【精品课件】精密和超精密加工的机床设备
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机床的x和y向导轨采用液体静压， z向的磨轴头和测量头采用空气轴承。 床身采用型钢焊接结构，用精密数 控驱动，双频激光测量系统检测运 动位置。
AHN1O型高效专用车削、磨削超精密机床
由日本TOYOTA公司研制。用于加工塑料高精密透镜的金属模。 有一个x和y向调整的刀架及作B轴转动的高精度转台，借助三轴精密数控，可 加工平面、球面和非球曲面。 采用空气轴承，加工直径φ100mm，刀架设计滑板结构，直线移动分辨力 0.01μm，激光测量反馈，定位精度全行程0.03μm。 加工模具形状精度0.05μm，表面粗糙度0.025μm。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
• 空气轴承（又称为气浮轴承）指的是用气体（通常是空气，但也有可能是其 它气体）作为润滑剂的滑动轴承。空气比油粘滞性小，耐高温，无污染，因 而可用于高速机器、仪器及放射性装置中，但其负荷能力比油低。 空气轴承 分为三大类：空气静压轴承、空气动压轴承和挤压膜轴承。在一般工业中， 空气静压轴承用得较广泛。
三、典型超精密机床简介
Union Carbide 半球车床
1962年研制。采用空气静压轴承，立 式结构。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。回转精度达到 0.125μm。
也是世界公认技术水平最高、精度最高的大 型金刚石超精密车床之一。
OAGM 2500大型超精密机床
1991年由英国CUPE公司和SERC 公司联合研制。用于精密磨削和坐 标测量X射线天体望远镜的大型曲 面反射镜，最大加工尺寸 2500mm×2500mm×610mm ， φ2500mm高精度回转工作台。
我国金刚石超精密机床
4.2 精密主轴部件
精密主轴部件是超精密机床保证加工精度的核心。 • 能高速旋转； • 高回转精度、高刚度、高稳定性、寿命长； • 主轴本身及其驱动系统振动极小； • 发热少，且热平衡性能好； • 维护保养方便。
美国Pneumo公司的MSG-325超精密车床
采用T形布局，主轴箱下有导轨作z向运动，刀架溜 板作x向运动。机床空气主轴的径向圆跳动和轴向跳动 均≤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。使用精密的圆弧刃金刚石刀具加工非球曲面的反 射镜，可达到很高的形状精度和很小的表面粗糙度。
美国Moore 车床
1968年研制。由Moore 3型坐标测量机 改造而成。采用卧式空气轴承主轴，三坐 标精密数控，消振和防振措施，加强恒温 控制等。转速5000r/min，径跳<0.1μm。
M-18AG型超精密非球面车床，基本结 构同Moore 3，采用空气静压轴承主轴、 气浮导轨，精密数控系统分辨率0.01μm， 双坐标双频激光测量系统（分辨率 0.01μm）、优质铸铁床身，有恒温油浇淋 机和空气隔振垫支承，抗振性好。
DTM-3大型超精密车床
1983年由美国LLL实验室联合研制。可加 工最大零件φ2100mm重量4500kg的各种金 属反射镜、红外装置零件、大型天体望远镜 等。半径方向形状精度27.9nm，圆度、平面 度12.5nm，Ra≤4.2nm。
采用精密数控伺服方式，控制部分为内装 式CNC装置和激光干涉测长仪，精确测量定 位，在DC伺服机构内装有压电微位移机构， 实现纳米级微位移。
生产多台，在世界多个国家广泛使用。
Ex-Cell-O公司的2m镜面立式车床
1976年研制。主要用于加工直径达2m的金属反射镜。 采用双半球结构空气轴承主轴的II-G型卧式车床，和用 端面止推及半球空气轴承主轴结构的II-B型立式车床。 轴 承 径 向 跳 动 为 0.10~0.13μm ， 端 面 圆 跳 动 为 0.15~0.18μm，2000r/min运转8h的温升在5.6℃以内，径 向刚度为361N/μm。
世界公认技术水平最高、精度最高的大型 金刚石超精密车床之一。
大型光学金刚石车床LODTM
1984年由美国LLL实验室联合研制。可加工 φ1625mm×500mm 、 重 量 1360kg 的 大 型 金 属反射镜。
机床采用立式结构，采用面积较大止推轴承； 7路高分辨力双频激光测量系统；4路激光检测 横梁上溜板的运动；3路激光检测刀架上下运动 位置；使用在线测量和误差补偿；各发热部件 用大量恒温水冷却；用大的地基，地基周围有 防振沟，且整个机床用4个大空气弹簧支承。
精密和超精密加工技术
第四章 精密和超精密加工的机床设备
本章主要提要
4.1 精密和超精密机床发展概况及典型机床简介
一、发展概况
精密机床是实现精密加工的首要基础条件。 • 美国：50年代首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，并发展了相应的空气轴承
主 轴 的 超 精 密 机 床 ； 1983 ～ 1984 研 制 成 功 大 型 超 精 密 金 刚 石 车 床 DTM － 3 型 和 LODTM大型超精密车床。 • 英国：1991粘研制成功大型超精密机床OAGM2500。 • 日本：在声、光、图像、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件超精密加工技术 方面更加先进和具有优势，在中小型超精密机床生产上基本与美国并驾齐驱，甚至超 过了美国。 • 欧洲其它国家：如德国、瑞士、法国、意大利等的超精密机床水平也很高。 • 中国：与国外差距很大。70年代末有长足进步，80年代中期出现了具有接近世界水 平的超精密机床及部件，如：JCS－027超精密车床、JCS－031超精密铣床、JCS－ 035超精密车床等。
有轴承内圈和外圈，外圈上有空 气的进出口空，内圈上有喷嘴。
二、超精密机床进一步发展的规划
1. 美国POMA计划 0.1μm形状精度。已经实现。
2. 日本“超超精密机床”规划 以纳米级精度为目标提高机床精度。已经完成。
3. 中国发展计划 正在研制加工直径1m以上的立式超精密机床。逐步缩小与国外的差距。
AHN1O型高效专用车削、磨削超精密机床
由日本TOYOTA公司研制。用于加工塑料高精密透镜的金属模。 有一个x和y向调整的刀架及作B轴转动的高精度转台，借助三轴精密数控，可 加工平面、球面和非球曲面。 采用空气轴承，加工直径φ100mm，刀架设计滑板结构，直线移动分辨力 0.01μm，激光测量反馈，定位精度全行程0.03μm。 加工模具形状精度0.05μm，表面粗糙度0.025μm。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
• 空气轴承（又称为气浮轴承）指的是用气体（通常是空气，但也有可能是其 它气体）作为润滑剂的滑动轴承。空气比油粘滞性小，耐高温，无污染，因 而可用于高速机器、仪器及放射性装置中，但其负荷能力比油低。 空气轴承 分为三大类：空气静压轴承、空气动压轴承和挤压膜轴承。在一般工业中， 空气静压轴承用得较广泛。
三、典型超精密机床简介
Union Carbide 半球车床
1962年研制。采用空气静压轴承，立 式结构。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。回转精度达到 0.125μm。
也是世界公认技术水平最高、精度最高的大 型金刚石超精密车床之一。
OAGM 2500大型超精密机床
1991年由英国CUPE公司和SERC 公司联合研制。用于精密磨削和坐 标测量X射线天体望远镜的大型曲 面反射镜，最大加工尺寸 2500mm×2500mm×610mm ， φ2500mm高精度回转工作台。
我国金刚石超精密机床
4.2 精密主轴部件
精密主轴部件是超精密机床保证加工精度的核心。 • 能高速旋转； • 高回转精度、高刚度、高稳定性、寿命长； • 主轴本身及其驱动系统振动极小； • 发热少，且热平衡性能好； • 维护保养方便。
美国Pneumo公司的MSG-325超精密车床
采用T形布局，主轴箱下有导轨作z向运动，刀架溜 板作x向运动。机床空气主轴的径向圆跳动和轴向跳动 均≤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。使用精密的圆弧刃金刚石刀具加工非球曲面的反 射镜，可达到很高的形状精度和很小的表面粗糙度。
美国Moore 车床
1968年研制。由Moore 3型坐标测量机 改造而成。采用卧式空气轴承主轴，三坐 标精密数控，消振和防振措施，加强恒温 控制等。转速5000r/min，径跳<0.1μm。
M-18AG型超精密非球面车床，基本结 构同Moore 3，采用空气静压轴承主轴、 气浮导轨，精密数控系统分辨率0.01μm， 双坐标双频激光测量系统（分辨率 0.01μm）、优质铸铁床身，有恒温油浇淋 机和空气隔振垫支承，抗振性好。
DTM-3大型超精密车床
1983年由美国LLL实验室联合研制。可加 工最大零件φ2100mm重量4500kg的各种金 属反射镜、红外装置零件、大型天体望远镜 等。半径方向形状精度27.9nm，圆度、平面 度12.5nm，Ra≤4.2nm。
采用精密数控伺服方式，控制部分为内装 式CNC装置和激光干涉测长仪，精确测量定 位，在DC伺服机构内装有压电微位移机构， 实现纳米级微位移。
生产多台，在世界多个国家广泛使用。
Ex-Cell-O公司的2m镜面立式车床
1976年研制。主要用于加工直径达2m的金属反射镜。 采用双半球结构空气轴承主轴的II-G型卧式车床，和用 端面止推及半球空气轴承主轴结构的II-B型立式车床。 轴 承 径 向 跳 动 为 0.10~0.13μm ， 端 面 圆 跳 动 为 0.15~0.18μm，2000r/min运转8h的温升在5.6℃以内，径 向刚度为361N/μm。
世界公认技术水平最高、精度最高的大型 金刚石超精密车床之一。
大型光学金刚石车床LODTM
1984年由美国LLL实验室联合研制。可加工 φ1625mm×500mm 、 重 量 1360kg 的 大 型 金 属反射镜。
机床采用立式结构，采用面积较大止推轴承； 7路高分辨力双频激光测量系统；4路激光检测 横梁上溜板的运动；3路激光检测刀架上下运动 位置；使用在线测量和误差补偿；各发热部件 用大量恒温水冷却；用大的地基，地基周围有 防振沟，且整个机床用4个大空气弹簧支承。
精密和超精密加工技术
第四章 精密和超精密加工的机床设备
本章主要提要
4.1 精密和超精密机床发展概况及典型机床简介
一、发展概况
精密机床是实现精密加工的首要基础条件。 • 美国：50年代首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，并发展了相应的空气轴承
主 轴 的 超 精 密 机 床 ； 1983 ～ 1984 研 制 成 功 大 型 超 精 密 金 刚 石 车 床 DTM － 3 型 和 LODTM大型超精密车床。 • 英国：1991粘研制成功大型超精密机床OAGM2500。 • 日本：在声、光、图像、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件超精密加工技术 方面更加先进和具有优势，在中小型超精密机床生产上基本与美国并驾齐驱，甚至超 过了美国。 • 欧洲其它国家：如德国、瑞士、法国、意大利等的超精密机床水平也很高。 • 中国：与国外差距很大。70年代末有长足进步，80年代中期出现了具有接近世界水 平的超精密机床及部件，如：JCS－027超精密车床、JCS－031超精密铣床、JCS－ 035超精密车床等。
有轴承内圈和外圈，外圈上有空 气的进出口空，内圈上有喷嘴。
二、超精密机床进一步发展的规划
1. 美国POMA计划 0.1μm形状精度。已经实现。
2. 日本“超超精密机床”规划 以纳米级精度为目标提高机床精度。已经完成。
3. 中国发展计划 正在研制加工直径1m以上的立式超精密机床。逐步缩小与国外的差距。