精密和超精密加工的机床设备

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1、精密和超精密加工技术华南理工大学陈松茂讲师1.精密和超精密机床发展概况及典型机床简介2.精密主轴部件3.床身和精密导轨部件4.进给驱动系统5.微量进给装置6.机床运动部件位移的激光在线检测系统7.机床的稳定性和减振隔振8.减少变形和恒温控制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

2、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。一、发展概况2空气轴承（又称为气浮轴承）指的是用气体（通常是空气，

3、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。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。3二、超精密机床进一步发展的规划美国POMA计划0.1μm形状精度。已经实现。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。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。4三、典型超精密机床简介

4、UnionCarbide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。5美国Moore车床1968年研制。由Moore3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Mo

5、ore3，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。生产多台，在世界多个国家广泛使用。6Ex-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

6、度为361N/μm。7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。8DTM-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

7、、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。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。9大型光学金刚石车床LODTM1984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；

8、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。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。10OAGM2500大型超精密机床1991