超精密加工裝備及其關(guān)鍵部件課件

1、單擊此處添加副標(biāo)題內(nèi)容超精密加工裝備及其關(guān)鍵部件單擊此處輸入你的正文，文字是您思想的提煉，為了最終演示發(fā)布的良好效果，請盡量言簡意賅的闡述觀點(diǎn)。超精密加工裝備及其關(guān)鍵部件單擊此處添加副標(biāo)題內(nèi)容超精密加工裝備及其關(guān)鍵部件單擊此處輸入你的正文，文字是您思想的提煉，為了最終演示發(fā)布的良好效果，請盡量言簡意賅的闡述觀點(diǎn)。 超精密加工裝備及其關(guān)鍵部件 主講：崔仲鳴 2 1給定的精度指標(biāo)(包括形位公差、尺寸精度表面粗糙度和加工變質(zhì)層等)2加工機(jī)械的直線運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動精度；3加工機(jī)械的定位精度(包括夾具的定位精度)；4加工機(jī)械、工具及工件的剛度；5加工機(jī)械、工具、工件的振動；6加工機(jī)械、工具、工件的熱變形；

2、7工具的尺寸及形狀精度；8加工機(jī)械、工具、工件的磨損和磨傷；9工具、工件的定位安裝精度；Io工件在前道工序加丁中的尺J、形狀的決定加工精度主要因素3歡迎 超精密加工裝備及其關(guān)鍵部件 主講：崔仲鳴 2 1給定的精度指標(biāo)(包括形位公差、尺寸精度表面粗糙度和加工變質(zhì)層等)2加工機(jī)械的直線運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動精度；3加工機(jī)械的定位精度(包括夾具的定位精度)；4加工機(jī)械、工具及工件的剛度；5加工機(jī)械、工具、工件的振動；6加工機(jī)械、工具、工件的熱變形；7工具的尺寸及形狀精度；8加工機(jī)械、工具、工件的磨損和磨傷；9工具、工件的定位安裝精度；Io工件在前道工序加丁中的尺J、形狀的決定加工精度主要因素311 工件材質(zhì)

3、及其物理、機(jī)械性能；12 工件的形狀和尺寸13 工件材料的不均勻性；14 加工單位的大小(去陳、結(jié)合、變形，等)；15 測量技術(shù)及數(shù)據(jù)處理(包括尺寸、形狀、粗糧度、 性能的測試）16 加工者的技術(shù)熟練程度；17 加上環(huán)境的力、振動、熱清潔程度4加工的人機(jī)系統(tǒng)5 (1)回轉(zhuǎn)主軸和回轉(zhuǎn)工作臺的精度必須滿足加工精度的要求，而且要具有與加工條件相適應(yīng)的足夠的剛度； (2)直線導(dǎo)軌應(yīng)具有與加工精度相適應(yīng)的直線進(jìn)給精度，而且不產(chǎn)生爬行及微小的振動； (3)進(jìn)給機(jī)構(gòu)要滿足加工精度的要求，而且進(jìn)給平穩(wěn)、均勻、沒有振動， 超精密加工裝備及其關(guān)鍵部件6精密主軸部件 精密主軸部件是超精密機(jī)床保證加工精度的核心 主軸

4、要求達(dá)到極高的回轉(zhuǎn)精改，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，無振動其關(guān)鍵在于所用的精密軸承。(1)靜態(tài)和動態(tài)回轉(zhuǎn)精度高，振擺?。?2)主軸的精度壽命長；(3)主軸本身及驅(qū)動系統(tǒng)術(shù)不產(chǎn)生振動，或振動極小，而且震動的衰減特性好；(4)應(yīng)具有與使用條件相匹配的、足夠大的剛度和負(fù)荷容量；(5)發(fā)熱少而且熱平衡的性能好(6)維護(hù)、保養(yǎng)方便。7滾動軸承優(yōu)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，有互換性容易購置滾動軸承的內(nèi)圈與外圈通過鋼球或滾柱相接觸 缺點(diǎn)接觸振動袁減性能降低精度壽命難以保證8液體靜壓軸承主軸精密/超精密加工設(shè)備精密主軸部件液體靜壓軸承回轉(zhuǎn)精度很高(精度0.1mm) 轉(zhuǎn)動平穩(wěn)無振動，有較高的剛度和回轉(zhuǎn)精度液體靜壓軸承 壓力油通過節(jié)流閥進(jìn)入軸承偶合

5、面間的油腔。使軸在軸套內(nèi)懸俘，不產(chǎn)生固體摩擦 當(dāng)軸受力偏歪時偶合面間泄油的間隙改變，造成相對油腔的油壓不等，壓力差將推動軸回向原來的中心位置；910 1)液壓油溫度升高、在不同轉(zhuǎn)速時溫度升高值不等。溫度升高將造成熱變形，影響軸的精度。 2)靜壓油回油時將空氣帶人油池形成微小氣泡懸浮在油中不易徘出因此將降低液體靜壓軸承的剛度和動特性。液體靜壓軸承的缺點(diǎn)11 2)靜壓軸承用油經(jīng)過溫度控制，使其達(dá)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，1）提高靜壓油的壓力。使油中微小氣泡的影響減小，提高靜壓軸承的剛度改進(jìn)方向12空氣靜壓軸承主軸特點(diǎn) 空氣靜壓軸承有很高的回轉(zhuǎn)精度在高速轉(zhuǎn)動時溫升小

6、，因此造成的熱變形誤差很小空氣軸承的主要問題是剛度低只能承受較小的載荷。適于超精密切削時切削力小，空氣軸承能滿足要求，故在超精密機(jī)床中得到廣泛的應(yīng)用。1314 結(jié)構(gòu)空氣靜壓軸承的工作原理和液體靜壓軸承類似、軸由壓力空氣浮在鈾套內(nèi)。軸的中心位置由相對面的靜壓空氣壓力差維持空氣靜壓軸承主軸15雙半球空氣軸承主軸16前部用球形后部用圓柱徑向空氣軸承的主軸17 1）回轉(zhuǎn)精度高。軸四周的氣體壓力的均勻效果，可以比較容易達(dá)到亞微米級的回轉(zhuǎn)精度，而且可長時間保持精度： 2)沒有振動。因為是完全空氣潤滑，在回轉(zhuǎn)過程中幾乎不產(chǎn)生振動。 3)不發(fā)熱。熱變形而使精度降低的因素小 4)經(jīng)久耐用。因沒有摩擦，無論是精度

7、壽命還是軸承壽命都很高。 5)可以高速回轉(zhuǎn)，工作在100000rmin也沒有問題，、 6)摩擦阻力小。在低速時摩擦系數(shù)幾乎等于零，故驅(qū)動力小。 7)因為不使用油，所以不會因密封和漏油而發(fā)生故障。 8)可靠性高，維護(hù)、保養(yǎng)方便。只要?dú)庠春凸庀到y(tǒng)不出問題，就不會發(fā)生故障c空氣靜壓軸承主軸18超精密機(jī)床主軸和軸承的材料1 不易磨損 空氣軸承主軸，軸和軸套不接觸不會產(chǎn)生磨損。但不通氣時偶然會發(fā)生少量轉(zhuǎn)動要求主軸和軸套不咬住或磨損 l多采用石墨作主氣軸承套，軸不易磨損。 2不易生銹腐蝕 空氣軸承工作時無潤滑劑。雖通入的壓縮空氣經(jīng)過去水，是干燥的，不致使軸承生銹腐蝕，但如軸承一段時間不工作，潮濕空氣會進(jìn)

8、入軸承內(nèi)，因此要求主軸和軸套材料不易生銹腐蝕。19 3熱膨脹系數(shù)些小要減小溫升應(yīng)采用熱膨脹系數(shù)小的材料制造主軸和軸套并且主軸和軸套兩種的材料的熱膨脹系數(shù)應(yīng)接近、免得空氣軸承內(nèi)的間隙變化超精密機(jī)床主軸和軸承的材料4材料的穩(wěn)定性安好空氣軸承精度高，要避免制成后或使用中變形，需要進(jìn)行穩(wěn)定比處理20主軸的驅(qū)動方式1 電動機(jī)通過帶傳動驅(qū)動2 電動機(jī)通過柔性聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動主軸3 采用內(nèi)裝式同軸電動機(jī)驅(qū)動機(jī)床主軸21床身和精密導(dǎo)軌部件1 優(yōu)質(zhì)耐磨鑄鐵傳統(tǒng)的制造床身和導(dǎo)軌的材料它的優(yōu)點(diǎn)是工藝性好。耐磨性好，熱膨脹系數(shù)低。對振動衰減能強(qiáng)2 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(qiáng)，硬度高

9、、耐磨并不會生銹。223 人造花崗巖花崗巖碎粒用樹脂粘結(jié)而成，人造花崗巖具有優(yōu)良的性能可鑄造成形具有吸濕性低并對振動的衰減能力加強(qiáng)23(1)運(yùn)動應(yīng)均勻、平穩(wěn)。不允許有停頓或爬行等不連續(xù)運(yùn)動(2)直線運(yùn)動精度高。運(yùn)動的平行度誤差與角度誤差要?。?3)應(yīng)具有與使用條件相匹配的足夠的剛度；(4)在運(yùn)動過程個不產(chǎn)生振動；(5)定位精度及重復(fù)性精度高；床身和精密導(dǎo)軌部件精密導(dǎo)軌部件要求24滾動導(dǎo)軌采用再循環(huán)圓柱滾動組件和再循環(huán)滾珠滾動組件。直線運(yùn)動的精度可以達(dá)到mm級精度，摩擦系數(shù)0、0020003：1直線滾動軸承滾柱帶保持架在導(dǎo)軌的偶合面間作直線滾動2再循環(huán)滾柱滾動組件 直線滾動軸承的工作長度受到軸承

10、長度的限制。再循環(huán)滾動組件由于滾柱的再循環(huán)它的工作行程長度可以無限沒右任何限制。25再循環(huán)滾柱滾動組件263 再循環(huán)滾珠滾動組件、27直線導(dǎo)軌（產(chǎn)品）28液體靜壓導(dǎo)軌雙圓柱型液體靜壓導(dǎo)軌平面型液體靜壓導(dǎo)軌液體靜壓導(dǎo)軌剛度高，能承受大的載重，直線運(yùn)動精度高，并且平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象29氣浮導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌氣浮導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌可以得到很高的直線運(yùn)動精度，運(yùn)功平穩(wěn) 無爬行，摩擦系數(shù)接近于零，小發(fā)熱在超精密機(jī)床中得到較廣泛的應(yīng)用。30氣浮導(dǎo)軌可以得到較很高的直線運(yùn)動精度，導(dǎo)軌無爬行現(xiàn)象。摩擦系數(shù)接近于零31空氣靜壓導(dǎo)軌有很高的剛度和運(yùn)動精度32超精密進(jìn)給機(jī)構(gòu)的條件(1)不干擾或降低導(dǎo)軟的直線世紀(jì)精度；

11、(2)進(jìn)給速度均勻，遲緒平穩(wěn)：(3)定位精度高；(4)可實(shí)現(xiàn)工作所需要的高速進(jìn)結(jié)或微速坦給(5)精度壽命和使用壽命高；(6)維護(hù)、保養(yǎng)方便。進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)33進(jìn)給機(jī)構(gòu)的種類與特性(1)滑動絲杠進(jìn)給機(jī)構(gòu)(2)滾動絲杠(3)液體靜壓絲杠(4)空氣靜壓絲杠(5)靜壓油缸進(jìn)給機(jī)構(gòu)(6)直流線性電機(jī)進(jìn)給（7）磨擦驅(qū)動34絲杠的螺距誤差與積累誤差對進(jìn)給速度的均勻性和定位精度有直接的影響。精度：螺距誤差：1 mm 累計螺距誤差2mm滑動絲杠進(jìn)給機(jī)構(gòu)35進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)精密數(shù)控系統(tǒng)滾珠絲桿副驅(qū)動直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)的驅(qū)功元件高精密級的滾珠絲杠付對以做到相鄰螺距誤差0.5-1 mm 。36滾珠絲桿副驅(qū)動

12、滾動絲杠3738液體靜壓絲杠靜壓絲杠的原理與靜壓主軸的相同。39直線驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)40直線驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)（續(xù)）直線伺服電動機(jī)驅(qū)動的進(jìn)給單元41直線電動機(jī)進(jìn)給驅(qū)動的主要優(yōu)點(diǎn)速度高，最大進(jìn)給速度可達(dá)80180mmin加速度大，加速度可高達(dá)2gl0g定位精度高，高達(dá)0.1-0.01m行程不受限制。直線電動機(jī)的主要種類： 直流直線電動機(jī) 交流永磁（同步）直線電動機(jī) 交流感應(yīng)（異步）直線電動機(jī)42直線電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流直線電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)交流永磁直線電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)43441） 精微進(jìn)給和粗進(jìn)給應(yīng)分開2)運(yùn)動部分必須是低摩擦和高穩(wěn)定度的3）末級傳動元件必須有很高的剛度4)微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)內(nèi)部聯(lián)接必須是可靠聯(lián)接

13、5)工藝件好，容易制造。精密和超精密微位移機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足下列設(shè)計要求45微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)(1)磁致伸縮微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)具有磁致伸縮效應(yīng)的鐵、帖、鎳等合金，長度將隨磁場強(qiáng)度變化而變化，式中 材料的磁致伸縮系數(shù)464748(2)電致伸縮微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)某些晶體如石英單晶鉑料及壓電陶瓷等的壓電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給49(3)熱膨脹微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)50(4)彈性變形微量進(jìn)給機(jī)構(gòu) 51超精密加工環(huán)境52超精密切削53超精密切削超精密切削加工主要是用高精度的機(jī)床和單晶金剛石刀具進(jìn)行的加工用于加工鋁合金無線銅黃銅非電解鎳等有色金屬和某些非金屬材料表面粗糙度Ra0.02-0.005 mm精度0.01 mm 用于加工陀螺儀，激光反射鏡

14、，天文望還鏡的反射鏡541被加工材料的性質(zhì) 2、金剛石刀具3、加工用的機(jī)床 4、加工條件、5 加工環(huán)境 6、測量影響金剛石精密切削加工的因素55超精密金剛石刀具切削的機(jī)理尺寸/mm10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 切削加工范疇 （切深） 超微細(xì)切削領(lǐng)域細(xì)微切削領(lǐng)域普通切削領(lǐng)域趙精密切削加工與普通切削加工重要區(qū)別就是切削深度小一般都在微米之下。 10-4 以下的切削加工56刀具切削模型5758被切削表面的彈性恢復(fù)刀尖的局部后退最小切削厚度59切削表面形成的模型60影響形成表面的因素(1)切削刃的組糙度(2)切削刃的復(fù)映性(3)毛刺與加工

15、變質(zhì)層61切屑深度對切削形態(tài)的影響62被切削材料與切屑形成狀態(tài)63超精密切削加工用金剛石刀具超稿密切削用工具應(yīng)具備的條件1刀具刃口的鋒利性：刃口半徑越小被切削表面的彈性恢復(fù)量就越小，加工變質(zhì)層也越小。642切削刃的粗糙度工具的輪廓在被切削表面復(fù)映，切削刃的粗糙度決定切削表面的粗糙度普通刀具切削刃粗糙度為Ry0.3-5 mm ，而金剛石刀具的q切刃粗糙度為Ry01一0.2 mm 3刀具與被切削材料的親和性低4刀具的切削刃強(qiáng)度高、耐磨損65金剛石刀具對超精密切削的適應(yīng)性1金剛石的性能指標(biāo)金剛石單位顯微硬度86106KN/mm2莫氏硬度10-導(dǎo)熱系數(shù)142W/ (m*k)熱膨脹系數(shù)0.9-1.451

16、0-6/K研磨能力0.77-1日前在超精密切削中使用最多，效果最好的是天然單晶金剛石刀具。662金剛石刀具刃口的鋒利性金剛石刀具刃口的SEM照片673金剛石刀具刃口的粗糙度金剛石刀具刃口684金剛石刀具切削刃輪廓的復(fù)映性5金剛石刀具的強(qiáng)度與耐缺損性能金剛石刀具的強(qiáng)度、耐缺損性能及耐磨損性能與金剛石的結(jié)晶的方位有關(guān)、6金剛石刀具的熱化學(xué)性能金剛石刀具具有良好的熱特性697071 主軸回轉(zhuǎn)精度30nm 反饋系統(tǒng)分辨率2.5nm 控制系統(tǒng)分辨率5nm 主軸轉(zhuǎn)速50-1500轉(zhuǎn)/分 溜板直線性0.15m/200mm 行程X x Z= 400mm x 400mm 最大加工件直徑800mm 最大加工長度400mm主要技術(shù)參數(shù)：72項 目值 主軸回轉(zhuǎn)精度30nm 反饋系統(tǒng)分辨率2.5nm 控制系統(tǒng)分辨率5nm 主軸轉(zhuǎn)速50-1500轉(zhuǎn)/分 溜板直線性0.15m/200mm 行程X x Z= 400mm x 400mm 最大加工件直徑800mm 最大加工長度400mm 定位精度0.2m/400mm73機(jī)床特點(diǎn)： 采用超精密氣體靜壓主軸及回轉(zhuǎn)工作臺。 超高精度氣動卡盤結(jié)構(gòu)，保