毕业设计（论文）-大口径光学非球面磨床X向导轨及床身的设计

第一章绪论1.1课题来源 本课题来源于“大口径光学非球曲面加工机床和成套应用工艺”，本课题属于此技术一部分研究方向，《大口径光学非球面磨床X向导轨及床身的设计与研究》。1.2课题研究背景超精密加工技术是因宇航技术和军事技术的发展需要，于20世纪60年代初在美国形成和发展起来的。最具有里程碑和代表性的技术是金刚石镜面切削技术，它推动了超精密机床技术的发展并奠定了机械制造中超精密加工技术这一新分支的学科地位。精密和超精密加工技术是指加工精度达到某一量级的所有制造技术的总称。根据我国当今科学技术发展的水平，通过把尺寸、形状精度为0.1~1μm，表面粗糙度Ra≤20nm的加工技术称为精密加工技术；把尺寸、形状精度为0.1~100nm，表面粗糙度Ra≤10nm的所有加工技术称为超精密加工技术。为了适应时代的需要，围绕超精密加工技术，必须进行超精密加工技术研究。从目前的生产水平来看，要想达到精密超精密等级必须进行创新，这种创新包括材料的创新、设备的革新、加工方法的改变以及装配水平的提高。这些环节对于超精密加工来说都起着至关重要的影响。大口径非球曲面的加工技术主要运用于航空航天和光刻机投影镜头方面，在航空航天方面对精度的要求很高，而且口径通常也比较的大，有时候也可以用传统的加工方法加工，但是加工效率较低，影响工期的不确定因素很多，完成工期不易保证，并且将导致较高的加工费用。我国在大口径非球曲面的制造技术上与世界上发达国家存在相当大的差距，目前国内还不能实现大口径非球曲面零件的高效超精密加工，而且国外在超精密非球面加工设备特别是大口径非球曲面加工设备上对我国进行严密的封锁，所以解决这一难题成为机械行业的首要任务。国家在十一五初就提出了用五年的时间努力开发新技术，争取实现国内能够独立制造大口径非球面设备。大口径非球曲面光学磨床就是实现超精密的大口径非球面零件加工的一个重要的设备，这是一个总的课题，里面的每一个结构就属于一个小课题，我的设计课题就是从这个总课题中分出来的一个部分，名称为大口径非球曲面光学磨床X向导轨及床身的设计与研究，这个磨床的加工精度为0.1μm/100mm，由于在传动过程中采用液体静压导轨来实现加工的，而静压导轨的一个最重要的特点就是具有误差均化作用，所以在设计机床时其加工误差为0.3μm/100mm。1.3课题研究目的、意义非球面光学零件在国防科技军工领域，民用光电科技产品方面都有着重要应用。为了满足国家重大光学工程对大口径光学非球面制造精度和加工效率的技术的要求，，我们要努力无探寻创新的方法，去最好的方案，已达到对加工精度的要求。在本次课题的设计中，主要改进的地方是，床身和立柱部件的材料由传统的铸铁改为天然花岗岩，测量反馈元件由传统的传感器改为测量精度更高的直线光栅尺，传动部件由电机带动丝杠实现传动改成直线电机直接驱动，运动部件的接触形式由精度更合适的液体静压来实现。在课题的设计中保证精度是最重要的，所以在选择直线电机和直线光栅尺等部件的型号时首先要考虑的是精度。机床设计完成的重要保证就是精度达到技术要求。其次就是提高机床加工的效率和降低加工成本。第二章液体静压导轨(X向导轨)及床身方案讨论2.1X向导轨及床身技术方案示意图2.2X向导轨及床身的主要技术参数X向导轨及床身的主要技术参数溜板的有效行程1000mm移动速度0.001~3m/min返回速度6m/min运动部件（溜板）的质量3600kg冷却方式水冷导轨摩擦系数0.001反馈测量元件光栅尺加工精度（溜板长度方向）3μ/1000mm导轨选择液体静压导轨电机选择西门子直线电机2.3X向导轨及床身的主要部件的选择介绍（1）运动部件的接触形式选择：液体静压导轨，液体静压导轨是在两个相对运动的导轨面间通入压力油,使运动件浮起,工作过程中油膜压力随外载荷变化而变化以平衡作用在导轨上的外负载,在不同速度(包括静止)下都能保证导轨面间始终处于纯液体摩擦状态,从而大大减小了两导轨面作相对运动时的摩擦阻力,减小了拖动导轨运动时的动力消耗,并具有很高的运动精度。导轨运动速度的变化对油膜厚度的影响很小；载荷的变化对油膜厚度的影响很小；液体摩檫，摩檫系数仅为0.005左右，油膜抗振性好。具有均化作用，可以得到较高精度。（2）测量反馈元件由传统的传感器改为测量精度更高的直线光栅尺，可以提高测量的精度，在测量上提高整体的测量精度，这样在磨床加工元件时，可以很好地提高加工精度。（3）传动部件由电机带动丝杠实现传动替换成直线电机直接驱动，直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需通过中问任何转换装置的新颖电机，它具有系统结构简单、磨损少、噪声低、组合性强、维护方便等优点。省略了中间转换机构,减少了机械磨损,系统运行时可以保持高增益,实现精确的进给前馈,对给定的加工路径可以用高速进行准确跟踪,从而保证了机床的高精度和使用寿命。运行时,直线电机不象旋转电机那样会受到离心力作用,因此其直线速度不受限制。直线驱动的惯性主要存在于滑台,因此加工时可以有很高的加速度。直线电机靠电磁推力驱动,故系统噪声很小,改善了工况环境。正是由于直线驱动的这些优势,使其非常适用于对动态特性及精确定位要求很高的场合，减少误差提高加工精度。第三章大口径光学非球面磨床简介及部分零件选择3.1大口径光学非球面磨床的简介课题中设计的床身和立柱为整体花岗岩材料结构，以前机床普遍使用铸铁车身，但考虑温度等因素影响，这里换成花岗岩材料，其高刚度，高稳定性和很强的抗振动衰减能力，能减少机床加工中的误差，在课题中所研究机床为重载机床，所以花岗岩的刚强度可以承载。机床直线运动轴X、Y和Z轴均采用液体静压导轨技术，液体静压导轨具有均化误差作用，能够实现高刚度和高精度的运动控制；X和Y轴采用西门子直线电机驱动，Z轴采用西门子伺服电机和高负荷精密滚珠丝杠驱动，三轴均采用直线光栅尺进行控制，可以实现运动加工过程中的高精度的定位精度；当机床加工对称非球面时，X轴、Z轴和转台联动进行精密加工。机床配置了砂轮修整器，可以根据加工零件的特征需要，对砂轮进行修整，保证零件的加工精度。大口径光学非球曲面磨床的设计特点是具有全闭环控制的高强度、高精度研究，以此最大限度地降低光学零件在加工过程中的表面损伤，减小误差，保证加工精度，尽可能的提高大口径光学非球面零件的加工效率。Y轴部件立柱Y轴部件立柱床身Z轴部件砂轮主轴工件液压转台X轴部件砂轮修整器图3-1大口径光学非球曲面磨床3.2部分零件的论证选择3.2.1导轨设计要求（1）导轨的定义原理 导轨主要用来承载和引导运动部件沿一定的轨迹运动的机构。一般机床上两相对运动部件的配合面构成一对导轨副，在这个构成的部件中，运动的一方叫做动导轨，不动的一方叫做支承导轨。动导轨相对于支承导轨只能做一个自由度的运动，以保证单一方向的引导作用。导轨现在的结构和材料研究越来越成熟，我们有更多的选择方案。（2)机床对导轨的要求a:导向精度b:精度保持性c:低速运动的平稳性d:刚度3.2.2导轨传动方式的种类简介：(1）滚动导轨：灵敏度高、移动轻便、润滑简单、，因此在一些磨床上常用滚动导轨。滚动导轨抗振性比较差，而且对导轨表面的硬度要求较高，尤其应注意对导轨的维护。一般精度为1~2/100(μm/mm)、特殊精度为0.5/100（μm/mm），故知精度不高，不能应用于超精密机床之中，抗振性较差，价格较高。（2）滑动导轨:结构简便，刚度好，摩擦阻力大，连续运行磨损快，制造中轨面刮研工序的要求很高。滑动导轨的静摩擦因数与动摩擦因数差别大，因此低速运动时可能产生爬行现象。一般精度为1~2/100(μm/mm)、特殊精度为0.1/100（μm/mm），摩擦大，磨损严重，适用于一般机床。(3）液体静压导轨的特点:特点：几乎不会造成磨损，运动副寿命长，能长期保持精度，减少了维修工作量。摩擦系数极小（约为0.0005）故驱动功率可大大降低。油膜厚度几乎不受速度的影响，在极低的速度下也不会出现爬行。油膜的承载能力大刚度好，吸振性好，部件运动平稳。油膜具有误差均化作用，可提高运动精度。但是有的粘度高，速度越高，油的温升也越高。故不适用于高速场合。（4）气体静压导轨气体静压导轨是将具有一定压力的空气经过节流孔射入导轨间隙，在导轨间隙内形成厚度为微米量级且基本保持恒定的润滑气膜，导轨运动单元在润滑气膜的支撑下悬浮在固定单元上方，是一种纯空气摩擦的滑动导轨。结构简单，清洁环保。摩擦极小又可被气流带走一部分热量,因此适用于高速场合，一般精度为0.5/100(μm/mm)、特殊精度为0.05~0.03/100（μm/mm），刚度低，抗振性较差，价格高。由于气体具有误差均化效应，可以实现很高的运动精度。气体静压导轨摩擦力极小，又可以带走部分热量，适用于高速运动的场合。气体静压导轨工作平稳，结构简单，清洁环保。气体静压导轨的主要缺点是刚度和阻尼较小，还还产生气振，不适合在重载荷和大冲击负载的场合使用。3.2.3几种导轨的选择比较：滚动导轨摩擦小但是缺点阻尼小而容易引起超调或振荡，容易引起误差，刚度低，制造困难，对脏污和轨面误差较敏感，不适合设计机床所需的超精度需求，滑动导轨结构简单，摩擦阻力大，连续磨损快，制造中轨面刮研工序要求很高。滑动导轨的静摩擦因数与动摩擦因数差别大，因此低速时可能产生爬行现象。所以也不适合与超精密仪器的使用。气体静压导轨虽然摩擦极小，具有均化误差效应，但其气体静压导轨的主要缺点是刚度和阻尼较小，还还产生气振，容易引起误差。不适合在重载荷和大冲击负载的场合使用。在课题加工要求中需要考虑加工工件重量及溜板重量3600kg，此机床属于重载机床，因此在加工中气体静压导轨不合适。液体静压导轨液体静压导轨须满足导轨精度、耐磨性、刚度和运动均匀性的要求，很适合课题中机床的要求，因此综上所述液体静压导轨更适合。选择液体静压导轨同时为了降低油的温升对机床加工精度造成影响，在使用液体静压导轨的同时还要配合使用冷却系统来保证机床的精度不受影响，所以本课题选择液体静压导轨作为超精密磨床的导轨。3.2.4液体静压导轨的导向分析：方案一：双导轨导向如图一所示，特点：左右两个导轨在传动的过程中均起导向和支撑作用，双导轨导向的刚性较好，左右结构对称，受力均匀，而且结构简单，容易加工制造且制造精度容易保证，但这种结构一般不应用于液体静压导轨中，因为油在流动的过程中有温升，在超精密机床由于制造的控制范围较小，由于温升造成的导轨膨胀将会影响导轨的导向性能，造成卡死现象的发生，这种结构一般常应用于气体静压导轨之中，因为气体基本上没有温升，所以温度对于结构的传动来说不是主要的因素，可以忽略。方案二：单导轨导向如图二所示，特点：单导轨导向在完成直线运动过程中一侧导轨起导向作用，另一侧导轨只起到支撑作用，这种结构的特点是油的温升对结构的运动影响较小，一般情况下不会出现卡死现象，运动的精度容易保证，常用于超精密机床的液体静压导轨之中，缺点是结构的左右不对称，导致左右受力不均匀，影响运动精度。方案比较：通过分析以上两种方案，在本次设计中导轨传动形式采用的是液体静压导轨，比起油温对精度的影响来说，结构的不对称造成的精度影响要小的多，在传统机床中大多采用单导向形式。所以在设计中选用方案二的单导轨导向。图3-2（方案一）图3-3（方案二）3.2.5溜板样式的选择：（1）组合式溜板：溜板结构是由溜板和溜板滑条组成，将其通过螺纹连接的方式固定起来，这种结构的优点是加工工艺简单，制造方便，制造成本低每个构件的加工精度容易保证，缺点是在加工误差减小的同时又引入了装配误差，而且组合结构的可靠性减低了。强度刚度下降，而且在结合面处容易隐藏切屑、灰尘等一些杂物，而且还不易清洗。长期下去也会对机床的精度造成影响。（2）整体式溜板：溜板做成一体式的，这样的结构增加了溜板的加工工艺难度，制造成本较高但是这样的结构的可靠性将大大提高，而且承载能力以及刚度强度也将提高。同时也避免了方案一中连接处藏留杂物的缺点，能够长期保持机床的精度。溜板方案的选择：本设计最主要的要求就是精度，所以在进行设计时首先就是要保证精度然后再考虑其他方面的因素。方案一和方案二中都有误差，但是由于方案一的承载能力和刚度不如方案二，本设计的机床属于大型重载机床，所以刚度不够将对工件的加工产生连续性的影响。这样机床的精度就会大大减低，这样的设计是达不到精密超精密的要求的，本次的设计也就是失败的。所以综合考虑之后选择方案二整体式结构作为最终的方案。以保证溜板的承载能力以及刚度和强度等一系列的要求。第四章床身的设计4.1床身的要求：床身机械加工产品中重要的承载器件，它的作用将影响整个工具加工的精度为了满足本课题中超精密加工机床速度、精度、生产率、靠性和自动化的要求，我在综合考虑了国内外各种机床床身的材料和性能总结出以下要求。本课题中的机床床身应具有很高加工的精度，机床床身材料本身要求具有很高的强度和硬度，具有高承载的承重能力，在机床加工中面对温度的要求，具有良好的热稳定性，能够满足环境的要求，在高速加工中要具有耐磨性4.2床身的材料选择：4.2.1一般机床床身铸铁简介：在研究本课题初期，我查找了大量资料和文献，发现大部分机床床身采用的都是铸铁床身。一、铸铁的特点1.成分与组织特点铸铁化学成分中有较高的C、Si，还有一些元素Mn、P，S，铸铁的组织是由金属基体和石墨所组成的，铸铁的组织特点，可以看成是在钢的基体上分布着不同形状的石墨。2.铸铁的性能特点铸铁具有稳定性好、能够吸振、价格低、导热性铸铁表面幅射热吸收慢。4.3新型材料花岗岩简介：花岗岩的组成：花岗岩的主要化学成分是二氧化硅（SiO2＞65%），其他成分含量比较少（Fe2O3、FeO、MgO一般＜2%，CaO＜3%）。花岗岩的矿物成分主要为硅酸盐矿物，主要是石英、长石和云母，其中石英含量占到20％～40％。由于花岗岩中硅铝浅色矿物为主，铁镁暗色矿物较少，所以其颜色主要以浅色为多，暗色矿物越多颜色越深。花岗岩其矿物颗粒的结晶较大，并且颗粒大小相似，呈镶嵌状及粒状结晶组织，不同类的矿物以规则或不规则方式相互交错互锁排列。花岗岩的特性：天然花岗岩是火成岩，也叫做酸性结晶深成岩，属于硬质石材。花岗岩结构致密，呈整体的匀粒状结构。花岗岩不易风化，颜色美观，外观色泽可保持百年以上，由于它结晶过程很慢，它的晶体像魔方一样一个个地交织在一起，所以它很坚硬，不掉碎屑，不易刮伤，不怕高温。而且其价格对于国内的消费来说也是可以承受的，所以在目前的工业当中应用广泛。花岗岩取材于地下优质的岩石层，经过亿万年自然时效，形态极为稳定，不用担心因常规的温差而发生变形。花岗岩平台是经严格物理试验和选择的花岗岩料，结晶细密，质地坚硬。由于花岗岩系非金属材料，绝无磁性反应，亦无塑性变形。花岗岩平台其硬度高，因此精度保持性好。4.4床身材料的选择理由：铁系材料铸造而成的床身，其床身面经过“刮研”加工后，精度完全可以达到所需要求。铸铁有稳定性好、能够吸振、价格低、导热性铸铁表面幅射热吸收慢，导热快，进入恒温室较快稳定等一系列的优点而长期被使用于机床的制造之中，但恒温室内温度稍有变化即不稳定性就表现出来了，所以铸铁的使用范围是有限的，还有是因为铸铁材料具有延展性，所以在铸铁的表面由于长时间的使用会出现凹凸不平的现象，严重影响平面度，在机床的结构中，床身精度的稳定性将严重影响机床本身的加工精度。因此为了改变这种情况，花岗岩的选取可以很好地适合这种加工，花岗岩导热性和热膨胀系数很低，其热稳定性，隔热性，耐磨性，高强硬度都可以放心。这也是在国内外超精密磨床的床身使用中广泛采用花岗岩材料做床身的原因。查询资料的同时，我也关注了国内外一些机床的结构设计材料选取，本课题最重要的是精度问题，为了保证加工精度所以我选择使用花岗岩作为机床床身。选择花岗岩的型号标准：第一：肉眼观察石材的表面结构。一般选择表面整洁光滑，没有裂痕等一切小毛病，一方面是为了机床整个设计的美观，另一方面也是为了加工精度的要求，防止出现加工误差的放大，第二：考虑本课题中的加工要求对材料的选取，加工时材料的承重能力，刚度强度，以及精度。第三个要考虑的就是性价比，既能满足加工设计精度的，刚度，强度等要求又可以最大程度的节约加工成本，现在花岗岩在我国储量丰富，开采也比较方便，因此其性价比较高。在本设计超精密磨床的床身主要承载是溜板和转台以及共建卡具重力，所以在选型的时候要特别注意花岗岩的抗压强度，同时还要考虑其硬度和磨损量，比较国内的花岗岩的性能最终选择福建的福清红花岗岩。该花岗岩的颜色为红灰色，密度2.56g/cm2,抗压强度为196.5Mpa，抗弯强度为23.1Mpa。床身的结构的设计：借鉴国内外机床的结构设计再结合本课题要求，由于在设计当中床身的主要承载量是溜板和转台的重力，所以其变形主要是受压的弯曲变形，故影响床身精度的主要是强度，在设计床身的结构时适当的增加床身的厚度能够提高床身的精度和抗压强度。所以将床身设计成实心的方形结构，细节的设计是根据磨床的结构的需要而确定的。在设计的时候也不能无限的加大床身的厚度，这样会加大床身的质量以及影响加工精度和装配精度，这一切的误差都将引起机床的最终精度。故初定床身的厚度为500mm，如果重量允许还可以增加床身的厚度，长宽的确定是根据装在床身上的零部件的结构尺寸和安装尺寸来定的，最后确定给的长宽为3100mm*3000mm。第五章X向导轨电机选择5.1选取电机的要求及所选电机的介绍（一）：电机在选择时要考虑的方面：1.根据机械的负载和工艺对电动机的要求，选择电动机类型。2.根据负载转矩、速度变化和启动程度等要求，考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却方式。3.根据使用场所的环境条件，温度，露天封闭的环境，干净还是脏的程度选择电动机的结构形式。4.根据企业电网对电机功率因数的要求，确定电动机的电压等级和类型。5.根据机械生产的最高转速和对传动系统的过渡过程性能的需求，选择电动机额定转速。（二）：电机的选择：1FN3电机采用模块化设计，可根据机床需要选用精密冷却，防护板及次级冷却部件。电机选择：选用西门子公司的直线电机型号1FN3。选择理由：更高的生产力，更好的精度，更长的寿命，更少的维护等诸多优点，使得1FN3电机为国外众多设备制造上所采用。5.2西门子直线电机的组件1.西门子直线电机1FN3系列电机由以下组件构成：（1）初级部件直线电机的基础部件；（2）精密冷却器（可选）附加冷却器，在高精度的条件下推荐使用；（3）次级部件多个次级部件排列构成电机的反应部件；（4）次级部件盖板（可选）起到机械保护作用；（5）带有插塞连接/接头的冷却型材（可选）次级部件冷却系统的组成部分，用于高精度的机床之中；；（6）次级部件接头（可选）次级部件冷却系统的组成部分。2.重要特征：（1）模块化结构：可以根据用户的要求从技术上、设备费用上配置电机。（2）质量较轻并可连续负载：因此在必须连续加速时，该电机是理想的驱动。（3）低动力波动：电机拥有这些优点而适用于高精度应用。（4）根据Thermo-Sandwich原理使用初级部件精密冷却器和次级部件冷却系统时，机床电机热退耦。（5）简易的冷却液接口。（6）初级部件全金属封装以及浇铸的次级部件大大提升了产品的耐受性。（7）贯通的次级部件导轨盖板：使得表面平坦，而且次级部件间的横向间隙处没有多余的微粒堆积。（8）通过集成的接线板简化电气连接。5.3选择直线电机需要考虑的问题1.考虑的床身装配体的实际情况：（1）X向导轨需要有高精度的传动方式；（2）由于下导轨基体的空间有限，所以需要结构紧凑的直线进给机构。最后，对于X轴的直线运动采用同步带。2.选用直线电机的原因：用直线电机直接驱动的原因是直线电机有高速度、高加速度、定位精度高（由于存在检测元件安装、测量误差，实际上定位精度不可能为0。直线电机的最高定位精度为0.1~0.01m）形成不受限制（由于直线电机的次级可以一段一段地扑在机床床身上，所以无论多远，对系统的刚度都不会产生影响）。3.选择合适的直线电机的主要影响因素：（1)所需的最大功率与持续力（2)所期望的速度与加速度（3)可供使用的安装空间（4)所期望的或可能的驱动配置（如单独驱动，并联驱动或双梳驱动）（5)所需要的冷却方式5.4选型的相关计算影响电机选择的边界条件包括：运动质量（含有电机质量）、重力、摩擦力5.4.1运动质量M=m电机+m溜板+m转台+m工件=80+3600+1300+1000=6000kg运动行程Smax=1000mm=1m运行时间t1=10s暂停时间t2=0s待移动的质量（无电机质量）m=5900kg恒定摩擦力Fr=5900*0.001=5.9N水平轴Fg=0N此外还应找出功率的模块并计算出最大供电功率。负载循环的边界条件/设定值5.4.2运行属性没有明确规定时间段t1内的运动属性形式，在后面必须确定合适的运行属性。运行属性包括很多种形式，其中到达位置Smax中只包括一个恒定的加速过程和一个恒定的制动过程。这种运行属性可以在最短时间内完成定位。在选择直线电机的时候首先按照这种最容易实现的运行属性来选择电机的型号，当这种运行属性所得出的数据不能满足端机选型的时候，才修改原来的运行属性，修改运行属性的目的在于扩大直线电机的选择范围，从而选择出合适的直线电机。下面是在本次设计中根据已知参数画出的运行属性示意图图5-1运行属性示意图根据课题的已知条件计算直线电机应达到的最大速度，必须满足：得出t1为10s这里电机的最大速度应满足：由确定的最大速度计算出此加速度：课题的加速度要求为0.1m/s2能够满足已知的技术参数。根据这个数据可以选择初级部件在设计时为了有更大的选择范围，一般在选择时使用的最大速度为这样只有极少数的初级部件不满足这个最大速度。得出的加速度为得出的加速度为aMAX=0.161m/s2。现在得出电机产生的最大力FMAXFMAX=ma+Fr=5900kg‧0.161m/s2+5.9NFMAX=955.8N达到此动力的电机为1FN3300-4NB80-0BA1。之前使用的90m/min也没有超出最大力下的最大速度VMAX,FMAX。1FN3300-4NB80-0BA1各字母数字的意义：1——电器机床F——同步机床N——直线电机3——标准系列300——结构尺寸4——结构长度N——初级部件的类型（1FN产品系列中持续负载电机的初级部分）B8——VMAX,FMAX指示器B——电气连接（用于连接功率电缆和信号电缆分开的的连接框架）1——规格（带Temp-S和Temp-F的规格）5.4.3检查机械边界条件一般情况下需检查两点：（1）选出的初级部件的力余量是否满足至今尚未考虑的初级部件的质量；（2）持续力是否低于允许的持续力。1）力余量带精密冷却器的初级部件质量为32.3kg，整个的待移动质量m为(5900+32.3)kg=5932.3kg。电机产生的最大力为FMAX=m‧a+Fr=5932.3kg‧0.161m/s2+5.9NFMAX=961N目前选出的电机的额定力为3460N,产生的最大力为5870N，能够产生以上计算结果所显示的动力。不但满足该条件，同时还满足推荐的大于10%的调节余量；所以选出来的初级部件满足要求。5.4.4确定次级部件数量(1)次级部件类型根据MLFB选择出适合于初级部件1FN3300-4NB80-0BA1的次级部件。匹配的次级部件的订货号为1FN3300-4SA0-0AA01FN3300-4SA0-0AA0的意义：300——结构尺寸4——结构尺寸（表示4极对）A——标准的结构类型0AA0——标准规格(2)次级部件导轨长度初级部件的磁有效长度LP,AKT为704mm。由磁有效长度和运行行程Smax共同计算出次级部件导轨LSpur的长度：LSpur=LP,AKT+Smax=(704+1000)mmLSpur=1704mm(3)次级部件数量次级部件1FN3300-4SA00-0AA0长度为LS=184mm,因此需要10个次级部件，整个次级部件导轨的长度为5.4.5选择功率模块选出的电机具有以下数据：最大力FMAX=5870N额定力FN=3460N最大电流IMAX=59.6A额定电流IN=28.4A可以从相应的目录中选出匹配此数据的功率模块。5.4.6计算最大供电功率电气供电功率由机械功率PMECH和损耗功率PV计算得出。如果电机根据所需的负载循环以最大速度和最大力运行，则示例中的两个值达到最大值。VMAX=0.1m/sFMAX=961N由下列公式估算出最大供电功率：其中：则最大的供电功率为：单位：必须将115.63W加上在直流母线上运行的其他用户的供电功率。从而可以选出相应的供电/馈电模块。5.5冷却系统的相关计算5.5.1前提条件对于带1FN3300-4NB80产品系列初级部件的电机，应以持续力Feff=0.8FN运行电机。因此需要使用初级部件主冷却器。此外，为防止机床吸热，还必须使用初级部件精密冷却器和次级部件冷却系统。次级部件导轨长度为1米，有一个冷却型材的接合位置。通过混合分流器连接次级部件冷却系统的流出和流回。冷却液将依次流过初级部件精密冷却器、次级部件冷却器和初级部件主冷却器。为了将冷却液的预处理温度和初级部件精密冷却器的温度差保持在4K，必须符合相应数据表中的推荐值。数据表的数据： 体积电流： Vgesamt=5l/min 对于主冷却器压降：ΔpP,H=0.86bar 对于主冷却ΔpP,P=0.78bar对于精密冷却器ΔpS=0.14bar/m 对于冷却型材ΔpKV=0.65bar 每混合分流器ΔpKS=0.47bar 每接合位置最大散热：QP,H,MAX=2035W 对于主冷却器QP,P,MAX=65W 对于精密冷却QS,MAX=180W 对于次级冷却系统5.5.2计算冷却功率（1）单个冷却回路单个冷却回路的功率有以下公式得出：（2）整个冷却系统用于整个系统的冷却装置的最低冷却功率为5.5.3次级部件冷却系统的压降次级部件冷却系统由一个接合位置、两个混合分流器和两个长皆为LS=4米的平行冷却型材组成。次级部件的冷却系统的总压降由下列公式得出：进而得出：整个冷却系统整个冷却系统的压降由下列公式得出：5.5.4计算温度上升（1）单个冷却回路单个冷却回路的功率由以下公式得出：（2）整个冷却系统整个冷却系统的压降由下列公式得出：最后结果：在说明的条件下冷却电机的冷却装置必须设计为大约1500W。压力损耗大约为3bar，并且冷却系统初六和回流的温差大约为5K.5.5.5电机的安装与检测1.安装直线电机步骤：（1）检查电机安装尺寸（2）清洁电机部件以及机床的安装面（3）安装初级部件、次级部件和组件（4）对电机安装进行检查2.安装直线电机的方法：用分段式次级导轨安装通过导入滑块来安装通过套装电机各部分来安装3.对直线电机的安装进行检查（1）检查滑块的灵活性在移动滑块前去掉运行范围内的所有刀具和物体，并用抹布清洁磁力面。直线电机的滑块必须在对称的最小摩擦力下运行通过整个运行范围。滑块不允许夹住！当怀疑锁死时，检查相应位置的空隙！（2）检查空隙在装入电机部件后，可选择以近似和抽验的方式来进行检验：一个厚度为0.5毫米的非磁性片（例如：铝、塑料、纸板）用手无需费力就可从初级部件和次级部件之间通过。一般情况下不必进行该测试：如果按照安装尺寸安装，则自动会产生正确的空隙。如果超过了空隙的容差，则多半是安装错误。5.5.6X轴直线电机选型订货号部件数量1FN3300-4NB80-0BA1直线电机初级初级长度704mm11FN3300-4SA0-0AA0直线电机次级次级单个长度184101FN3300-4PK00-0AA0精密冷却11FN3300-4TP00-1AF0次级保护21FN3003-0TK04-1BB0次级冷却管21FN3003-0TJ04-0AA0端件26FX7002-2SL02-温度传感器电缆16FX7002-2CA31-SME到驱动器的电缆15.5.7电机数据1FN3300-4NB80-0BA1边界条件技术数据缩写符号单位值直流母线电压UZKV600水冷却的预处理温度TVORL°C35额定温度TN°C120额定点上的数据技术数据缩写符号单位值额定力FNN3460额定电流INA28.4额定力时的最大速度vMAX,FNm/min196额定损耗功率PV,NW2030极限数据技术数据缩写符号单位值最大力FMAXN5870最大电流IMAXA59.6最大力时的最大速度vMAX,FMAXm/min109所接收的最大电气功率PEL,MAXW19630静止力F0*N2574静止电流I0*A19.7物理常量技术数据缩写符号单位值20°C时的力常量kF,20N/A124电压常量kEVs/m41.420°C时的电机常量kM,20N/W0.592220°C时电机绕组的电阻RSTR,20Ω0.6相电感LSTRmH14.7引力FAN16260热学时间常量tTHs180极宽τMmm23初级部件的质量mPkg30.4带精密冷却器的初级部件质量mPkg32.3次级部件的质量mSkg2.4带冷却型材的次级部件质量mS,Pkg2.6初级部件住冷却器数据技术数据缩写符号单位值排出的最大热功率QP,H,MAXW2035推荐最小体积电流VP,H,MINl/min5冷却液的温度升高ΔTP,HK5.8压降ΔPP,Hbar0.86初级部件精密冷却器数据技术数据缩写符号单位值排出的最大热功率QP,P,MAXW65推荐最小体积电流VP,P,MINl/min5压降ΔPP,Pbar0.78次级部件冷却数据技术数据缩写符号单位值排出的最大热功率QS,MAXW180推荐最小体积电流VS,MINl/min5次级部件冷却每米的压降ΔPSbar0.14每混合分流器的压降ΔPKVbar0.65每混合分流器的压降ΔPKSbar0.47第六章超精密磨床反馈元件——光栅尺的设计要解决的问题：直线光栅尺的特点，光栅尺的机械组成及其作用，光栅尺的测量原理、影响光栅尺测量精度的因素、直线光栅尺的安装、光栅尺的型号的选择。6.1直线光栅尺的介绍6.1.1选择直线光栅尺的好处直线光栅尺的动态性能好，运动速度可靠性高，沿测量方向的运动加速度大，这些特性使它不仅满足常规轴动态性能要求，也能满足直接驱动设备的高动态性能要求。直线光栅尺测量直线轴位置时不存在任何附加的机械传动元件。用直线光栅尺控制位置的控制环包括了全部进给机构。安装在下导轨基体上的直线光栅尺可以检测出机械传递误差并能在控制系统电路中给予修正。因此，它能消除以下潜在误差源：由于滚珠丝杠温度特性导致的位置误差；反向间隙；滚珠丝杠螺距误差导致的运动特性的误差。因此，直线光栅尺已成为高精度定位和高速加工不可或缺的必备条件。6.1.2光栅尺的结构组成及其作用1.铝制外壳保护光栅尺、扫描单元和轨道免受灰尘、和切屑液的影响。2.扫描单元3.安装板4.连接器将扫描单元和安装板连接在一起并补偿光栅尺和机床导轨的不对正误差。5.密封条6.光栅尺7.光电池（提供光源）6.1.3光栅尺的测量工作原理（1）绝对测量法：当编码器通电时就可立即得到位置并提供给后续电子设备供其随时读取。不需要移动机床轴去找参考点位置。绝对位置值信息来自光栅尺，在光栅尺上刻有一系列绝对编码线。（2）增量测量法：增量测量法的光栅是周期性的光栅刻线。位置信息是通过计算自某点开始的增量数（测量步距）获得的。由于要用绝对参考点确定位置值，因此在光栅尺或者光栅尺带上还刻有一个带参考点的轨道。所以必须通过扫描参考点来建立绝对参考点或者定位上次选择的原点。6.1.4影响直线光栅尺测量精度的几个主要因素（1）光栅质量（2）扫面质量（3）信号处理电路质量（4）扫描光栅导轨与光栅尺件误差6.1.5直线光栅尺的安装调试为了便于电缆走线，扫描单元的安装板通常用螺栓固定在机床静止部件上。必须认真考虑直线光栅尺的安装位置，确保达到最佳精度和最长使用寿命。（1）直线光栅尺应尽可能安装在接近加工面处，使阿贝误差最小（2）为保证直线光栅尺工作正常，不应使光栅尺承受持续的强烈振动载荷；为此，应尽可能将直线光栅尺安装在机床刚性最好的零件上。不允许将直线光栅尺安装在空心零件或转换件上。（3）尽可能将直线光栅尺安装在院里热源的地方，避免温度影响。6.2直线光栅尺的型号选择第一，选择封闭式直线光栅尺，依据是封闭式直线光栅尺能有效地防尘、防切屑和飞溅的切屑液，是用于机床的理想选择。在本设计中光栅尺在机床上的工作环境很恶劣，上有夹着磨屑的冷却液不断流出，虽然设计中会考虑到防护等一系列的措施，但为保险起见还是选择封闭式直线光栅尺更为可靠。第二，选择绝对式测量的直线光栅尺，不需要设定一个相对参考点，测量时方便快捷，测量的数据可以直接从直线光栅尺的刻线上读出。这样也能减小误差。提高机床的加工精度。第三，直线光栅尺的型号的选择，选择直线光栅尺首先要保证的就是测量精度。LC系列的直线光栅尺的测量步距达0.1μm（分辨率达0.005μm）精度能够满足机床的要求。综合比较以上三种因素选择直线光栅尺的型号，首先考虑的是测量精度，虽然LF系列直线光栅尺的测量步距也达0.1μm，在没有其他测量精度的情况下，就应考虑其他影响因素，由于LF系列的光栅尺为增量式直线光栅尺，与西门子数控系统接口连接之后处理数据的过程较为复杂，故选用LC系列的绝对式直线光栅尺。再从该系列中的精度来选择合适的型号，LC183型号是LC系列中测量精度即分辨率最高的型号，故选择该型号的直线光栅尺。由于X轴的行程为1000mm，故选择的光栅尺测量长度为1040mm（还包括装卡工件和砂轮修正的尺寸），故光栅尺的规格为LC1831161±0.7mm，所选直线光栅尺的光电原理：LC183型号的直线光栅尺采用成像扫描原理，成像扫描原理：简单的说，成像扫描原理是采用透射光生产一个信号：栅距相同或者相近的光栅尺和扫描光产生彼此相对运动，扫描光栅的基体是透明的，而作为测量基准的光栅尺可以是透明的或者是反射的。当平行光穿过一个光栅时，在一定距离处形成明/暗区，扫描掩膜就在这个位置处。当两个光栅相对运动时，穿过光栅尺的光得到调制。如果狭缝对齐，则光线穿过。如果一个光栅的刻线与另一个光栅的狭缝对齐，则光线就无法通过。一组规则排列的光电池将这些光强变化转化成电信号。特殊形式的扫描光栅将光强调制为近正弦输出信号。栅距越小，扫描光栅尺间的间距越小，公差越小，测量的结果就准确。第七章导轨的设计导轨设计的主要内容：选择导轨的结构类型、截面形状及其组合形式；确定结构参数及尺寸；必要的计算和校核；确定导轨的间隙、公差和精度要求；选择导轨磨损后的补偿方式和调整装置；选择导轨材料、表面加工方法和硬度值等；确定导轨的润滑方式和设计润滑系统；设计防护装置等。7.1液体静压导轨的简述7.1.1液体静压导轨系统介绍及特点液体静压导轨的工作原理：油泵未工作时油腔内没有压力油，溜板压在下导轨基体上，油泵启动后，从油泵输出具有一定压力的润滑油通过各个节流器进入各个节流器对应的静压油腔内。由于油压的存在将溜板浮起来，使得溜板表面与下导轨基体表面被润滑油完全隔开，这样的溜板就进入到全液体摩擦状态。液体静压导轨系统的组成包括四个部分：开式、闭式或卸荷导轨；节流器，如毛细管节流器、薄膜反馈节流器等；由各种液压元件组成的供油装置；适当的润滑油。液体静压导轨按所承受的载荷不同，可以分为开式液体静压导轨和闭式液体静压导轨。开式液体静压导轨如图7-1(a)所示，依靠运动件自重及外载荷来保持运动件不从床身上分离，开式液体静压导轨只能承受单向载荷[18]244。开式液体静压导轨往往只在导轨的一个方向上开有油腔，只能水平或倾斜一个较小的角度放置。开式液体静压导轨，承受正向载荷能力大；承受偏载荷及颠覆力矩的能力较差，不能承受反向力；结构简单制造调整容易。开式液体静压导轨主要用在载荷分布均匀、偏载小、颠覆力矩小的水平放置或仅有较小倾角的场合。闭式液体静压导轨如图7-1(b)所示，够防止工作台与床身分离的导轨。这种导轨不仅能够承受各个方向的载荷，而且具有承受很大倾覆力矩的能力。在上、下或左、右各个方向上，闭式液体静压导轨都开有对置油腔。闭式液体静压导轨能够承受正、反方向的载荷，油膜刚度高，承受偏载及颠覆力矩的能力较高。但闭式液体静压导轨加工制造及油膜调整较为复杂，对导轨本身的结构刚度要求较高，尤其副导轨的结构刚度要求较高。闭式液体导轨主要应用于载荷分布不均匀、偏载大及有正、反方向载荷或立式导轨等场合。(a)开式液体静压导轨(b)(a)开式液体静压导轨(b)闭式液体静压导轨PP图7-1液体静压导轨7.1.2液体静压导轨的方案分析（1）开式和闭式导轨的特点优点：（a）摩擦阻力小，由于实现了纯液体润滑，工作台和床身接触表面之间的摩擦阻力小，因为摩擦系数小，所以摩擦阻力造成的功率消耗小，传动效率高；（b）使用寿命长，工作台和床身的接触表面由一层油膜分来，金属不会直接接触，无论是长期正常工作或频繁的启动，停止，接触表面都不会发生磨损，能长期保持精度；（c）抗振性能好，工作台运动稳定；（d）相对速度变化对油膜厚度和刚度影响小；（e）低速运动不会发生爬行。缺点：（a）结构较混合摩擦滑动导轨复杂；（b）需要有一套可靠的供油装置。（2）卸荷静压导轨的特点（a）工作台和床身两导轨直接接触，导轨面的接触刚度很大（b）摩擦阻力及工作台从静止到运动状态的摩擦阻力变化，大于开式和闭式静压导轨，小于混合摩擦的滑动导轨。工作台低速运动的均匀性优于混合摩擦的滑动导轨。（c）导轨每个油腔的压力由一个或两个节流器控制，也可以由溢流阀直接控制。（d）需要有一套可靠的供油装置。（3）开式、闭式、卸荷导轨对比开式静压导轨：由于抗偏载能力差，在机床中应用不多。闭式静压导轨：与静压轴承工作原理相同，都是依靠上下油腔压力差的变化形成承载力。由于闭式静压导轨的设计、制造、调试都十分复杂，除非特别需要（如偏载比较严重或精密机床等采用闭式静压导轨设备）一般不采用闭式静压导轨设计。卸荷静压导轨：实际上就是未能将工作台完全浮起的开式静压导轨。由于卸荷静压导轨的接触刚度大，抗偏载能力强，低速性能一般都能满足要求，设计、制造和调试技术要求相对较低。因此，实际中在机床上大量使用的是卸荷导轨。但是卸荷静压导轨多应用于京都要求不高的场合。由于本台机床承重大，精度高，决定采用闭式导轨。7.2导轨副结构方案分析1）平面导轨副优点：平面导轨能承受较大轴向力，摩擦损失小，精度高。常用于高速大载荷工作台。与装有径向间隙可调的滑动轴承的主联轴器使用，常用于低速工作台。平面导轨制造相对简单，热变形仍能接触，便于镶装塑膜材料，便于采用动压或静压导轨。缺点：由于工作台要求的精度很好，研磨后的平面精度要求难以实现。径向支撑不好保证精度。2）燕尾形导轨副导轨副中的斜面起到导向和压板的作用，平面为支撑面，夹角一般为55°。这是封闭导轨中接触面最小的结构。当承受垂直载荷时，以平面为主要工作面，它的刚度与矩形导轨相近；当载荷承受颠覆力矩时，斜面为主要工作面，刚度较低，一般用在高度小而层次多的移动部件上，燕尾形导轨磨损后不能补偿间隙，需要镶条调整，两个燕尾面起压板作用，用一根镶条可以调整水平和垂直方向的间隙。3）V型导轨副优点：双V形导轨，同时起支承和导向作用，磨损后能自行补偿垂直方向和水平方向的间隙，尤以90°角形为最优。双V形导轨具有最好的导向性，贴合性和精度自检性，是精密机床理想的导轨形式。缺点：加工工艺难度大，V型面不易研磨，产生过定位，平面度、径向定位不好保证。图7-1平面导轨副图7-2燕尾形导轨副图7-3V形导轨副分析以上来三种方案，结合本课题的要求以及目前的工艺、装配等条件的限制，选用平面导轨副，首先是平面导轨副能够满足超精密磨床的技术要求，而且目前的国内加工水平能够实现平面导轨副的制造工艺，很多传统的机床上都是采用平面导轨副，这虽然不能代表这种结构式最好的，但是它能够说明这种平面导轨副是比较可靠的。燕尾形导轨副在承受的倾覆力矩是很容易遭到破坏，严重影响导轨的工作可靠性，且燕尾形导轨副一般用于轻载和受力平稳的场合之中，而本次设计的机床属于重载型，一次不能选用燕尾形导轨副形式，而V形导轨副代表着导轨的新的发展方向，它有很多优点都是值得我们选用的，但目前加工V形导轨副的技术还不够成熟，而且在装配上也存在一些目前中国机械行业所不能解决的问题。即在选用这种结构的时候存在着很多不确定给的因素，机床的可靠性也会降低。所以为了在保证精度的同时增加机床的可靠性，应选用平面导轨副。图7-4导轨静压油路图说明：（1）1、2、3、4为溜板上导轨静压油腔5、6、7、8为侧导轨静压油腔9、10、11、12为压板导轨静压油腔。（2）为了保证静压导轨在正常工作油压下运行，压力继电器在油压低于15Kg/cm2时，切断X轴电机的进给，以保证安全。7.3静压导轨的调整由于导轨的间隙（油膜厚度）越大，流量越大，刚度减小，导轨容易出现漂移。同时由于受到导轨的几何精度、零部件刚度和节流器最小节流尺寸的限制，所以导轨间隙选取不能太小。本课题所设计的机床属于中小型机床，所以空载时的导轨间隙h0一般取0.01~0.025mm。在此我选择的导轨间隙h0为0.02mm。（1）工作面浮起共有系统的油泵启动后，当导轨油腔压力已达到设计要求时，工作台浮起。如果工作台不能浮起，则主要有以下几方面的原因：（a）节流器堵塞，润滑油无法进入油腔；（b）滤油器很脏或者已经损坏不能正常工作；（c）导轨材料有疏松、砂眼等缺陷，润滑油在油腔内泄漏太多；（d）导轨精度太差，导轨的某些部件有金属接触，未能形成纯液体润滑。以上种种现象可用压力表观测出来。故障排除后，油腔建立正常压力，工作台便能浮起。（2）导轨间隙调整工作台浮起后，导轨间隙往往是不均匀的。这是由于受到下列因素的影响：一是导轨加工精度的误差，二是导轨弹性变形，三是支座上承受的载荷分布不均匀。为了保证工作台各油腔处的浮起量均匀，应当在油腔建立压力后，用千分表在工作台的4个变焦（或更多的地方）测量工作台的浮起量。如果各处浮起量不同，应调整毛细管的节流长度lc，改变各油腔的压力，从而改变该油腔处的浮起量。对于浮起量小的油腔，要减小节流阻力，即减小lc；对于浮起量大的油腔，要增加节流阻力，即增大lc。通过节流阻力的改变，使工作台的浮起量复合设计要求的间隙值。经过上述调整后，如果工作台浮起量仍不符合设计要求，说明导轨的集合精度太差，或导轨的弹性变形过大，此时应检查导轨精度并重新加工（或调整）导轨面。7.4油腔的布置由于在X向导轨为直线运动的静压导轨，故油腔应开在移动的部件（即溜板）上，这是因为固定部件导轨侧压板和床身的长度都比移动部件长，能够保证移动部件在运动过程中油腔不露出，这样使得油腔能够建立正常压力。由工作台的工作环境那个可知导轨所承受的载荷是均匀的重载，所以在溜板上不需要开设不等面积的油腔，将油腔的尺寸开设成相同的。图7-5油腔的分布图7.4.1油腔数量的确定每个导轨有枪的数量不得少于两个，选择原则取下：（1）运动部件（工作台）的长度在2m以下时，在运动部件的长度内取2~4个油腔。（2）运动部件（工作台）的长度在2m以上时，每个油腔的长度取0.5~2m对于载荷分布均匀、机床和机械设备的刚度较好的，油腔长度可取较大值，油腔数量可少一些，对于载荷分布不均匀以及设备的刚性较差的，油腔长度可取较小值，油腔数量需要多一些。分析：.在本次课题中运动部件（工作台）的长度为1760mm，长度在2m以下，所以在溜板上取2个油腔又由于所设计的机床的载荷分布均匀，设备的刚性较好故有枪的长度应该取较大值，这样的结构容易制造，而且工艺性比小尺寸的油腔好，加工误差小一些。7.4.2闭式静压导轨精度技术要求1.闭式静压导轨在工作过程中，始终有一层油膜将两导轨面分开。因此，要求在部件运行的范围内，导轨的不平直度等几何精度误差总和小于导轨间隙，机床精度越高，要求导轨的几何精度误差越小。2.导轨的变形会导致导轨精度降低。若变形量超过了导轨的间隙，则静压导轨将失去作用。转台，溜板、床身等部件刚度不足，容易引起零部件的变形，从而影响导轨的性能（例如导轨间隙、流量、节流比、和刚度变化）。由于导轨的性能下降和几何精度误差增大，因而影响导轨的运动精度和机床的加工精度。3.为了防止铁屑和其他杂物落在导轨面上和润滑油中，导轨面上必须加防护罩。7.5导轨材料常用材料及加工方法有两种:一是选择铸铁材料,导轨面淬火,淬火后硬度很高,淬硬层可达1～3mm,硬度可达HRC45～53,耐磨性较不淬火导轨提高2～2.5倍;另一种方法是采用镶钢导轨,镶钢导轨槽的加工一般采用刨削,导轨槽刨好后先将导轨固定在床身上后再进行精磨,其耐磨性较面淬火铸铁导轨提高很多,持久精度也较好。导轨副应尽量由不同材料组成，固定导轨用较硬和耐磨材料，动导轨用较软耐磨性低的材料制造，选用不同硬度的淬火铸铁（硬度HBS不低于200，硬度差不超过25）。其中，固定导轨用磷铜钛耐磨铸铁（HTPCuTi120\130），动导轨用钒钛耐磨铸铁（MTVTi120\130）。导轨热处理：分别在粗加工和半精加工后各进行一次时效处理。导轨采用高、中频淬火，淬硬层深度1-2mm，硬度45-50HRC。表7.1铸铁导轨需用平均比压导轨结构和工作状态铸铁导轨许用平均比压[P]（MPa）滑动速度很高（达到切削速度）直线运动导轨中型机床0.4大型机床0.2～0.25回转运动导轨转盘是大型环形0.15转盘直径﹤30.4﹥3只有一个导轨0.3有两个导轨0.2滑动速度较低（进给速度）1.2～1.5磨床0.05～0.17.6静压导轨辅助部件的选择（1）静压导轨的节流器的选择毛细管节流器，它使用紫铜管制造，其特点是制造方便，调试方便，而且调试好不易发生改变。（2）静压导轨润滑油的选择大型机床和机械设备常用粘度为40mm2/s或者50mm2/s的机械油。（3）供油装置静压导轨的供油装置与静压轴承的供油装置基本相同，但是静压导轨一般比较长，油腔分散在较大的范围内，供油管路较长，油腔建立油腔压力所需要的时间较长，以保证工作台浮起稳定后才启动工作，油泵电路与主电机电路除泵压力连锁外，还必须增加时间连锁，或者在最远的油腔和承载最大的油腔装设压力传感器。只有当这两个压力传感器都检测到油腔压力达到设计值时，才能启动主电机，否则主电机无法启动，即增加油腔压力连锁。直线静压导轨的油腔一般设在运动部件上，回油通道必须畅通、密封，同时还要保证润滑油在进入回油管之前，是在防护罩内流动，以保证润滑油的洁净度。7.7静压导轨的计算7.7.1确定导轨宽度B=B——闭式主导轨的宽度；Fmax——导轨上承受的最大载荷，包括工作台自身重力、工作台重力和切削力；Ln——工作台导轨长度；α——比压系数，闭式静压导轨，α取1～1.5；[P]——导轨材料需用平均比压。Fmax=[（3600+1300+1000）*9.8+50]/2=28935N平面导轨的油腔数目可以开的少一点，油腔的尺寸开的大一点，要求既能够满足刚度要求，也能够实现工艺的要求，故每个导轨面上表面开设4个油腔，左右两侧分别开设2个，每个压板上开2个油腔，两个导轨副和压板一共开设16个油腔故每个油腔承受最大载荷为3616.9NL=2000mm，α=1.25，从表查得[P]=0.4MPaB=57870/（1.25*1800*0.4=63.4mm,为满足要求，在本设计中导轨的宽度为90mm7.7.2油腔的尺寸主导轨：L1=2000mm，l1=600mm，B1=50mm，b1=20mm辅导轨：L2=2000mm，l2=600mm，B2=50mm，b2=20mm即主导轨和辅导轨的有效承载面积相等导轨的有效承载面积：载荷作用下的油腔压力整个导轨副上开设16个油腔，每个油腔的最大载荷为3616.9N，这是不考虑制造和装配误差下的最大载荷，在实际应用当中为了确保油腔有足够的刚度和承载能力，取假定载荷=4000N7.7.3假设载荷作用下的油腔压力其中面积系数Kb的选择原则：导轨所受的倾覆力矩较小，取0.3～0.5，在这取0.4通过节流器流入导轨一个油腔的流量 其中，dc为所选的毛细管的内径，这里的dc取为0.84mm，Ps=2*Pb=0.272MPa7.7.4从单个油腔向外流出的流量两个导轨副共有12个油腔，故总共的流量为计算液体静压导轨的承载能力,油腔的承载能力大于最大的载荷，故设计的油腔结构和尺寸满足要求。油泵压强：其中——导轨油腔的最大压强（MPa）；β——最佳节流比。7.7.5液体静压导轨的刚度满足设计要求式中：--油腔压强（MPa）--油泵压强（MPa）7.7.6其他相关参数毛细管节流器的最佳节流比为β=2毛细管长度设计参数载荷系数导轨位移扁量相对偏心率第八章拖链的设计要解决的问题：拖链的应用、拖链的选型、8.1拖链的应用拖链是现代机械的脐带。它不断地来回运动，输出动力、数据和能量。拖链的应用最早出现的德国，由于其优点凸显，随着机械工业的发展，拖链的应用范围越来越广，拖链已经广泛使用在机床上，保护了电缆等也使机床整体看起来更美观。随着拖链应用的推广，拖链的类型和分类也在不断的增多和细化，根据截面形式的不同分为圆形、矩形以及其他一些特殊形状。根据封闭形式分为全封闭式、半封闭式和开放式。根据制造材料的不同分为塑料拖链、钢制拖链和钢铝制拖链。8.2拖链的选型在本次设计中选择易格斯公司的拖链。圆形截面的拖链一般应用于空间场合，完成的是三维运动，常用于机器人的电缆之中。方形截面的拖链定位性较好，能够很好的与拖链导轨配合实现直线运动，常用于机床溜板的运动之中，将其置于床身上以完成溜板的直线运动中电缆线的收放。开式拖链制造简单，当电缆出现故障的时候容易检测，但是不适合用于工作环境污染严重的场合，其工作环境受到限制，封闭式拖链的制造要比开式的麻烦，而且维修不变，但是其适合用于工作环境不好的场合，，而且可以将封闭式拖链设计成可拆分的结构，这样安装电缆和维修起来都比较的方便，而且也能够保护内部的电缆不受到外部工作环境的污染。所以在选型的过程中要遵循这些原则，选择闭式的可拆分的拖链结构。根据各种拖链型号分析其优缺点，从而选择合适的拖链型号。易格斯的E6系列，其优点是，使用寿命长运动极为安静，它能减少多边效应，噪音极小已在莱茵兰技术检验所提供的报告中得到证实。这些特点非常适合直线电机的驱动，由于在本次设计方案中就是选用直线电机来实现驱动的，选择这一系列的拖链比较合适，根据溜板的厚底，以及床身所开槽的深度来确定拖链的弯曲半径。经过比较分析选择“E4/00”R770全封闭型号。其外形图如下所示：拖链的外形图参考拖链总长L=S/2+K其中S=行程长度，K=πR+“安全量”R为弯曲半径，安全量在所选的型号表中可以查得。故所定的拖链的长度为L=S/2+K=500+430=930mm故拖链的长度取为1m。第九章结论与展望9.1完成设计的结论本文通过分析国外超精密加工机床的技术发展水平，结合超精密加工技术，对大口径光学非球曲面磨床的关键部件——X向导轨部件及床身进行了详细设计研究，归纳本文可以得出以下结论：1）大口径光学非球曲面零件的加工技术直接影响着国防科技水平的发展，我们必须研制出具有自主知识产权的，处于国际领先技术水平的大口径光学非球曲面零件超精密加工床，为国家综合实力的提高打下基础。2）超精密加工机床的设计，很大程度上受限于关键单元技术的技术水平，如主轴单元技术、超精密导轨技术、高性能的驱动及测量技术。3）大中型超精密机床的导轨支承技术宜选用液体静压导轨技术，尤其是光学零件的超精密磨削加工，采用液体静压导轨技术不仅可以获得高精度和高刚度的进给系统，更重要的是由于液体静压导轨具有很好的吸振性及误差均化效应，可以很大程度上减小硬脆光学零件磨削加工中的亚表面损伤层深度，提高零件加工质量和效率。4）超精密加工机床的设计，始终以“高精度、高刚度、简单化”为原则，在刚度和精度的矛盾体中寻找最佳平衡点。9.2个人总结与展望设计是大学四年的最后