济的重要支柱，其竞争能力最终体现在新生产的工业产品市场占有率上，而制造技术则是发展制造业并提高其产品竞争力的关键。
精密和超精密加工技术是制造业的前沿和发展方向。
精密和超精密加工技术的发展直接影响到一个国家尖端技术和国防工业的发展，世界各国对此都极为重视，投入很大力量进行研究开发，同时实行技术保密，控制关键加工技术及设备出口。
随着航空航天、高精密仪器仪表、惯导平台、光学和激光等技术的迅猛发展和多领域的广泛应用，对各种高精度复杂零件、光学零件、高精度平面、曲面和复杂形状的加工需求日益迫切。
目前，国外已开发了多种精密和超精密车削、磨削、抛光等机床设备，发展了新的精密加工和精密测量技术。
最近几年，我国的机床制造业虽然发展很快，年产量和出口量都明显增加，成为世界机床最大消费国和第一大进口国，在精密机床设备制造方面取得不小进展，但仍和国外有较大差距。
我国还没有根本扭转大量进口昂贵的数控和精密机床、出口廉价中低档次机床的基本状况。
由于国外对我们封锁禁运一些重要的高精度机床设备和仪器，而这些精密设备仪器正是国防和尖端技术发展所迫切需要的，我们必须投入必要的人力物力，自主发展精密和超精密加工机床，使我国的国防和科技发展不会受制于人。
2.超精密机床的发展现状2.1国外超精密机床发展现状目前在国际上处于领先地位的国家有美国、英国和日本, 这3个国家的超精密加工装备不仅总体成套水平高, 而且商品化的程度也非常高。
复杂数控加工零件加工工艺和程序设计
复杂数控加工零件加工工艺和程序设计随着科技的飞速发展，数控加工技术已经成为现代制造业中不可或缺的一部分。
其中，复杂数控加工零件的加工工艺和程序设计更是制造业的核心技术之一。
本文将探讨复杂数控加工零件的加工工艺和程序设计。
一、加工工艺1、前期准备在开始加工之前，需要准备好相关的图纸、材料和机床。
根据零件的特点和要求，选择合适的材料和机床，并确保机床的精度和性能满足加工需求。
2、装夹定位装夹定位是数控加工过程中的重要环节。
为了保证加工精度和稳定性，需要选择合适的装夹方式和定位基准。
同时，需要考虑到装夹操作的简便性和效率。
3、切削路径规划切削路径规划是数控加工过程中的关键环节之一。
它决定了刀具的运动轨迹和切削速度。
合理的切削路径可以有效地提高加工效率、减小刀具磨损和避免过切。
4、切削参数选择切削参数的选择直接影响到加工效率和零件质量。
需要根据材料的性质、刀具的类型和切削条件等因素，选择合适的切削参数，如切削深度、进给速度和切削速度等。
二、程序设计1、选择编程语言数控程序通常由G代码和M代码组成。
G代码控制机床的移动，M代码控制机床的功能。
根据需要，选择合适的编程语言，如CAM软件或者手工编程。
2、坐标系设定在编程过程中，需要设定工件坐标系和机床坐标系。
通过坐标系的设定，可以确定工件的位置和机床的运动轨迹。
3、切削参数设定在编程过程中，需要根据切削路径和材料性质等因素，设定合理的切削参数，如切削深度、进给速度和切削速度等。
4、程序调试与优化完成程序编写后，需要进行程序调试和优化。
通过模拟加工过程，检查程序是否存在错误或者冲突。
如果存在错误或者冲突，需要进行修正和优化。
同时，也可以通过优化程序来提高加工效率或者减小刀具磨损。
三、总结复杂数控加工零件的加工工艺和程序设计是现代制造业的核心技术之一。
为了确保零件的加工质量和效率，需要深入了解数控加工技术和编程原理。
需要不断探索和创新，提高加工工艺和程序设计水平，以满足不断变化的市场需求。
超精密切削加工技术
（1）积屑瘤的生成规律及影响
• 超精密切削过程中积屑瘤对切削力的影响远远大 于在普通切削中的影响。 • 铝铜材料在低速切削时，切削力较大，随切削速 度的增加，切削力急剧下降，至200～300m/min 后，切削力基本保持不变。 • 其原因在于低速时生成的积屑瘤高，使切削层厚 度大幅度增加，故切削力也大，随速度增加积屑 瘤高度急剧减小，因而切削力也急剧下降。 • 这个规律与普通切削正好相反。
刀具的几何参数影响加工表面粗糙 度
• 若为圆弧刃切削，刀尖半径为r，进给量为f 则表面粗糙度 Rmax=f 2/8r • 若为直刃切削，主偏角Kγ，副偏角Kγ’ 则表面粗糙度 Rmax=f·tgkγ·tgk’ γ/ （tgKγ+tgK’ γ） • 因此刀具的主、辅偏角、刀尖半径和进给 量都会对超精密加工表面的粗糙度产生直 接的影响。
切削用量的选择
切削深度的选择
• 超精密切削时允许的最小切深取决于金刚 石刀具的刃口半径ρ，约是（1/2～1/3）ρ。 • 若刃口半径达到ρ＝0.05～0.01μm，最小切 削深度可以在0.01μm以下，获得超光滑表 面。
进给量和修光刃的选择
• 超精密切削都采用很小的进给量，刀具制 成带修光刃的刀尖结构。 • 但对有修光刃的刀具且f≤0.02mm/r时，进 给量再减小对表面粗糙度的影响甚微。 • 修光刃可以减小加工表面粗糙度，修光刃 的长度取0.05～0.10mm。 • 长度过长，对提高加工表面质量效果不大。
加工环境与边缘技术是不可忽视的 间接因素
②振动 • 电机转子与定子间的磁力不均、联接器因 准直误差和回转振摆等都会产生振动问题。 • 为此需要改善各机械零部件和工艺系统的 动态特性，采用力偶传递动力，如精密摸 床上的双销鸡心夹头。
关于数控机床主轴结构的改进设计
关于数控机床主轴结构的改进设计1. 引言1.1 研究背景数控机床主轴作为整个机床中的核心部件，在加工精度、效率和稳定性等方面起着至关重要的作用。
随着制造业的不断发展和技术的进步，对数控机床主轴结构的要求也越来越高。
目前市场上常见的数控机床主轴结构存在着一些问题，比如轴承摩擦力大、振动噪音大、稳定性差等，影响了机床加工质量和效率。
对数控机床主轴结构进行改进设计具有重要意义。
在当前工业生产中，高精度、高效率、高速度是制造企业追求的目标。
而数控机床主轴结构作为影响机床性能的关键部件之一，需要不断进行创新和改进，以适应不断变化的市场需求。
深入研究主轴结构的改进设计，优化结构材料和加工工艺，对提升数控机床的加工精度和效率具有重要意义。
【2000字】1.2 研究目的研究目的是为了通过对数控机床主轴结构进行改进设计，提高机床的加工精度和工作效率。
当前市场上存在着许多数控机床主轴结构设计较为传统，存在一定的问题，例如在高速高效加工过程中容易产生振动和噪音，影响加工精度和表面质量。
本研究旨在通过优化设计改进数控机床主轴结构，提高其稳定性和刚性，减少振动和噪音，从而提高加工质量和效率。
通过结合结构材料优化和加工工艺改进，探索出一种更加先进和可靠的数控机床主轴结构设计方案，并分析其在技术和经济方面的可行性，为数控机床行业的进一步发展提供参考和指导。
2. 正文2.1 数控机床主轴结构现状数控机床主轴结构是数控机床的核心部件之一，主要负责转动切削工具进行加工。
目前的数控机床主轴结构主要分为直线主轴和滚珠主轴两种类型。
直线主轴结构简单，操作方便，适用于对工件精度要求不高的加工，但主轴刚度较低，容易产生振动。
滚珠主轴结构采用滚珠轴承支撑，具有较高的刚度和承载能力，适用于高精度加工，但制造成本较高。
当前数控机床主轴结构在设计上存在一些问题，如主轴转速范围窄、刚度不足、温升较大等。
这些问题制约了数控机床的加工效率和加工质量。
为了解决这些问题，可以采取改进设计方案。
超精密机床结构
第1章超精密机床结构设计1.1超精密加工技术与超精密加工机床概述1.1.1超精密加工技术的概念超精密加工技术是上世纪50年代未、60年代初发展起来的一项新技术，由于电子技术、计算机技术、宇航和激光等技术发展的需要，美国就组织有关公司和研究机构进行微米级加工技术的研究，在美国诞生的金刚石刀具镜面车削技术催生了超精密加工技术。
1962年美国首先研制出超精密车床(Union Carbide公司，超精密半球面车床)，在该机床上使用单刃金刚石车刀加工直径101.6mm的铝合金半球面，成功地实现了镜面车削，尺寸精度达±0.6m，表面粗糙度为Ra0.025m，迈出了微米级超精密加工的第一步。
目前，超精密加工还没有确切的统一定义。
就其加工而言，超精密加工有两种含义，一是指向传统加工方法不易突破的精度界限挑战的加工；二是指向实现微细尺度界限挑战的加工，即以微电子电路生产为代表的微细加工。
一般认为，加工精度高于0.1微米，粗糙度优于百分之几微米的为超精密加工，更严格的说，尺寸精度为IT－1(在100左右时为0.25m,粗糙度为Ra0.025m)或更高的为超精加工。
所谓微细加工是指在加工微小尺寸零件或微小尺寸结构时，能达到极微细的位移精度和极高的重复精度的加工。
超精密加工技术是尖端技术产品发展中不可缺少的关键加工手段，不管是军事工业还是民用工业都需要这种先进的加工技术。
例如，关系到现代飞机、潜艇、导弹性能和命中率的惯导仪表用精密陀螺、激光核聚变用的反射镜、大型天体望远镜的反射镜和多面棱镜、大规模集成电路的硅片、各种光学仪器的反射镜、陀螺仪框架、伺服阀、激光打印机用的多棱镜、复印机的感光鼓；计算机的硒鼓、磁盘；陀螺仪用的空气轴承、导弹零件、精密泵零件、动压马达；高速摄影机和自动检测装备的扫描镜、激光加工机的多曲面反射镜和聚光镜；录象机的磁头和煤气灶的转阀等都需要超精密加工。
从某种意义上说，超精密加工担负着支持最新科学技术进步的重要使命，也是衡量一个国家科学技术水平的重要标志之一[1]。
国外超精密数控机床概述
国外超精密数控机床概述20世纪50年代后期，美国首先开始进行超精密加工机床方面的研究，当时因开发激光核聚变实验装置和红外线实验装置需要大型金属反射镜，急需反射镜的超精密加工技术和超精密加工机床。
人们通过使用当时精度较高的精密机床，采用单点金刚石车刀对铝合金和无氧化铜进行镜面切削，以此为起点，超精密加工作为一种崭新的机械加工工艺得到了迅速发展。
1962年，Union Carbide公司首先开发出的利用多孔质石墨空气轴承的超精密半球面车床，成功地实现了超精密镜面车削，尺寸精度达到士0.6 um，表面粗糙度为Ra0.025um，从而迈出了亚微米加工的第一步。
但是，金刚石超精密车削比较适合一些较软的金属材料，而在航空航天、天文、军事等应用领域的卫星摄像头方面，最为常用的却是如玻璃、陶瓷等脆性材料的非金属器件。
用金刚石刀具对这些材料进行切削加工，则会使己加工表面产生裂纹。
而超精密磨削则更有利于脆性材料的加工。
Union Carbide公司的另一代表性产品是其在1972年研制成功的R-0方式的非球面创成加工机床。
这是一台具有位置反馈的双坐标数控车床，可实时改变刀座导轨的转角0和半径R，实现非球面的镜面加工。
加工直径达380mm，工件的形状精度为士0.63um，表面粗糙度为Ra0.025 um。
摩尔公司(Mood Special Tool)于1968年研制出带空气主轴的Moori型超精密镜面车床，但为了实现脆性材料的超精密加工，该公司又于1980年在世界上首次开发出三坐标控制的M-18AG型超精密非球面金刚石刀具车削、金刚石砂轮磨削机床。
该机床采用空气主轴，回转精度径向为0.075pm；采用Allen-Braley 7320数控系统；X，Z 轴行程分别为410mm和230mm，其导轨的平直度在全长行程范围内均在0.5um以内，B轴的定位精度在3600范围内是0.38um；采用金刚石砂轮可加工最大直径为356mm的各种非球面的金属反射镜。
德国SPINNER机床简述
德国SPINNER公司主要机床简述一．SB型超精密车床1．SB/C型：12刀位圆刀盘，控制系统SIEMENS 840D或者FANUC 18i，主轴转速：8000转/分棒料直径32mm，5000转/分棒料直径42mm，X=250mm, Z=285mm; 最大车削直径150mm, 床面上回转直径300mm2．S B/C-MC型：12刀位圆刀盘，控制系统SIEMENS 840D或者FANUC 18i，主轴转速：8000转/分棒料直径32mm，5000转/分棒料直径42mm，主轴带C轴功能，其中动力刀位6个X=250mm, Z=285mm; 最大车削直径150mm, 床面上回转直径300mm3．S B/C-T型：12刀位圆刀盘，控制系统SIEMENS 840D或者FANUC 18i，主轴转速：8000转/分棒料直径32mm，5000转/分棒料直径42mm，带尾架X=250mm, Z=285mm; 最大车削直径150mm, 床面上回转直径300mm4．S B/C-TMC型：12刀位圆刀盘，控制系统SIEMENS 840D或者FANU C 18i，主轴转速：8000转/分棒料直径32mm，5000转/分棒料直径42mm，主轴带C轴功能，带尾架，其中动力刀位6个X=250mm, Z=285mm; 最大车削直径150mm, 床面上回转直径300mm5．主要附件：a) 弹簧夹头座b) 弹簧夹头c) 动力卡盘d) 刀座套装e) 轴向动力头f) 径向动力头6．特点：X/Z轴均配有直线光栅尺，全闭环测量系统。
X/Z轴进给丝杠为行星滚柱式丝杠。
主轴内冷设计；电器柜装有空调器；可配线性刀架；以上均为标准配置7．精度：根据德国VDI/DGQ 3441标准X/Z轴分辨率0,0001毫米Tp：X轴=2微米，Z轴=3微米Ps：X/Z轴=0,4微米C轴分辨率0,0001 ，Tp=6秒；Ps=2,5秒工件精车后的圆度< 0,4微米二．PD型超精密车床1．PD/C-T型：16刀位圆刀盘，控制系统SIEMENS 840D或者FANUC 18i，主轴转速：8000转/分棒料直径32mm，5000转/分棒料直径42mm带CNC功能的尾架X=400mm, Z=400mm; 最大车削直径150mm, 床面上回转直径300mm2．PD/C-TMC型：16刀位圆刀盘，控制系统SIEMENS 840D或者FANUC 18i，主轴转速：8000转/分棒料直径32mm，5000转/分棒料直径42mm，主轴带C轴功能，带CNC功能的尾架，其中动力刀位8个X=400mm, Z=400mm; 最大车削直径150mm, 床面上回转直径300mm3．PD/C-S型：16刀位圆刀盘，带副轴；主/ 副轴具有极高的同步精度控制系统SIEMENS 840D或者FANUC 18i，主轴转速：8000转/分棒料直径32mm，5000转/分棒料直径42mm副轴转速：8000转/分棒料直径32mmX=400mm, Z=400mm, Q=400mm 最大车削直径150mm, 床面上回转直径300mm4．PD/C-SMC型：16刀位圆刀盘，带副轴；主/ 副轴具有极高的同步精度控制系统SIEMENS 840D或者FANUC 18i，主轴转速：8000转/分棒料直径32mm，5000转/分棒料直径42mm，副轴转速：8000转/分棒料直径32mm主/ 副轴带C轴功能，其中动力刀位8个X=400mm, Z=400mm，Q=400mm 最大车削直径150mm, 床面上回转直径300mm5．主要附件：a) 弹簧夹头座b) 弹簧夹头c) 动力卡盘d) 刀座套装e) 轴向动力头f) 径向动力头6．特点：X/Z/Q轴配直线光栅尺，全闭环测量系统。
精密和超精密加工复习整理资料
精密和超精密加⼯复习整理资料1.精密和超精密加⼯⽬前包含的三个领域：超精密切削、精密和超精密磨削研磨和精密特种加⼯2.超精密加⼯中超稳定的加⼯环境条件主要指（恒温）、（恒湿）、（防振）和（超净）四个⽅⾯的条件。
3.电⽕花型腔加⼯的⼯艺⽅法有：（单电极平动法）、（多电极更换法）、（分解电极法）、简单电极数控创成法等。
4.超精密加⼯机床的总体布局形式主要有以下⼏种：（T形布局）、（⼗字形布局）、（R-θ布局）、（⽴式结构布局）等。
5.实现超精密加⼯的技术⽀撑条件主要包括：（超精密加⼯机理与⼯艺⽅法）、（超精密加⼯机床设备）、（超精密加⼯⼯具）、（精密测量和误差补偿）、⾼质量的⼯件材料、超稳定的加⼯环境条件等。
6.激光加⼯设备主要包括电源、（激光器）、（光学系统）、（机械系统）、控制系统、冷却系统等部分。
7.精密和超精密加⼯机床主轴轴承的常⽤形式有（液体静压轴承）和（空⽓静压轴承）。
8.⾦刚⽯晶体的激光定向原理是利⽤⾦刚⽯在不同结晶⽅向上（因晶体结构不同⽽对激光反射形成不同的衍射图像）进⾏的。
9.电⽕花加⼯蚀除⾦属材料的微观物理过程可分为（介质电离击穿）、（介质热分解、电极材料熔化、⽓化）、（蚀除物抛出）和（间隙介质消电离）四个阶段。
10.超精密加⼯机床的关键部件主要有：（精密主轴部件）、（导轨部件）和（进给驱动系统）等。
11.三束加⼯是指电⼦束、离⼦束和激光束。
12.所谓空⽓洁净度是指空⽓中含尘埃量多少的程度。
13.⼯业⽣产中常见的噪声主要有空⽓动⼒噪声、机械噪声和电磁噪声。
14.纳⽶级加⼯精度包含：纳⽶级尺⼨精度、纳⽶级⼏何形状精度、纳⽶级表⾯质量。
15.超精密切削时积屑瘤的⽣成规律：1）在低速切削时，h0值⽐较稳定；在中速时值不稳定。
2）在进给量f很⼩时，h0较⼤3）在背吃⼑量a p<25um时，h0变化不⼤；在a p>25um时，h0将随a p的值增⼤⽽增⼤。
16.超精密切削时积屑瘤对切削过程的影响：积屑瘤⾼时切削⼒⼤，积屑瘤⼩时切削⼒⼩。
超精密加工机床的关键部件技术
超精密加工机床的关键部件技术哈尔滨工业大学盖玉先董申1 引言超精密加工机床的研制开发始于20世纪60年代。
当时在美国因开发激光核聚变实验装置和红外线实验装置需要大型金属反射镜，因而急需开发制作反射镜的超精密加工技术。
以单点金刚石车刀镜面切削铝合金和无氧铜的超精密加工机床应运而生。
1980年美国在世界上首次开发了三坐标控制的M-18AG非球面加工机床，它标志着亚微米级超精密加工机床技术的成熟。
日本的超精密加工机床的研制开发滞后于美国20年。
从1981～1982年首先开发的是多棱体反射镜加工机床，随后是磁头微细加工机床、磁盘端面车床，近来则是以非球面加工机床和短波长X线反射镜面加工机床为主。
德国、荷兰以及中国台湾的超精密加工机床技术也都处于世界先进水平。
我国的超精密加工机床的研制开发工作虽起步比较晚，但经过广大精密工程研究人员的不懈努力，已取得了可喜的成绩。
哈尔滨工业大学精密工程研究所研制开发的HCM-Ⅰ超精密加工机床，主要技术指标达到了国际水平。
国外部分超精密加工机床和HCM-Ⅰ超精密加工机床的性能指标如表1所示。
本文主要论述超精密加工机床的关键部件技术。
2 主轴系统超精密加工机床的主轴在加工过程中直接支持工件或刀具的运动，故主轴的回转精度直接影响到工件的加工精度。
因此可以说主轴是超精密加工机床中最重要的一个部件，通过机床主轴的精度和特性可以评价机床本身的精度。
目前研制开发的超精密加工机床的主轴中精度最高的是静压空气轴承主轴(磁悬浮轴承主轴也越来越受到人们的重视，其精度在迅速得到提高)。
空气轴承主轴具有良好的振摆回转精度。
主轴振摆回转精度是除去轴的圆度误差和加工粗糙度影响之外的轴心线振摆，即非重复径向振摆，属于静态精度。
目前高精度空气轴承主轴回转精度可达0.05μm，最高可达0.03μm，由于轴承中支承回转轴的压力膜的均化作用，空气轴承主轴能够得到高于轴承零件本身的精度。
例如主轴的回转精度大约可以达到轴和轴套等轴承部件圆度的1/15～1/20。
【精选资料】国外超精密数控机床概述
英国Cranfield大学的CUPE (Cranfield Unit for Precision Engineering）精密工程研究所是当今世界上最著名的精密工程研究所之一.该所研制的Nanocenter600型超精密机床是一种三轴超精密CNC非球曲面加工机床。通过机床结构的合理化设计，使用高刚度伺服驱动和液体静压轴承使机床具有较高的闭环刚度。X轴和Z轴的激光干涉仪位置测量系统的分辨率为1.25nm，最大加工工件直径为600mm，面型精度优于0。1um，表面粗糙度优于0.O1um.另外,通过垂直轴还能加工非轴对称非球曲面。
一种超精密空气静压车床主轴的设计
本 文提 出一 个 ＴＳ模 糊神 经 网络应 用 于气 动 伺 服 ． 系 统 的控制 ， 中模 糊逻 辑 系统完 成气 动 系统 的控制 ， 其 同时利 用基 于神 经 网络 的学 习算 法调节 隶 属度 函数 的 参数 和神 经 网 络 的权 值 ， 而 优 化 整 个 系 统 的性 能 。 从 应用 所 提 出的控 制方 法 ， 动 执行 器 通 过 多 传 感 器 信 气
２ 主 轴静态 性 能测试
空 气静 压车 床主轴 由两个 圆柱 径 向轴 承 和一个 平
面止推轴承构成 。整体布局采用 “ ” Ｔ 型结构 ， 止推轴 承位 于 主轴 的加 工端 。结 构示 意 图如 图 １ 示 ： 所
测 试之 前 ， 主轴 的右 端 装 上 高 精 密 的 陶瓷 标 准 在 球 作 为测量 基 准 ， 将其 相 对 于主 轴 回 转 中心 的偏 心 并 调 整 到 ０５ ｍ 以下 。在标 准 球 上安 放 两个 超 精 密 电 ． 感微 位 移传感 器 （ 分辨 率为 ００ Ｌ 作为 位置 检测 元 ．１Ｉ ． ｍ）
轴承 的 主要结 构参 数如 Байду номын сангаас ：
精密 、 超精 密 加工 是 机 械 加 工 领 域 重 要 的发 展 方 向 。 目前 ， 国际上 的精 密 及 超 精 密 轴 系 大 多数 采 用 空
气 轴 承作 为支 承单 元 。具有 空气 静压 轴 承 的主轴 结构
形 式 主要有 三 种 ： 一是径 向圆柱 与平 面止 推型 ； 是双 二
为“ 驱” “ 直 或 电主轴 ” 驱动 方式 ， 主轴 的性 能 还将 有 该 较大 的提 升空 间 。
3-6 主轴部件设计
3-6主轴部件设计主轴部件是机床重要部件之一，它是机床的执行件。
它的功用是支承并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成形运动。
主轴部件由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。
主轴部件的工作性能对整机性能和加工质量以及机床生产率有着直接影响，是决定机床性能和技术经济指标的重要因素。
因此，对主轴部件要有较高的要求。
一、主轴部件应满足的基本要求l．旋转精度主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。
旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。
如主轴支承轴颈的圆度，轴承滚道及滚子的圆度，主轴及随其回转零件的动平衡等因素，均可造成径向跳动；轴承支承端面，主轴轴肩及相关零件端面对主轴回转中心线的垂直度误差，止推轴承的滚道及滚动体误差等将造成主轴轴向跳动；主轴主要定心面(如车床主轴端的定心短锥孔和前端内锥孔)的径向跳动和轴向跳动。
对于通用机床和数控机床的旋转精度，国家已有统一规定，详见各类机床的精度检验标准。
2．刚度主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义，如图3—54所示。
如果引起弹性变形的作用力是静力y，则由此力和变形所确定的刚度称为静刚度；如果引起弹性变形的作用力是交变力，其幅度为y，则由该力和变形所确定的刚度称为动刚度，静、动刚度的单位均为N／um。
图3－54主轴部件的刚度主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。
因此，主轴的尺寸和形状、滚动轴承的类型和数量、预紧和配置形式、传动件的布置方式、主轴部件的制造和装配质量等都影响主轴部件的刚度。
主轴静刚度不足对加工精度和机床性能有直接影响，并会影响主轴部件中的齿轮、轴承的正常工作，降低工作性能和寿命，影响机床抗振性，容易引起切削颤振，降低加工质量。
目前，对主轴部件尚无统一的刚度标准。
微型精密车床的设计
摘要微型精密车床的设计，它主要包括以下几个主要部分：床身、主轴箱组件、尾架组件、变速齿轮箱、丝杠等。
床身主要起支撑的作用，所有其他主要部件都安装在床身上，通常在床身上面有内外两组平行的导轨。
主轴箱组件是机床实现旋转运动的执行件，是机床上的一个关键组件。
主轴组件由主轴，主轴支撑和安装在主轴上的传动件，密封件组成。
尾座组件主要由三部分组成。
底座与床身的内侧导轨配合，并可以在导轨上做纵向移动，底座上有一个可以使整个尾座组件夹紧在任意位置上的装置。
变速箱主要通过齿轮的变速最终使刀具按主轴的转数纵向地或横向地精确移动。
采用滚珠丝杠，减小摩擦，提高了运动精度。
本设计主要设计进给部分，包括溜板箱的设计，丝杆的设计，步进电动机的选型和校核计算，刀架的设计。
由于微型精密车床体积小，质量轻，便于运输。
所以微型精密车床得到了广泛的应用关键词微型精密滚珠丝杠溜板箱组件刀架步进电动机AbstractMicro precision lathes design, it mainly includes the following main parts: lathe bed, headstock assembly, tailstock assembly, quick-change gear box ,leadscrew, etc. The bed`s main effect is supporting, all other major components are installed in bed, usually in bed with internal and external two groups of parallel ways. headstock assembly is the realization of rotating machine tools, implementation is a key component. headstock assembly is made up of spindle, spindle support and installed in the transmission shaft and seals. tailstock assembly mainly consists of three parts. Pedestal and the inside of the bed, and can guide ways longitudinal move in on a pedestal, can make whole tailstock assembly clamping device in any position. The quick-change box mainly though changegears eventually made by cutting the number of vertical shaft by turning horizontally o r precise movement. Using the leadscrew, reducing friction, improve the motion precision. This design mainly design the feed part, including the carriage design, leadscrew design, the design of stepping motor selection and design of the check calculation, the tool post design. Because the micro precision lathe, small size, light quality, easy to transport. So the micro precision lathes are widely applied. Keywords micro precision leadscrew carriage assembly tool post stepping motor目录前言 (5)1．绪论 (6)1.1 设计的目的和意义 (6)1.2 微型机械加工技术发展现状趋势分析 (6)1.3 微型精密车床的现状 (7)2．微型精密车床总体方案拟定 (9)2.1 进给部分电动机的选用 (9)2.1.1 步进电动机及其发展 (9)2.1.2步进电动机的特点 (10)2.1.3 步进电动机的类型 (10)2.1.4 步进电机的工作原理 (11)2.1.5 步进电机的常用参数 (12)2.1.6 步进电机具有如下优点 : (13)2.2 丝杆螺母的选用 (14)2.3机床导轨及尾座的设计 (14)2.4 机床床身的设计 (14)3．纵向进给机构设计 (17)3.1 进给系统的概述和总体方案设计 (17)3.2 滚珠丝杠螺母的概述 (17)3.2.1 滚珠丝杠螺母工作原理及其特点 (17)3.2.2 滚珠丝杠螺母的结构循环方式 (18)3.3 丝杆螺母副的选择 (21)3.3.1内循环与外循环的选用说明 (21)3.3.2 滚珠丝杠的轴向间隙调整和预紧方法 (21)3.3.3.滚珠丝杠的安装 (21)3.4 滚珠丝杠螺母副的计算 (22)3.5 滚珠丝杠螺母副的验算 (24)3.5.1 刚度计算 (24)3.5.2 稳定性验算： (25)3.5.3丝杠系统的刚度计算： (26)3.5.4 反向死区的验算： (26)3.6 滚珠丝杠的设计与计算 (27)3.6.1 切削力的计算 (28)3.6.2 滚珠丝杠设计计算 (29)3.7 纵向步进电动机的验算 (30)3.8 消隙齿轮的计算 (34)3.9 消隙轴的设计 (39)3.10 动力计算 (44)3.10.1 小齿轮的转动惯量 (44)3.10.3 计算工作台的转动惯量JW (45)3.10.4 计算丝杠的转动惯量Js (45)4．横向进给机构的设计 (46)4.1 横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤 (46)4.1.1型号选择 (46)4.1.2 横向滚珠丝杠的校核 (46)4.2 横向进给系统的设计和计算 (47)4.2.1 横向进给系统的设计 (47)4.2.2 横向进给系统的设计和计算 (47)4.2.3 滚珠丝杠设计计算 (48)4.2.4 动载强度计算 (49)4.2.5 静强度计算 (51)4.2.6 临界转速校核 (51)4.2.7 额定寿命的校核 (52)4.3 横向进给步进电机的计算 (52)5. 刀架的设计 (54)5.1 减速传动机构的设计 (54)5.2 自动回转刀架的工作原理 (55)结论 (60)致谢 (61)参考文献 (62)前言大学的学习生活即将结束，大学学习生活中的最后一个环节也是最重要一个环节——毕业设计，它是对所学知识和技能的综合运用和检验。
超精密车床运动系统结构分析
Internal Combustion Engine &Parts0引言超精密车床在加工盘形零部件和圆锥形零部件等领域具有重要地位，在武器装备制造中也有广泛应用，是国家武器装备制造领域的实力的表现[1]，在民用领域也有重要作用。
超精密车床的运动精度直接影响所加工零部件的加工质量，因此有必要针对超精密车床的各个运动系统进行结构分析。
1超精密车床整体介绍超精密车床的主要组成包括床身、主轴运动系统、刀具以及导轨运动系统，由于其结构特性，在加工反射镜等盘形零部件及圆锥形零件等领域具有重要应用。
在进行超精密切削加工过程中，由于主轴系统的主轴系统负责装夹工件，并带动工件高速旋转，导轨系统带动刀具进行沿导轨方向的直线进给运动[2]，主轴系统的稳定性和回转精度以及导轨的直线度都对所加工零件的表面质量起着重要影响，为了有效降低主轴系统和导轨系统之间误差的耦合作用，因此将主轴运动系统与床身固连，这样的布局可将主轴系统和导轨系统的稳定性分别进行考虑，降低导轨系统运动对主轴系统精度的影响，提高加工精度。
超精密车床主要应用于端面及圆锥面的加工，主轴系统带动装夹在主轴端部的工件进行旋转实现主切削运动；背吃刀量由刀架进行调整；导轨系统带动刀架上的刀具进行沿X 方向的直线进给运动；通过上述三个运动即可实现车削加工，其中主要的运动是主轴带动工件的主切削运动和导轨带动刀具的直线进给运动[3]，且两个运动的控制是相对独立的，可分开考虑。
2主轴运动系统精密主轴和主轴传动系统共同组成了主轴运动系统，精密主轴作为主轴传动系统上的一个执行部件，影响主轴运动系统精度的是精密主轴的制造精度。
在切削过程中，由传统系统提供动力带动主轴上的工件转动，实现主切削运动，传动系统的控制精度直接影响到所加工工件的加工质量。
2.1精密主轴主轴系统的回转精度是保证超精密机床高精度运动的保障，一般情况下，超精密车床主轴系统的回转精度能达到0.001mm 。
先进制造技术论文-超精密加工技术
金陵科技学院论文先进制造技术——课程结业（论文）设计(论文)题目：超精密加工技术学生姓名：班级：学号：目录摘要 (1)关键词........................................... 错误!未定义书签。
1 绪论 (1)2 超精密加工技术综述 (2)2.1 超精密加工技术的内涵及其重要性 (2)2.2 超精密加工技术的国内外发展现状 (2)3 超精密加工的主要方法 (4)3.1 超精密切削加工 (4)3.2 超精密磨料加工 (4)4 超精密机床 (6)4.1超精密主轴 (6)4.2机床的布局和导轨 (6)4.3超精密驱动系统 (6)4.4在线监测与误差补偿问题 (6)4.5金刚石刀具在超精密切削技术中的应用 (7)5 结论 (8)参考文献 (9)超精密加工技术的发展摘要精密超精密加工技术的发展，直接影响到一个国家尖端技术和国防工业的发展，因此世界各国对此都极为重视，投入很大力量进行研究开发，同时实行技术保密，控制关键加工技术及设备出口。
精密超精密加工技术，是现代机械制造业最主要的发展方向之一。
在提高机电产品的性能、质量和发展高新技术中起着至关重要的作用，并且已成为在国际竞争中取得成功的关键技术。
关键词：超精密；微米；纳米；尖端产品；数字控制1 绪论超精密加工技术综合应用了机械技术发展的新成果及现代电子技术、测量技术和计算机技术等，是尖端技术产品发展中不可缺少的关键环节…。
同时，超精密加工技术的发展也促进了机械、液压、电子、半导体、光学、传感器和测量技术以及材料科学的发展。
从某种意义上说，超精密加工对先进制造技术特别是纳米技术对整个社会生产力水平的提高起到举足轻重的地位，也成为衡量一个国家科技发展的标准之一。
目前超精密加工还没有确切的定义，一般是指达到绝对加工精度为0.1µm或表面粗糙度为Ra 0.0lµm以及达到加工允差和加工尺寸之比为106的加工技术。
4精密和超精密加工的机床设备
采用T形布局，机床空气主轴的径向圆跳动和轴向跳动均小于等于0.05μm。床身溜板用花岗岩制造，导轨为气浮导轨；机床用滚珠丝杠和分辨率为0.01μm的双坐标精密数控系统驱动，用HP5501A双频激光干涉仪精密检测位移。
二、典型机床简介
DTM-3大型超精密车床
1）液体静压轴承的温升很高，难以控制，造成热变形，影响主轴精度。 2）静压油回油时将空气带入油源，形成微小气泡悬浮在油中，不易排出，降低轴承的刚度和动特性。 解决措施： 1）提高静压油的压力到6～8MPa，使油中微小气泡的影响减小，提高静压轴承的刚度和动特性。 2）静压轴承用油经温度控制，基本达到恒温，减少轴承的温升。 3）轴承用恒温水冷却，减小轴承的温升。ຫໍສະໝຸດ 第3节 床身和精密导轨部件
比铸铁长期尺寸稳定性好，热膨胀系数低，对振动的衰减能力强，硬度高、耐磨并不会生锈。
由花岗岩碎粒用树脂粘结而成，可铸造成形，吸湿性低，并对振动的衰减能力加强。
第3节 床身和精密导轨部件
三、导轨分类
导轨的作用和特点
导轨不仅是支承工作台、主轴箱、头架尾架等部件的载荷，而且是还保证各部件间的相对位置与相对运动的精度。但是与主轴部件相比，具有以下的特点：1）工作速度低。2）导轨的工作部分既长又薄，刚度差，是机床最薄弱的环节之一。3）受力情况比较复杂，这样给计算带来困难。4）导轨的加工工作量较大，需配备专用导轨磨床进行加工，甚至需用手工刮研方法以取得较高的导轨精度。
一、发展概况
二、典型机床简介
第1节 精密和超精密机床发展概况及典型机床简介
Union Carbide 公司的半球机床
能加工直径100mm的半球，达到尺寸精度正负0.6μm，表面粗糙度0.025μm。精密空气轴承主轴采用多孔石墨制成轴衬，径向空气轴承的外套可以调整自动定心，可提高前后轴承的同心度，以提高主轴的回转精度。
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超精密加工机床的结构设计简述
作者：艾先云
来源：《西部大开发·中旬刊》2012年第10期
摘要：介绍了超精密加工机床设计遵循的基本思想，并分别从总体布局和模块化设计两个角度阐述了超精密加工机床设计采取的基本结构和模式，分析了其合理性和优越性。
关键词：超精密加工机床；结构设计；总体布局；模块化设计
中图分类号： TG502.31 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2012）10-0032-01
1 概述
超精密加工机床的设计目前尚无一套成熟的设计方法，往往是在已有经验和使用情况的基础上进行机床的设计。
参考国内外一些资料，把超精密加工机床的结构设计基本思想归纳如下：（1）结构上尽可能地提高刚度；（2）结构要简单；（3）床身形状要简单、质量要大、固有振动频率要低；（4）定位精度要很高，而且定位方式应采用闭式控制方式，进给的分辨率要高。
2 超精密车床的总体布局
超精密车床的总体布局直接影响机床的性能和精度。
根据运动要求，现在超精密机床的总体布局有下面几种。
2.1 十字形滑座结构
十字形滑座结构即主轴箱部分固定不动，刀架装在十字形滑板上。
这种布局结构要求十字形滑板的上下导轨，不仅要求有很高的直线运动精度，而且要有非常严格的相互垂直精度，这要求有很高的制造精度，才能满足超精密机床的精度要求，否则下滑板的运动误差将影响上滑板的运动精度。
而且，现在的精密机床，都采用双频激光干涉仪作z、x方向运动的随机位置检测。
这时采用十字形滑座结构很不方便，因为：（1）必须有一路双频激光干涉仪装在移动的十字形滑座上，这将降低测量精度；（2）双频激光干涉测量系统有一定的体积，使整个工作台系统高度大大增加。
采用这种布局时，主轴箱部分固定不动，因此，主轴用传动带驱动很方便，电动机可以有单独地基，可以减少电动机振动对主轴的影响。
2.2 T形布局
近年生产的超精密机床主轴，采用内装式同轴电动机带动，没有带轮和单独的电动机座，主轴箱成为可移动的部件。
采用横、纵运动分离，由主轴箱部件（纵向）和刀架（横向）共同
完成，横、纵向导轨都放在机床的床身上，成T形布局，两导轨可以基本在同一高度上。
这种布局结构，有利于提高导轨的制造精度和运动精度。
同时，检测z、x向运动位置的双频激光测量系统可以装在固定不动的床身上，仅将测量位置的反射镜装在z、x方向的移动部件上。
这样不仅使测量系统的安装要简单得多，而且可以大大提高测量精度。
现在的中小型超精密机床常采用这种布局。
2.3 R-θ布局
刀架溜板装在回转工作台上，改变刀座导轨的转角θ和半径r，可加工非球曲面。
在加工的工件厚度改变时，主轴箱（或回转工作台）需要在z向调整。
这种布局的机床结构比较复杂，加工、调整、计算和习惯用的不一致，因此用的不多。
2.4 立式结构布局
当工件直径较大并且重量较重时，超精密机床多采用立式结构布局。
超精密机床要求高的刚度，故多用龙门形式，滑板在横梁上作x向运动，刀架在滑板上作z向的上下运动。
这种十字滑板结构x向的运动精度将直接影响z向的运动精度。
在机床精度要求特别高时，可采取特殊的在线测量和误差补偿措施，来补偿消除运动误差，如美国的LODTM大型超精密立式机床。
根据要设计的车床的加工要求，故采用前述的第一种布局方式，即十字形滑座结构。
这种布局能够保证主轴部分固定，降低因主轴运动过程中产生的误差、振动等对加工精度的影响。
3 模块化设计
3.1模块化设计的概念及优势
模块是具有独立功能和输入、输出的标准部件。
机床的部件一般指分部件、合成件和零件等基本元件的组合体。
模块具有以下特点：（l）标准化既有给定的功能，又有标准的继承或组合连接方式（如连接结构、尺寸等）。
标准化的模块可以在不同的产品及不同的企业中被广泛应用。
（2）系列化为最大限度且经济合理地满足市场对某类模块化产品的要求，客观上决定了组成该类产品的各具体模块必须设计成相应的系列化模块，以使它们在一定的范围内得到应用。
（3）通用化由于系列化的模块一般只局限于满足某类产品，而标准化的模块虽然能满足不同类型的产品，但成本较高，为此，设计满足在数类产品范围内的通用模块是必要的，这就是模块的通用化。
（4）组合化组合化是指模块在结构上的叠加。
一定类型的模块有其相应的标准连接和尺寸，它通过模块间的叠加连接，便会组合成具有不同功能的各类产品。
（5）集成化集成化是指模块在功能上的有机融合。
不同功能的模块，通过先进的集成处理方法可有机地集成为具有被处理各模块主功能的新模块，也就是说模块的集成化是具有不同功能模块在结构上的一体化。
3.2模块的划分
在进行模块化机械产品的设计时，首先要把目标产品划分成若干模块，然后再以模块为基本单元进行设计制造。
模块划分应遵循的原则：（l）尽量减少产品中包含的模块数，减少模块本身的复杂程度，以避免模块在组合时产生混乱。
（2）以有限的模块数来获得尽可能多的有用组合方案，以满足用户的需求。
（3）划分中务必使模块具有一定的独立性和结构完整性。
（4）要充分注意模块间的结合要素，以便于结合与分离。
（5）要充分考虑模块划分对产品精度、刚度的影响，超精密车床结构设计及仿真。
（6）模块的单元划分应该考虑其经济性。
3.3机床的模块化结构设计
3.3.1床身选择。
床身要支撑整机的重量，它应具有良好的刚度和强度，根据机床的性能不同，可以采取不同形式的床身，比如台式、立式、卧式等型；也可以采用不同材料作床身，比如优质耐磨铸铁、花岗岩、人造花岗岩等。
1）优质耐磨铸铁。
铸铁是制造床身的传统材料，它的优点是工艺性好。
选用耐磨性好，热膨胀系数低，对振动衰减能力强，并经时效处理的优质合金铸铁作超精密机床的床身，可以得到满意的结果。
2）花岗岩。
花岗岩现在已是制造三坐标测量机和超精密机床的床身的热门材料，这是因为花岗岩比铸铁长期尺寸稳定性好，热膨胀系数低，对振动的衰减能力强，硬度高、耐磨并且不会生锈等。
用花岗岩作床身时，一般都用整体方块，钻孔埋入螺母以便和其它件连接。
但花岗岩加工比较困难，而且吸湿后会产生微量变形，影响精度。
3.3.2精密导轨的选择。
精密导轨是超精密机床的直线性基准，对它的基本要求如下：
1）运动平稳，动作灵活，直线运动时绝对没有爬行等不连续动作；
2）有极高的直线运动精度，并且能长期保持它的精度；
3）在实际应用中有与使用条件相适应的刚度；
4）高速运动时发热量要少；
5）维护保养要容易。
参考文献：
[1] 王先逵.精密和超精密加工技术.机械工人（冷加工）[J].北京.2000，（8）.
[2] 何雅全.吴明根.超精密加工基础[J].北京，1993.。