[工学]07-第4章 精密和超精密加工机床.ppt

第4章 精密和超精密加工机床,4.1 精密和超精密加工机床概述,1）提高机床加工精度的方法 运用加工误差理论，改进加工设备，使其加工精度得以提高。,蜕化加工原则,创造性加工原则,用比工件精度高的设备加工零件，加工出的零件的精度低于设备的精度。也叫“母性加工原则”广泛应用的方法。,对精度低于工件精度要求的设备采取合理措施加以改进提高（精化）后，再用来加工高精度零件的方法实现精密加工的主要途径。,第4章 精密和超精密加工机床,2） 蜕化加工原理,以滚齿加工为例：,滚齿机分度误差,齿轮的分度误差机床分度误差刀具误差工件安装偏心其它随机误差,蜕化加工特点：,加工效率高、成本低，适于批量生产 机床精度必须高于工件精度,加工出的齿轮的分度误差大于滚齿机自身的分度误差,第4章 精密和超精密加工机床,3）创造性加工原理,直接法创造性加工 对加工用的机床及其工艺系统进行精化，从而提高工件的加工精度。适用于单件或小量加工高精密零件。,间接法创造性加工 研制更高精度的机床及其工艺系统，再按蜕化法来加工高精度零件。适用于批量精密加工。,第4章 精密和超精密加工机床,4）机床设计提高加工精度的途径,机床主轴系统 导轨系统 （微量）进给机构 稳固的床身 检测与误差补偿系统,第4章 精密和超精密加工机床,4.2 精密机床主轴系统,1） 关键精度要求：,2） 液体静压轴承主轴系统,主轴回转误差（精度）：0.1 m,刚度大、承载能力强 油压：6-8 MPa 油经过恒温控制； 轴承用恒温水冷却,典型液体静压轴承主轴结构 1-径向轴承； 2-止推轴承； 3-真空吸盘,第4章 精密和超精密加工机床,3） 空气静压轴承主轴,允许的转速高； 回转精度高； 刚度低、承载能力小； 气隙：6-15 m； 气压：0.4-0.8 MPa,第4章 精密和超精密加工机床,空气静压轴承主轴示例,第4章 精密和超精密加工机床,1） 液体静压导轨,静压导轨的优点：,消除低速爬行 吸振减振 误差迟钝化 减小摩擦阻力,第4章 精密和超精密加工机床,4.3 精密机床导轨系统,2） 气体静压导轨,第4章 精密和超精密加工机床,3） 静压导轨的精度,第4章 精密和超精密加工机床,4.4 精密机床进给系统,4.4.1 精密数控系统,1）精密数控系统的基本要求：,主要包括：精密数控系统、进给驱动机构,多轴联动（非球曲面要求：x轴、y轴、B转轴三轴联动）,系统高分辨率： 0.01 m /脉冲,驱动电机：直流伺服电机或交流伺服电机,闭环控制：位移信号反馈（光栅磁尺、激光测量系统),2）典型机床数控系统：,德国西门子数控系统 日本发那哥数控系统 中国兰天数控系统、广州数控系统、,第4章 精密和超精密加工机床,4.4.2 进给驱动机构,主要包括：精密滚珠丝杠副、液体/空气静压丝杠副、摩擦副,1）精密滚珠丝杠副驱动,精度指标：螺距误差0.5-1 m；累计螺距误差 3-5 m/300mm,第4章 精密和超精密加工机床,2）液体/空气静压丝杠副驱动,特点： 运动非常平稳 刚度较低 存在反向间隙 成本高,第4章 精密和超精密加工机床,3）摩擦副驱动,特点： 运动非常平稳 直线运动精度高 结构设计困难,第4章 精密和超精密加工机床,4.5 微量进给（微位移）机构,4.5.1 微量进给（微位移）机构的用途,微量进给 超薄切削 精密测量误差补偿 精密仪器微调机构,定义指行程小于1mm，灵敏度和精度高（亚微和纳微级） 的机构。,第4章 精密和超精密加工机床,4.5.2 对微量进给（微位移）机构的要求,高的分辨率和灵敏度 ( 0.001-0.01m ),极低的摩擦系数和高稳定性（重复精度）,末级传动元件高刚度要求,高的动态特性（高频响）,能够实现微进给的自动控制,粗进给、精进给分开设计,工艺性好，机构本身必须能够制造,第4章 精密和超精密加工机床,4.5.3 微位移机构的分类与特点,柔性支承压电或 电致伸缩驱动； 滚动导轨压电或 电致伸缩驱动； 滑动导轨机械式 驱动； 平行弹性导轨机 械式或电磁等驱动； 气浮导轨伺服电 机或直线电机驱动。,第4章 精密和超精密加工机床,第4章 精密和超精密加工机床,4.5.4 机械结构弹性变形微进给原理,特点：工作稳定、重复精度高、分辨率0.01 m、刚度70N/m,第4章 精密和超精密加工机床,4.5.5 压电和电致伸缩传感器及其微位移原理,基本构成：压电/电致伸缩传感器、微位移装置、驱动电源,传感器材料：压电陶瓷PZT（PbZnO-PbT）,特点： 高刚度无间隙级微位移 分辨率1-2.5nm 变形系数较大 很高的响应频率：100s 无空耗电流发热问题,第4章 精密和超精密加工机床,第4章 精密和超精密加工机床,第4章 精密和超精密加工机床,4.5.6 几种典型微位移器工作原理与结构,1）柔性支承压电伸缩微位移器驱动（1）,第4章 精密和超精密加工机床,1）柔性支承压电伸缩微位移器驱动（2）,第4章 精密和超精密加工机床,2）滚动导轨压电器件驱动,第4章 精密和超精密加工机床,3）平行弹簧导轨机械式位移缩小机构驱动,第4章 精密和超精密加工机床,4）平行弹簧导轨电磁伸缩微位移驱动,第4章 精密和超精密加工机床,5）平行弹簧导轨电致伸缩微位移驱动（0.2m）,第4章 精密和超精密加工机床,6）滑动导轨 压电器件驱动,第4章 精密和超精密加工机床,4.6 精密机床的稳定性和减振隔振（自学） 4.7 精密机床热变形与恒温控制（自学）,第4章 精密和超精密加工机床,自学与思考：,（1）影响精密和超精密加工工艺系统稳定性的因素与对策； （2）精密和超精密机床设计中的减振策略与原理； （3）精密和超精密机床的隔振方法与原理； （4）影响精密和超精密加工工艺系统热变形的因素； （5）精密机床的热变形及其危害； （6）精密和超精密机床的恒温控制方法； （7）减小精密和超精密加工环境温度影响的对策； （8）以某精密