第四节-精密导轨部件.pptx

1超精密机床的总体布局超精密机床的总体布局 超精密机床主要用于加工反射镜等盘形零件，一般不需要后顶尖，因此在总体布局上比较简单。常见的超精密机床的总体布局有下面几种：T形布局 十字形布局 R-布局 立式结构布局2常用的导轨部件常用的导轨部件超精密机床常采用平面导轨结构的液体静压导轨和空气静压导轨，滚动导轨也有着广泛的应用。常用的超精密机床导轨结构形式有燕尾型、平面型、V平面型、双V形等。液体静压导轨 液体静压导轨具有刚度高，承载能力大，直线运动精度高，且运动平稳无爬行现象等优点。图2-17a所示为平面型液体静压导轨，图2-17b所示为双圆柱型液体静压导轨。目前很多超精密机床的导轨部件是用花岗岩制造的。由于花岗岩加工困难，一般都不做成整体，而是做成花岗石块之后用螺钉紧固在一起。空气静压导轨和气浮导轨空气静压导轨和气浮导轨可以达到很高的直线运动精度，运动平稳，无爬行，且摩擦因数接近于零，不发热。空气静压导轨 导轨运动件的导轨面上下、左右均在静压空气的约束下，因此和气浮导轨相比有较高的刚度和运动精度，但比液体静压导轨要差一些。空气静压导轨有多种形式，其中平面形导轨用得较多。常用的静压空气压力为41056105Pa，气压高于6105Pa时容易产生振荡。气浮导轨 使用气浮导轨的必要条件是导轨上的运动部件重量很重且压缩空气的压力非常稳定。气浮导轨的刚度较低，且受压缩空气压力波动的影响。3床身及导轨的材料床身及导轨的材料超精密机床床身结构与所用材料有关。常用的床身及导轨材料有优质耐磨铸铁、花岗岩、人造花岗岩等。4微量进给装置微量进给装置 超精密机床的进给系统般采用精密滚珠丝杠副、液体静压和空气静压丝杠副。而高精度微量进给装置则有电致伸缩式、弹性变形式、机械传动或液压传动式、热变形式、流体膜变形式、磁致伸缩式等。其中电致伸缩式和弹性变形式微量进给机构能够满足精密和超精密微量进给装置的要求，且技术成熟。目前高精度微量进给装置的分辨力可达到0.0010.01m。在超精密加工中，为了实现精确、稳定、可靠和快速微位移，精密和超精密微位移机构应满足以下设计要求：精微进给和粗进给分开，以提高微位移的精度、分辨力和稳定性。运动部分必须是低摩擦和高稳定度的，以实现很高的重复精度。末级传动元件必须有很高的刚度，即夹持金刚石刀具处须是高刚度的。内部连接必须可靠，尽量采用整体结构或刚性连接，否则微量进给机构很难实现很高的重复精度。工艺性好，容易制造。具有好的动特性，即具有高的频响。能实现微进给的自动控制。压电和电致伸缩微进给装置 电致伸缩微量进给装置的三大关键技术是电致伸缩传感器、微量进给装置的机械结构及其驱动电源。用电致伸缩传感器制造微量进给机构，可以实现自动微量进给，并且具有良好的动特性，能够实现高刚度无间隙位移和极精细的微量位移，分辨力可达1.02.5nm；具有很高的响应频率（响应时间达100s），且无空耗电流发热问题。常用的电致伸缩材料为压电陶瓷PZT（PbZnO-PbT陶瓷）等。摩擦驱动装置 摩擦驱动装置两个摩擦轮均由静压轴承支承，可以无摩擦转动。设计摩擦驱动装置需要解决以下两个结构问题：摩擦轮直径问题。即下摩擦轮直径必须很小，才能满足驱动杆运动速度极慢的要求。两个摩擦轮的支承问题。若都用静压轴承支承，则结构设计有很大难度；若摩擦轮用滚动轴承支承，则因滚动轴承有摩擦，导致摩擦驱动装置平稳性的降低。机械结构弹性变形微量进给装置 机械结构弹性变形微量进给装置具有工作稳定可靠、精度重复性好的特点，适用于手动操作。图中所示双T形弹性变形微量进给装置分辨力可达0.01m，输出位移方向的静刚度为70N/m，重复精度0.02m，最大输出位移为20m。第五节 金刚石刀具的结构衡量金刚石刀具质量的标准：能否加工出高质量的超光滑表面（Ra=0.005m 0.02m）；能否有较长的切削时间保持刀刃锋锐（一般要求切削长度数百千米）。设计金刚石刀具时最主要问题有三个：设计金刚石刀具时最主要问题有三个：确定切削部分的几何形状；选择合适的晶面作为刀具的前后面；确定金刚石在刀具上的固定方法和刀具结构。一、金刚石刀具切削部分的几何形状 刀头形式 金刚石刀具刀头一般采用在主切削刃和副切削刃之间加过渡刃修光刃的形式，以对加工表面起修光作用，获得好的加工表面质量。若采用主切削刃与副切削刃相交为一点的尖锐刀尖，则刀尖不仅容易崩刃和磨损，而且还在加工表面上留下加工痕迹，从而增加表面粗糙度值。修光刃有小圆弧修光刃、直线修光刃和圆弧修光刃之分。国内多采用直线修光刃，这种修光刃制造研磨简单，但要求对刀良好。国外标准的金刚石刀具，推荐的修光刃圆弧半径R=0.53mm。采用圆弧修光刃时，对刀容易，使用方便。但刀具制造研磨困难，所以价格也高。金刚石刀具的主偏角一般为3090，以45主偏角应用最为广泛。几种不同的刀头形式如图2-34所示，但一般不采用图2-34a所示的形式。前角和后角 根据加工材料不同，金刚石刀具的前角可取05，后角一般可取56。因为金刚石为脆性材料，在保证获得较小的加工表画粗糙度的前提下，为提高刀刃的强度，应采用较大的刀具楔角，所以宜取较小的刀具前角和后角。但增大金刚石刀具的后角，减少刀具后面和加工表面的摩擦，可减小表面粗糙度值，所以加工球面和非球曲面的圆弧修光刃刀具，常取后角为10。美国EI Contour精密刀具公司的标准金刚石车刀结构如图2-35所示。该车刀采用圆弧修光刃，修光刃圆弧半径R=0.51.5mm。后角采用10，刀具前角可根据加工材料由用户选定。一种可用于车削铝合金、铜、黄铜的通用金刚石车刀结构如图2-36所示。可获得粗糙度Ra 0.02 0.005m的表面。二、选择合适的晶面作为金刚石刀具前、后面二、选择合适的晶面作为金刚石刀具前、后面 单晶金刚石各向异性。目前国内制造金刚石刀具，一般前面和后面都采用（110）晶面或者和（110）晶面相近的面（35)。这主要是从金刚石的这两个晶面易于研磨加工角度考虑的，而未考虑对金刚石刀具的使用性能和刀具耐用度的影响。三、金刚石刀具上的金刚石固定方法 机械夹固 将金刚石的底面和加压面磨平，用压板加压固定在小刀头上。此法需要较大颗粒的金刚石。用粉末冶金法固定 将金刚石放在合金粉末中，经加压在真空中烧结，使金刚行固定在小刀头内。此法可使用较小颗粒的金刚石，较为经济，因此目前国际上多采用该方法。使用粘结或钎焊固定 使用无机粘结剂或其他粘结剂固定金刚石。粘结强度有限，金刚石容易脱落。钎焊固定是一种好办法，但技术不易掌握。国内外的金刚石刀具使用者一般都不自己磨刀，而将金刚石刀具送回原制造厂重磨。重磨收费很高且很不方便。Sumitomo公司推出一次性使用不重磨的精密金刚石刀具，即将金刚石钎焊在硬质合金片上，再用螺钉夹固在车刀杆上。刀片上的金刚石由制造厂研磨得很锋锐，使用厂用钝后不再重磨。这种刀具使用颗粒很小的金刚石，因而价格比较便宜。