第4章精密與超精密加工的機床設備

1、精密和超精密加工技術嘉庚學院機電系2022-5-93.1 精密和超精密機床發(fā)展概況及 3.2 典型超精密機床的簡介 3.3 精密主軸部件 3.4 床身和精密導軌部件 3.5 進給驅(qū)動系統(tǒng) 3.6 微量進給裝置 3.7 機床運動部件位移的激光在線檢測系統(tǒng) 3.8 機床的穩(wěn)定性和減振隔振 3.9 減少變形和恒溫控制2022-5-92022-5-9 精密機床是實現(xiàn)精密加工的首要基礎條件。1）美國：50年代首先發(fā)展了金剛石刀具的超精密切削技術，并發(fā)展了相應的空氣軸承主軸的超精密機床；19831984研制成功大型超精密金剛石車床DTM3型和LODTM大型超精密車床。2）英國：1991粘研制成功大型超精密

2、機床OAGM2500。3）日本：現(xiàn)在在中小型超精密機床生產(chǎn)上已經(jīng)具有一定的優(yōu)勢，甚至超過了美國。4）中國：JCS027超精密車床、JCS031超精密銑床、JCS035超精密車床等。 一、發(fā)展概況一、發(fā)展概況2022-5-9二、典型機床簡介二、典型機床簡介Union Carbide 公司的半球機床能加工直徑100mm的半球，達到尺寸精度正負0.6m，表面粗糙度0.025m。精密空氣軸承主軸采用多孔石墨制成軸襯，徑向空氣軸承的外套可以調(diào)整自動定心，可提高前后軸承的同心度，以提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。2022-5-9二、典型機床簡介二、典型機床簡介Moore 車床由Moore 3型坐標測量機改造而成。采用

3、臥式主軸，三坐標精密數(shù)控，消振和防振措施，加強恒溫控制等。M-18AG型超精密非球面車床，基本結構同Moore 3，采用空氣靜壓軸承主軸、氣浮導軌、雙坐標雙頻激光測量系統(tǒng)、優(yōu)質(zhì)鑄鐵床身，有恒溫油澆淋機和空氣隔振墊支承。2022-5-9二、典型機床簡介二、典型機床簡介Pneumo 公司的MSG-325超精密車床 采用T形布局，機床空氣主軸的徑向圓跳動和軸向跳動均小于等于0.05m。床身溜板用花崗巖制造，導軌為氣浮導軌；機床用滾珠絲杠和分辨率為0.01m的雙坐標精密數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動，用HP5501A雙頻激光干涉儀精密檢測位移。2022-5-9二、典型機床簡介二、典型機床簡介DTM-3大型超精密車床 采

4、用精密數(shù)控伺服方式，控制部分為內(nèi)裝式CNC裝置和激光干涉測長儀，精確測量定位，在DC伺服機構內(nèi)裝有壓電微位移機構，實現(xiàn)納米級微位移。2022-5-9二、典型機床簡介二、典型機床簡介大型光學金剛石車床LODTM 機床采用立式結構，采用止推軸承，7路高分辨力雙頻激光測量系統(tǒng)，4路激光檢測橫梁上溜板的運動，3路激光檢測刀架上下運動位置，使用在線測量和誤差補償，各發(fā)熱部件用大量恒溫水冷卻，用大的地基，地基周圍有防振溝，且整個機床用4個大空氣彈簧支承。2022-5-9二、典型機床簡介二、典型機床簡介OAGM 2500大型超精密機床機床的x和y向?qū)к壊捎靡后w靜壓，z向的磨軸頭和測量頭采用空氣軸承。床身采用

5、型鋼焊接結構，用精密數(shù)控驅(qū)動，雙頻激光測量系統(tǒng)檢測運動位置。2022-5-9二、典型機床簡介二、典型機床簡介AHNIO型高效專用車削、磨削超精密機床有一個x和y向調(diào)整的刀架及作B軸轉(zhuǎn)動的高精度轉(zhuǎn)臺，借助三軸精密數(shù)控，加工平面、球面和非球曲面。采用空氣軸承，刀架設計滑板結構，直線移動分辨力0.01m，激光測量反饋，定位精度全行程0.03m。加工模具形狀精度0.05m，表面粗糙度0.025m2022-5-9一、液體靜壓軸承主軸一、液體靜壓軸承主軸主軸回轉(zhuǎn)精度主軸回轉(zhuǎn)精度 回轉(zhuǎn)精度回轉(zhuǎn)精度在主軸空載手動或機動低速旋轉(zhuǎn)情況下，在主軸空載手動或機動低速旋轉(zhuǎn)情況下，在主軸前端安裝工件或刀具的基面上所測得的

6、徑向跳動、在主軸前端安裝工件或刀具的基面上所測得的徑向跳動、端面跳動和軸向竄動的大小。端面跳動和軸向竄動的大小。 影響回轉(zhuǎn)精度的因素影響回轉(zhuǎn)精度的因素 （1 1）軸承精度和間隙的影響。）軸承精度和間隙的影響。 （2 2）主軸、支承座等零件中精度的影響。）主軸、支承座等零件中精度的影響。 關鍵在于精密軸承。關鍵在于精密軸承。2022-5-9（一）、滑動軸承的分類（一）、滑動軸承的分類 按滑動軸承工作時軸瓦和軸頸表面間呈現(xiàn)的摩擦按滑動軸承工作時軸瓦和軸頸表面間呈現(xiàn)的摩擦狀態(tài)，滑動軸承可分為狀態(tài)，滑動軸承可分為: 液體摩擦軸承液體摩擦軸承非液體摩擦軸承非液體摩擦軸承液體動壓潤滑軸承液體動壓潤滑軸承液

7、體靜壓液體靜壓潤滑潤滑軸承軸承 按滑動軸承承受載荷的方向可分為按滑動軸承承受載荷的方向可分為:徑向滑動軸承（向心）徑向滑動軸承（向心）推力滑動軸承（止推）推力滑動軸承（止推）2022-5-9根據(jù)潤滑膜的形成原理不同分為：根據(jù)潤滑膜的形成原理不同分為：動壓潤滑軸承動壓潤滑軸承利用相對運動副表面的相對運動利用相對運動副表面的相對運動和幾何形狀，借助流體粘性，把潤滑和幾何形狀，借助流體粘性，把潤滑劑帶進摩擦面之間，依靠自然建立的劑帶進摩擦面之間，依靠自然建立的流體壓力膜，將運動副表面分開的潤流體壓力膜，將運動副表面分開的潤滑方法為流體動壓潤滑?；椒榱黧w動壓潤滑。靜壓潤滑軸承靜壓潤滑軸承在滑動軸承

8、與軸頸表面之間輸入在滑動軸承與軸頸表面之間輸入高壓潤滑劑以承受外載荷，使運動副高壓潤滑劑以承受外載荷，使運動副表面分離的潤滑方法成為流體靜壓潤表面分離的潤滑方法成為流體靜壓潤滑?；?。2022-5-9徑向軸承（徑向軸承（向心軸承向心軸承）徑向軸承的徑向軸承的受力受力FrFr與軸的中心線垂直與軸的中心線垂直止推軸承（推力軸承）止推軸承（推力軸承）止推軸承受力止推軸承受力FaFa與與軸的中心線平行軸的中心線平行FrFa軸承座軸承座徑向軸瓦徑向軸瓦止推軸瓦止推軸瓦2022-5-9（二）、液體靜壓軸承工作原理（二）、液體靜壓軸承工作原理靜壓軸承組成：供油系統(tǒng)、節(jié)流器、軸承2022-5-9 （1）軸承內(nèi)圓

9、柱面上，等間隙地開有幾個油腔（通常為4個）。 （2）各油腔之間開有回油槽。 （3）用過的油一部分從這些回油槽流回油箱（徑向回油），另一部分則由兩端流回油箱（軸向回油）。 （4）油腔四周形成適當寬度的軸向封油面和周向封油面，它們和軸頸之間的間隙一般為 0.020.04mm。 （5）油泵供油壓力為ps ，油液經(jīng)節(jié)流器T進入各油腔，將軸頸推向中央，油液最后經(jīng)封油面流回油箱，壓力降低為零。 （6）當主軸不受載荷且忽略自重時，則各油腔的油壓相同，保持平衡，軸在軸承正中心，這時軸頸表面與各腔封油面之間的間隙相等，均為h0。 （7）當主軸受徑向載荷（包括自重）F作用后，軸頸向下移動產(chǎn)生偏心量e。2022-5

10、-9 （8）油腔3處的間隙減小為h0-e ，由于油液流過間隙小的地方阻力大，流量減小，因而流過節(jié)流器T3的流量減少，壓力損失隨之減小 （9）供油壓力ps 一定，油腔3內(nèi)的油壓p3升高 （10）油腔1處的間隙增大為h0e，由于油液流過間隙大的地方阻力小，流量增加，因而流過節(jié)流器T1的流量增加，壓力損失亦隨著增加，所以油腔1內(nèi)的油壓p就降低，這樣油腔3與油腔1之間形成了壓力p = p3 -p1，產(chǎn)生與載荷方向相反的托起力，以平衡外載荷F。 （11）如油腔的有效承載面積為A，則軸承的承載能力為：F= A（p3 - p1） （12）各油腔由同一個液壓泵供油，則每個油腔必須串聯(lián)一個節(jié)流器。 （13）沒有

11、節(jié)流器，各油腔油壓相同，互相抵消，就不能平衡外載荷了，這時主軸產(chǎn)生位移，甚至使軸頸與軸承表面接觸 （14）油腔壓力是液壓泵供給的，與軸的轉(zhuǎn)速無關。因此，靜壓軸承可以在很低的轉(zhuǎn)速下工作。2022-5-9 1）液體靜壓軸承的溫升很高，難以控制，造成熱變形，影響主軸精度。 2）靜壓油回油時將空氣帶入油源，形成微小氣泡懸浮在油中，不易排出，降低軸承的剛度和動特性。 解決措施： 1）提高靜壓油的壓力到68MPa，使油中微小氣泡的影響減小，提高靜壓軸承的剛度和動特性。 2）靜壓軸承用油經(jīng)溫度控制，基本達到恒溫，減少軸承的溫升。 3）軸承用恒溫水冷卻，減小軸承的溫升。（三）、液體靜壓軸承的缺點（三）、液體靜

12、壓軸承的缺點2022-5-9二、空氣靜壓軸承主軸二、空氣靜壓軸承主軸圓柱徑向軸承和端面圓柱徑向軸承和端面止推空氣靜壓軸承止推空氣靜壓軸承徑向軸承的軸套制成外徑向軸承的軸套制成外面鼓形，能自動調(diào)整定面鼓形，能自動調(diào)整定心。心。軸套的外表面做凸軸套的外表面做凸形球面，與軸承蓋及軸形球面，與軸承蓋及軸承座上的凹形球面相配承座上的凹形球面相配合。當軸變形時，軸套合。當軸變形時，軸套可以自動調(diào)整位置，從可以自動調(diào)整位置，從而保證軸頸與軸而保證軸頸與軸鼓鼓為面為面接觸。用多孔石墨的軸接觸。用多孔石墨的軸襯代替小節(jié)流孔。襯代替小節(jié)流孔。2022-5-9雙半球空氣軸承主軸雙半球空氣軸承主軸前后軸承均采用半球狀

13、，既是徑向軸承又是軸向軸承。由于軸承的氣浮面是球面，有自動調(diào)心作用，可提高前后軸承的同心度，提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。2022-5-9前部用球形后部用圓柱前部用球形后部用圓柱徑向空氣軸承的主軸徑向空氣軸承的主軸2022-5-9立式空氣軸承立式空氣軸承2022-5-9三、超精密機床主軸和軸承的材料三、超精密機床主軸和軸承的材料1）不易磨損。用多孔石墨作空氣軸承套。2）不易生銹腐蝕。3）熱膨脹系數(shù)小，且主軸和軸套的熱膨脹系數(shù)要接近。4）材料的穩(wěn)定性好。38CrMoAl氮化鋼，經(jīng)表面氮化和低 溫穩(wěn)定處理，不銹鋼和多孔石墨和軸承鋼。 此外：銦鋼、花崗巖、微晶玻璃和陶瓷。2022-5-9四、主軸的驅(qū)動方式四、

14、主軸的驅(qū)動方式1）電動機通過帶傳動驅(qū)動2）電動機通過柔性聯(lián)軸器驅(qū)動3）采用內(nèi)裝式同軸電動機驅(qū)動2022-5-9一、超精密機床的總體布局一、超精密機床的總體布局1)主軸箱位置固定，刀架裝在十字形滑板上2）T形布局3）R 布局4）立式結構布局2022-5-9二、床身和導軌的材料二、床身和導軌的材料 鑄鐵成本低 有良好減振性和耐磨性 易于鑄造和切削加工 導軌常用的鑄鐵灰鑄鐵、孕育鑄鐵、耐磨鑄鐵 灰鑄鐵應用最多的牌號是HT200 常用的孕育鑄鐵牌號是HT300 耐磨性高于灰鑄鐵，但較脆硬，不易刮研，且成本較高。 常用于較精密的機床導軌 耐磨鑄鐵中應用較多的是高磷鑄鐵、磷銅鈦鑄鐵及釩鈦鑄鐵 與孕育鑄鐵相

15、比，其耐磨性提高12倍，但成本較高 常用于精密機床導軌優(yōu)質(zhì)耐磨鑄鐵優(yōu)質(zhì)耐磨鑄鐵2022-5-9花崗巖花崗巖比鑄鐵長期尺寸穩(wěn)定性好，熱膨脹系數(shù)低，對振動的衰減能力強，硬度高、耐磨并不會生銹。人造花崗巖人造花崗巖由花崗巖碎粒用樹脂粘結而成，可鑄造成形，吸濕性低，并對振動的衰減能力加強。2022-5-9三、導軌分類三、導軌分類導軌的作用和特點導軌不僅是支承工作臺、主軸箱、頭架尾架等部件的載荷，而且是還保證各部件間的相對位置與相對運動的精度。但是與主軸部件相比，具有以下的特點：1）工作速度低。2）導軌的工作部分既長又薄，剛度差，是機床最薄弱的環(huán)節(jié)之一。3）受力情況比較復雜，這樣給計算帶來困難。4）導軌

16、的加工工作量較大，需配備專用導軌磨床進行加工，甚至需用手工刮研方法以取得較高的導軌精度。2022-5-9導軌的基本要求（一）導向精度高1、導軌在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)的直線度2、導軌的平行度3、導軌間的垂直度（二）足夠的剛度外力作用下導軌本身抵抗變形的能力三、導軌分類三、導軌分類2022-5-9導軌的基本要求（三）精度保持性（耐磨性）好1、降低導軌面的比壓；2、良好的防護與潤滑；3、正確選擇導軌副的材料和熱處理；4、選擇合理的加工方法。（四）運動的靈敏度是運動部件從靜止到開始移動期間，進給機構刻度盤轉(zhuǎn)過值的大小?？潭戎翟叫。`敏度越高。三、導軌分類三、導軌分類2022-5-9按兩導軌面間的摩擦性質(zhì)

17、分類1）滑動導軌兩導軌面間是滑動摩擦。又可按兩導軌面間的摩擦狀態(tài)的不同而分為液體或氣體靜壓導軌及流體動壓導軌。2）滾動導軌兩導軌面間是滾動摩擦。又可按中間滾動體的不同而分為：滾珠導軌、滾柱導軌、滾針導軌及滾動軸承導軌等。2022-5-9滑動導軌按導軌的截面形式分滑動導軌分兩大類凸形和凹形凸形導軌不易積存切屑，但難以保存潤滑油，只適合于低速運動凹形導軌潤滑性能良好，適合于高速運動，為防止落入切屑等，必須配備良好的防護裝置2022-5-9四、導軌的結構形式四、導軌的結構形式三角形導軌支承導軌為凸形時山形導軌支承導軌為凹形時V形尋軌三角形導軌依靠三角形的兩個側面導向，磨損后能自動補償，不影響導向精度

18、支承導軌為山形時，不易積存較大的切屑，也不易存留潤滑油適用于不易防護、速度較低的進給運動導軌支承導軌為V形時，由于能得到較充足的潤滑，除用于精密和大型機床的進給導軌外，還可用于主運動導軌，如龍門刨床床身導軌必須很好地防護，以防落入切屑和灰塵2022-5-9三、導軌的結構形式三、導軌的結構形式矩形導軌矩形導軌制造簡單、剛度高、承載能力大，具有水平和垂直兩個方向的導軌面，而且兩個導軌面的誤差不會相互影響，便于安裝調(diào)整側面磨損后不能自動補償，需要有間隙調(diào)整裝置，因此導向性較差適用于載荷較大而導向性要求不高的機床矩形導軌2022-5-9三、導軌的結構形式三、導軌的結構形式燕尾形導軌燕尾形導軌結構緊湊、

19、高度尺寸較小，可承受顛覆力矩磨損后不能自動補償間隙，需用鑲條調(diào)整，剛性較差，摩擦力較大，制造和檢修都比較復雜一般用作中、低速的多層導軌圓柱形導軌制造簡單要求加工時就直接達到較高精度磨損后很難調(diào)整和補償間隙圓柱形導軌具有兩個自由度，通常多用在承受軸向載荷的場合燕尾形導軌圓柱形導軌2022-5-9三、導軌的結構形式三、導軌的結構形式雙三角形組合導向精度高，磨損后能自動補償，具有較好的精度保持性，很難達到四個表面同時接觸的要求，制造困難適用于精度要求較高的機床在載重偏離中央時，仍能保持良好導向，美國Moore公司生產(chǎn)的坐標鏜床、坐標測量機采用雙三角形導軌。2022-5-9三、導軌的結構形式三、導軌的

20、結構形式具有較大的承載能力、制造調(diào)整比較簡單導向性差，磨損后不能自動補償，對加工精度有較大影響多用于普通精度機床和重型機床，如X6132工作臺導軌。雙矩形組合2022-5-9三、導軌的結構形式三、導軌的結構形式導向性好、制造方便和剛度高應用最廣泛如CA6140型普通車床溜板、B2020工作臺導軌、M1432A砂輪架導軌等。三角形矩形組合2022-5-9三、導軌的結構形式三、導軌的結構形式兩個燕尾平面同時起導向及壓板作用不能承受過大的顛覆力矩，摩擦損失較大用于要求層次多、尺寸小、調(diào)整間隙方便和移動速度不大的場合如CA6140刀架、B6050滑枕導軌等 燕尾形組合2022-5-9四、滾動導軌四、滾

21、動導軌滾動導軌的優(yōu)點滾動導軌就是在導軌面之間裝有一定數(shù)量的滾動體，兩個導軌面只和滾動體接觸，使導軌面之間的摩擦性質(zhì)成為滾動摩擦。特點：摩擦系數(shù)?。?.00250.005） 靜、動摩擦系數(shù)很接近 運動輕便靈活； 運動所需功率??； 摩擦發(fā)熱少； 磨損?。?精度保持性好(鋼制淬硬導軌修理期間隔可達1015年) 低速運動平穩(wěn)性好，一般沒有爬行現(xiàn)象2022-5-9四、滾動導軌四、滾動導軌滾動導軌的優(yōu)點 移動精度和定位精度高（一般重復定位誤差約0.10.2m）。 滾動導軌潤滑簡單（可用油脂潤滑）； 維護方便（只需更換滾動體）； 高速運動時不會象滑動導軌那樣因動壓效應而浮起2022-5-9滾動導軌的應用 需

22、要實現(xiàn)精密位移的機床，如坐標鏜床、數(shù)控機床、仿形機床等。 外圓磨床砂輪架為實現(xiàn)微量進給： 工具磨床為手搖工作臺輕便； 立式車床為提高速度； 平面磨床工作臺導軌為防止高速移動時產(chǎn)生浮起，以提高加工精度； 大型外圓磨床工作臺導軌為了減輕阻力和減少發(fā)熱等也采用滾動導軌。四、滾動導軌四、滾動導軌2022-5-9滾珠導軌滾珠導軌結構緊湊，容易制造，成本較低導軌表面屬于點接觸，剛度低，承載能力較小適用于載荷較小的機床2022-5-9滾柱導軌承載能力和剛度：都比滾珠導軌大應用：載荷較大的機床，應用最廣泛對導軌不平行度（扭曲）要求較高，否則要造成滾柱的偏移和側向滑動，使導軌磨損加劇和降低精度。因此，滾柱最好做

23、成腰鼓形，中間直徑比兩端大0.02mm左右。2022-5-92022-5-9再循環(huán)滾柱滾動組件2022-5-9再循環(huán)滾珠滾動組件2022-5-9滾動導軌的預緊 在滾動體與導軌面之間預加一定載荷，可增加滾動體與導軌面的接觸，以減小導軌面平面度、滾子直線度及滾動體直徑不一致誤差的影響，使大多數(shù)滾動體均能參加工作。由于有預加接觸變形，接觸剛度增加。因而滾動導軌的預緊提高了導軌的精度和剛度。阻尼性能也有所增加，提高了導軌的抗振性。2022-5-9五、液體靜壓導軌五、液體靜壓導軌靜壓導軌特點工作原理與靜壓軸承相同。將具有一定壓力的潤滑油，經(jīng)節(jié)流器輸入到導軌面上的油腔，即可形成承載油膜，使導軌面之間處于純

24、液體摩擦狀態(tài)。優(yōu)點：導軌運動速度的變化對油膜厚度的影響很?。?載荷的變化對油膜厚度的影響很?。?液體摩檫，摩檫系數(shù)僅為0.005左右，油膜抗振性好。缺點：導軌自身結構比較復雜； 需要增加一套供油系統(tǒng)； 對潤滑油的清潔程度要求很高。主要應用：精密機床的進給運動和低速運動導軌2022-5-9五、液體靜壓導軌五、液體靜壓導軌2022-5-9六、氣浮導軌和空氣靜壓導軌六、氣浮導軌和空氣靜壓導軌氣浮導軌常用平導軌，運動導軌的底平面和兩側導軌有壓縮空氣，使滑板或工作臺浮起，工作臺的浮起是氣浮作用，但側面是氣體靜壓作用。美國Pneumo公司的MSG325使用氣浮導軌。2022-5-9六、氣浮導軌和空氣靜壓導

25、軌六、氣浮導軌和空氣靜壓導軌空氣靜壓導軌運動件的導軌面，上下、左右均在靜壓空氣的約束下，比氣浮導軌的剛度和運動精度高。靜壓空氣的節(jié)流方式：多孔石墨節(jié)流、小孔節(jié)流、毛細管節(jié)流、狹縫節(jié)流、表面節(jié)流。靜壓空氣壓力46大氣壓。2022-5-9一、數(shù)控系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)一、數(shù)控系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的組成伺服系統(tǒng)的組成 數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)按其功能可分為：進給伺服系統(tǒng)和主軸伺服系統(tǒng)。 主軸伺服系統(tǒng)用于控制機床主軸的轉(zhuǎn)動。 進給伺服系統(tǒng)是以機床移動部件（如工作臺）的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，通常由伺服驅(qū)動裝置、伺服電機、機械傳動機構及執(zhí)行部件組成。 進給伺服系統(tǒng)的作用：接受數(shù)控裝置發(fā)出的進給速度和位移

26、指令信號，由伺服驅(qū)動裝置作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服電機（直流、交流伺服電機、功率步進電機等）和機械傳動機構，驅(qū)動機床的工作臺等執(zhí)行部件實現(xiàn)工作進給或快速運動。2022-5-9 數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)按其功能可分為：進給伺服系統(tǒng)和主軸伺服系統(tǒng)。 進給伺服系統(tǒng)是以機床移動部件（如工作臺）的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，通常由伺服驅(qū)動裝置、伺服電機、機械傳動機構及執(zhí)行部件組成。 進給伺服系統(tǒng)的作用：接受數(shù)控裝置發(fā)出的進給速度和位移指令信號，由伺服驅(qū)動裝置作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服電機（直流、交流伺服電機、功率步進電機等）和機械傳動機構，驅(qū)動機床的工作臺等執(zhí)行部件實現(xiàn)工作進給或快速運動。 進給伺

27、服系統(tǒng)進給伺服系統(tǒng)一、數(shù)控系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)一、數(shù)控系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)2022-5-9位置控制模塊速度控制單元伺服電機 工作臺 位置檢測測量反饋伺服驅(qū)動裝置指令速度環(huán)位置環(huán)速度檢測一、數(shù)控系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)一、數(shù)控系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)結構2022-5-9一、數(shù)控系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)一、數(shù)控系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的基本要求1、位移精度高2、穩(wěn)定性好3、快速響應4、調(diào)速范圍寬5、低速大扭矩2022-5-9二、精密數(shù)控系統(tǒng)二、精密數(shù)控系統(tǒng)對超精密機床，刀具和工件的z向和x向運動以及加工非球曲面的精密回轉(zhuǎn)工作臺都是由精密數(shù)控系統(tǒng)進行控制的。精密數(shù)控系統(tǒng)通過直流伺服電機或交流伺服電機，雙頻激光測量系統(tǒng)檢測z向和

28、x向的位移反饋給精密數(shù)控系統(tǒng)，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，達到要求的位移精度。2022-5-9三、滾珠絲杠副驅(qū)動三、滾珠絲杠副驅(qū)動 進給的驅(qū)動元件，滾珠在絲杠和螺紋槽內(nèi)滾動，摩擦力小，且滾珠在螺母內(nèi)有再循環(huán)通道。滾珠絲杠副要求正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)沒有回程間隙，要求滾珠絲杠和螺母間有一定的預載過盈。精密級和高精密級滾珠絲杠的螺母常做成兩段組合。為減小滾珠絲杠的徑向圓跳動和軸向跳動對導軌直線運動的影響，采用螺母和工作臺柔性連接，即螺母裝在柔性的過渡連接塊上再和工作臺固定。2022-5-9四、液體靜壓和空氣靜壓絲杠副驅(qū)動四、液體靜壓和空氣靜壓絲杠副驅(qū)動提高進給運動的平穩(wěn)性。液體靜壓軸承的間隙大，氣體靜壓軸承的間隙小。2

29、022-5-9五、摩擦驅(qū)動五、摩擦驅(qū)動進一步提高導軌運動的平穩(wěn)性和精度，優(yōu)于滾珠絲杠副的驅(qū)動。2022-5-9一、對微量進給裝置的要求一、對微量進給裝置的要求 微量進給裝置具有微量移動或微量轉(zhuǎn)動及微量進給等功用。 微量進給機構應滿足的要求： 1）精微進給和粗進給應分開； 2）運動部分必須是低摩擦和高穩(wěn)定度的； 3）末級傳動元件必須具有很高的剛度； 4）微量進給機構內(nèi)部聯(lián)接必須是可靠聯(lián)接； 5）工藝性好，容易制造； 6）微量進給機構具有好的動特性； 7）微量進給機構應能實現(xiàn)微量進給的自動控制。2022-5-9二、對微量進給裝置的應用二、對微量進給裝置的應用1）實現(xiàn)微量進給；2）實現(xiàn)超薄切削；3）

30、在線誤差補償；4）用于切削加工非軸對稱特殊型面。2022-5-9三、機械結構彈性變形微量進給裝置三、機械結構彈性變形微量進給裝置2022-5-9四、壓電和電致伸縮傳感器進給裝置四、壓電和電致伸縮傳感器進給裝置壓電和電致伸縮傳感器的材料 壓電材料可以將壓強、振動等迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，或?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)變?yōu)檎駝有盘枺簿褪钦f壓電材料在外電場的作用下可以產(chǎn)生微小變形，同時也可以將微小變形轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴?由于壓電材料對于所加應力能產(chǎn)生可測量的電信號，因此在高智能材料系統(tǒng)中可用做傳感器。在機器人上做觸覺傳感器可感知溫度、壓力，采用不同模式可以識別邊角、棱等幾何特征。同時這種材料具有熱釋電效應，可用作溫度傳感器。

31、 壓電陶瓷是一種具有能量轉(zhuǎn)換功能的陶瓷，在機械力的作用下發(fā)生形變時，會引起表面帶電。帶電強度的大小，可以和施加電場的強度成正比，也可以成反比。因此，能夠在各個領域中得到廣泛應用。壓電陶瓷PZT。2022-5-9電致伸縮傳感器的結構和性能兩片成一對，中間通正電，兩側通負電，將很多對陶瓷片疊在一起，正極聯(lián)在一起，負極聯(lián)在一起。要提高電致伸縮傳感器的動態(tài)特性，應減少傳感器中的陶瓷片，減少傳感器的電容量。2022-5-9電致伸縮式微量進給裝置的結構2022-5-9電致伸縮式微量進給裝置的結構2022-5-9一、激光在線檢測系統(tǒng)的工作原理一、激光在線檢測系統(tǒng)的工作原理 超精密機床的工件的形狀由機床的兩坐

32、標（z向和x向）的精密數(shù)控系統(tǒng)來控制工件和刀具的相對位置。精密數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)在采用閉環(huán)控制，即機床的運動部件的位移用裝在機床內(nèi)部的雙頻激光干涉測距系統(tǒng)隨機精確檢測，將數(shù)據(jù)反饋給精密數(shù)控系統(tǒng)，保證位移運動的高精度。2022-5-9二、二、MSG325超精密機床的激光檢測系統(tǒng)超精密機床的激光檢測系統(tǒng)美國HP公司生產(chǎn)的HP5501兩坐標雙頻激光干涉測量系統(tǒng)。主軸箱作z向運動，刀架作x向運動。激光測量系統(tǒng)的分辨率為0.01微米，大部分激光光路采用封閉。2022-5-9三、三坐標測量機激光位移測量系統(tǒng)三、三坐標測量機激光位移測量系統(tǒng)2022-5-9四、四、LODTM大型光學金剛石車床激光測量系統(tǒng)大型光學金剛石車床激光測量系統(tǒng)2022-5-9一、機床的穩(wěn)定性1、各部件的尺寸穩(wěn)定性好 1）采用尺寸穩(wěn)定性好的材料制造機床