超精密加工装备及其关键部

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液体静压轴承的缺点
1)液压油温度升高、在不同转速时温度升 高值不等。温度升高将造成热变形，影响 轴的精度。
2)静压油回油时将空气带人油池．形成 微小气泡悬浮在油中．不易徘出．因此将 降低液体静压轴承的刚度和动特性。
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改进方向
1）提高静压油的压力。使油中微小气泡的影 响减小，提高静压轴承的刚度
(4)应具有与使用条件相匹配的、足够大的刚度和负荷容量；
(5)发热少而且热平衡的性能好
(6)维护、保养方便。
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滚动轴承
优点标准化，有互换性
容易购置
滚动轴承的内圈与外圈通过钢球或滚柱相接触
缺点接触振动袁减性能降低
精度寿命难以保证
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精密/超精密加工设备精密主轴部件
液体静压轴承主轴
▪ 液体静压轴承回转精度很高(精度 0.1mm) 转动平稳．无振动，有较 高的刚度和回转精度
液体静压轴承 压力油通过节流阀进入轴承偶合 面间的油腔。使轴在轴套内悬俘，不产生固体摩 擦 当轴受力偏歪时．偶合面间泄油的间隙改变， 造成相对油腔的油压不等，压力差将推动轴回向 原来的中心位置；
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超精密机床主轴和轴承的材料
3．热膨胀系数些小 要减小温升应采用热膨胀系数小的材料制造主轴和轴套．并且 主轴和轴套两种的材料的热膨胀系数应接近、免得空气轴承内 的间隙变化
4．材料的稳定性安好 空气轴承精度高，要避免制成后或使用中变形，需要进行稳 定比处理
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主轴的驱动方式
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滚动导轨
采用再循环圆柱滚动组件和再循环滚珠滚动组件。直线运
(3)进给机构要满足加工精度的要求，而且进给 平稳、均匀、没有振动，
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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 主轴要 求达到极高的回转精改，转动平稳，无振动．其关键在于 所用的精密轴承。
(1)静态和动态回转精度高，振摆小；
(2)主轴的精度寿命长；
(3)主轴本身及驱动系统术不产生振动，或振动极小，而且 震动的衰减特性好；
2)静压轴承用油经过温度控制，使其达到恒温， 减少轴承的温升
3）轴承用恒温水冷却．减小轴承的温升，
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空气静压轴承主轴
特点 空气静压轴承有很高的回转精度．在高
速转动时温升小，因此造成的热变形误差很 小．
空气轴承的主要问题是刚度低．只能承受较小 的载荷。适于超精密切削时切削力小，空气轴 承能满足要求，故在超精密机床中得到广泛的 应用。
1 电动机通过带传动驱动 2 电动机通过柔性联轴节驱动主轴 3 采用内装式同轴电动机驱动机床主轴
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床身和精密导轨部件
1 优质耐磨铸铁
传统的制造床身和导轨的材料．它的优点是工艺性好。耐磨性好， 热膨胀系数低。对振动衰减能强．
2 花岗岩
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、耐磨并不会生锈。
16 加工者的技术熟练程度；
17 加上环境的力、振动、热．清洁程度
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加工的人机系统
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超精密加工装备及其关键部件
(1)回转主轴和回转工作台的精度必须满足加工精 度的要求，而且要具有与加工条件相适应的足够的 刚度；
(2)直线导轨应具有与加工精度相适应的直线进 给精度，而且不产生爬行及微小的振动；
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超精密机床主轴和轴承的材料
1 不易磨损
空气轴承主轴，轴和轴套不接触不会产生磨损。但不通气时 偶然会发生少量转动要求主轴和轴套不咬住或磨损 l多采用石 墨作主气轴承套，轴不易磨损。
2．不易生锈腐蚀
空气轴承工作时无润滑剂。虽通入的压缩空气经过去水，是 干燥的，不致使轴承生锈腐蚀，但如轴承一段时间不工作，潮 湿空气会进入轴承内，因此要求主轴和轴套材料不易生锈腐蚀。
7．工具的尺寸及形状精度；
8．加工机械、工具、工件的磨损和磨伤；
9．工具、工件的定位安装精度；
Io．工件在前道工序加丁中的尺J、形状的
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11 工件材质及其物理、机械性能；
12 工件的形状和尺寸
13 工件材料的不均匀性；
14 加工单位的大小(去陈、结合、变形，等)；
15 测量技术及数据处理(包括尺寸、形状、粗粮度、 性能的测试）
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空气静压轴承主轴
结构空气静压轴承的工作原理和液体静压轴承
类似、轴由压力空气浮在铀套内。轴的中心位置 由相对面的静压空气压力差维持
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双半球空气轴承主轴
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前部用球形后部用圆柱径向空气轴承的主轴
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空气静压轴承主轴
1）回转精度高。轴四周的气体压力的均匀效果，可以比较容易达 到亚微米级的回转精度，而且可长时间保持精度：
2)没有振动。因为是完全空气润滑，在回转过程中几乎不产生振 动。
3)不发热。热变形而使精度降低的因素小 4)经久耐用。因没有摩擦，无论是精度寿命还是轴承寿命都很高。 5)可以高速回转，工作在100000r／min也没有问题，、 6)摩擦阻力小。在低速时摩擦系数几乎等于零，故驱动力小。 7)因为不使用油，所以不会因密封和漏油而发生故障。 8)可靠性高，维护、保养方便。只要气源和供气系统不出问题， 就不会发生故障c
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3 人造花岗岩
花岗岩碎粒用树脂粘结而成，人造花岗岩具有优良的性 能．可铸造成形．具有吸湿性低．并对振动的衰减能力 加强
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床身和精密导轨部件
精密导轨部件要求
(1)运动应均匀、平稳。不允许有停顿或爬行等不连续运动 (2)直线运动精度高。运动的平行度误差与角度误差要小； (3)应具有与使用条件相匹配的足够的刚度； (4)在运动过程个不产生振动； (5)定位精度及重复性精度高；
超精密加工装备及其关键部件
主讲：崔仲鸣
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决定加工精度主要因素
1．给定的精度指标(包括形位公差、尺寸精度表面粗 糙度和加工变质层等)
2．加工机械的直线运动和回转运动精度；
3．加工机械的定位精度(包括夹具的定位精度)；
4．加工机械、工具及工件的刚度；
5．加工机械、工具、工件的振动；
6．加工机械、工具、工件的热变形；