第一章精密切削加工

1、第一章第一章 精密切削加工精密切削加工第一章第一章 精密切削加工精密切削加工 概述概述 精密切削加工机理精密切削加工机理 精密切削加工机床及应用精密切削加工机床及应用 超精密切削加工简介超精密切削加工简介第一章第一章 精密切削加工精密切削加工概述概念概念定义：定义：精密加工：加工精度和表面质量达到极高程度的加工工艺精密加工：加工精度和表面质量达到极高程度的加工工艺加工精度：加工精度：0.110.11m m 表面粗糙度：表面粗糙度：RaRa：0.020.10.020.1第一章第一章 精密切削加工精密切削加工提高加工精度原因：提高加工精度原因：1 1提高产品性能和质量，稳定性和可靠性提高产品性能和

2、质量，稳定性和可靠性2 2 促进产品小型化促进产品小型化飞机发动机转子叶片加工度，由飞机发动机转子叶片加工度，由60m提高到提高到12m、表面粗、表面粗糙度由糙度由Ra0.5m减少到减少到0.2m，加速效率从，加速效率从89%提高到提高到94%；齿轮的齿形和齿距误差若能从目前的齿轮的齿形和齿距误差若能从目前的36m，降低到，降低到1m，单位重量传递的扭距提高近单位重量传递的扭距提高近1倍。倍。 3 3 增强零件的互换性，提高装配生产率，促进自动化装配增强零件的互换性，提高装配生产率，促进自动化装配应用应用第一章第一章 精密切削加工精密切削加工3 3、实现精密加工的关键技术：、实现精密加工的关键

3、技术：1 1）精密加工机床精密加工机床主轴轴承：高回转精度主轴轴承：高回转精度超精密的滚动轴承、液体静压轴承、空气静压轴承超精密的滚动轴承、液体静压轴承、空气静压轴承导轨：直线运动精度导轨：直线运动精度滚动导轨、液体静压导轨、空气静压导轨、气浮导轨滚动导轨、液体静压导轨、空气静压导轨、气浮导轨微量进给装置：提高刀具进给精度微量进给装置微量进给装置：提高刀具进给精度微量进给装置弹性变形式和电致伸缩式弹性变形式和电致伸缩式第一章第一章 精密切削加工精密切削加工）加工刀具加工刀具精密加工中常用刀具材料：硬质合金和涂层硬质合金、精密加工中常用刀具材料：硬质合金和涂层硬质合金、立方氮化硼（立方氮化硼（C

4、BN）和人造聚晶金刚石。）和人造聚晶金刚石。 超精密切削加工常用超精密切削加工常用：天然或人造单晶金刚石。天然或人造单晶金刚石。金刚石车削主要用于铜、铝及其合金等软金属零件的金刚石车削主要用于铜、铝及其合金等软金属零件的精密加工。精密加工。 在日常消费品中，金刚石车削常被用来加工有机玻璃在日常消费品中，金刚石车削常被用来加工有机玻璃和各种塑料和各种塑料:大型投影电视屏幕、照像机的塑料镜片以及树大型投影电视屏幕、照像机的塑料镜片以及树脂隐形眼镜镜片。脂隐形眼镜镜片。 第一章第一章 精密切削加工精密切削加工金刚石刀具：解决金刚石刀具：解决2 2个问题个问题1 1、金刚石晶体的晶面选择金刚石晶体的晶

5、面选择2 2、 刃口的锋利程度刃口的锋利程度 金刚石刀具刃口钝圆半径金刚石刀具刃口钝圆半径24nm，切削厚度，切削厚度10nm刃刃口钝圆半径为口钝圆半径为2nm。 超精密磨削磨具主要采用金刚石微粉砂轮，粒度为超精密磨削磨具主要采用金刚石微粉砂轮，粒度为W20W0.5。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工第一章第一章 精密切削加工精密切削加工金刚石砂轮第一章第一章 精密切削加工精密切削加工金刚石镗刀第一章第一章 精密切削加工精密切削加工人造单晶钻石刀具人造单晶钻石刀具亚加力透光雕刻刀亚加力透光雕刻刀亚克力钻石抛光刀亚克力钻石抛光刀圆圈圆点高光刀圆圈圆点高光刀第一章第一章 精密切削加工精密切削加

6、工内R(UR)车床刀外圆(OR)刀镜面倒角刀平面刀(车床刀)天然金刚石刀具天然金刚石刀具第一章第一章 精密切削加工精密切削加工3)3)精密切削机理精密切削机理 积屑瘤、鳞刺、加工参数和加工条件对切削的影响积屑瘤、鳞刺、加工参数和加工条件对切削的影响4) 4) 稳定的加工环境：温度、湿度、污染和振动稳定的加工环境：温度、湿度、污染和振动 保证加工质量的必要条件。保证加工质量的必要条件。 环境温度：环境温度：110.020.02，甚至，甚至0.00050.0005。恒温采。恒温采用多层套间，得到大恒温间、小恒温间，甚至局部恒温，如用多层套间，得到大恒温间、小恒温间，甚至局部恒温，如恒温罩，罩内用恒

7、温液喷淋，达到更精确的控制温度。恒温罩，罩内用恒温液喷淋，达到更精确的控制温度。 第一章第一章 精密切削加工精密切削加工 湿度：湿度：55%60%，防止机器的锈蚀、石材膨胀、仪，防止机器的锈蚀、石材膨胀、仪器，如激光干涉仪的零点漂移等。器，如激光干涉仪的零点漂移等。 污染：尘埃会在加工时划伤加工表面。洁净度要求污染：尘埃会在加工时划伤加工表面。洁净度要求1000100级，级，100级指每立方英尺空气中所含大于级指每立方英尺空气中所含大于0.5m的尘埃不超过的尘埃不超过100个。大面积的超净间造价高，达到高洁个。大面积的超净间造价高，达到高洁净度难度大，采用超净工作台、超净工作腔等局部超净环净度

8、难度大，采用超净工作台、超净工作腔等局部超净环境，通入正压洁净空气。工作人员穿戴专门工作服，通过境，通入正压洁净空气。工作人员穿戴专门工作服，通过风淋室。风淋室。 振动：振动：加工设备安放在带防振沟和隔振器的防振地基加工设备安放在带防振沟和隔振器的防振地基上，用空气弹簧上，用空气弹簧(垫垫)来隔离低频振动。来隔离低频振动。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工中国科学院上海光学精密机械研究所 第一章第一章 精密切削加工精密切削加工5)5)误差补偿误差补偿 误差预防：提高机床制造精度、保证加工环境条件误差预防：提高机床制造精度、保证加工环境条件 误差补偿：利用误差补偿装置对误差值进行静态和误差补

9、偿：利用误差补偿装置对误差值进行静态和动态补偿，以消除误差本身的影响。动态补偿，以消除误差本身的影响。 静态误差补偿根据事先测出的误差值，加工时通过静态误差补偿根据事先测出的误差值，加工时通过硬件或软件补偿；动态误差补偿在线检测基础上，加工硬件或软件补偿；动态误差补偿在线检测基础上，加工时实时补偿。时实时补偿。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工6)6) 精密测量技术精密测量技术 不仅要对工件和表面质量检验，而且要检验加工设备和不仅要对工件和表面质量检验，而且要检验加工设备和基础元部件精度。基础元部件精度。 检测可采取离线的、在位的和在线的三种方式。比加工检测可采取离线的、在位的和在线的三种

10、方式。比加工精度高一级。精度高一级。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工精密切削加工分类四类：精密、超精密车削四类：精密、超精密车削精密、超精密铣削精密、超精密铣削精密、超精密镗削精密、超精密镗削微孔加工微孔加工第一章第一章 精密切削加工精密切削加工精密加工与经济性 例如：加工直径为例如：加工直径为100mm的离轴抛物面反射镜的离轴抛物面反射镜精密加工：金刚石精密车削精密加工：金刚石精密车削传统工艺：研磨一抛光一手工修琢传统工艺：研磨一抛光一手工修琢比较：成本十几分之一，精度更高，加工周期比较：成本十几分之一，精度更高，加工周期12个月缩短个月缩短为为 3周。周。我国精密加工技术较落后，精密

11、产品靠进口，还有些精密我国精密加工技术较落后，精密产品靠进口，还有些精密产品靠老工人手艺制造，废品率极高。产品靠老工人手艺制造，废品率极高。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工精密切削和加工机理精密切削和加工机理 切削变形和切削力切削变形和切削力1 1、切削变形、切削变形（1 1）过度切削）过度切削以单刃回转刀具铣削平面为例以单刃回转刀具铣削平面为例第一章第一章 精密切削加工精密切削加工接触开始，刀具在工件上滑动，工件表接触开始，刀具在工件上滑动，工件表面弹性变形，切削刃移开，工件恢复原面弹性变形，切削刃移开，工件恢复原来状态来状态弹性滑动。弹性滑动。刀具继续回转，切深增大，塑变，切削刀具继

12、续回转，切深增大，塑变，切削刃滑过后，刻划出沟痕，无切除材料刃滑过后，刻划出沟痕，无切除材料塑性滑动。塑性滑动。切深增加，产生切屑切深增加，产生切屑切削过程切削过程 点划线为切削刃的运动轨迹，实线点划线为切削刃的运动轨迹，实线为被加工表面轮廓线。由于工件弹塑性为被加工表面轮廓线。由于工件弹塑性变形，二者不重合。变形，二者不重合。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工（2）最小切入深度）最小切入深度最小切入深度等于或小于等于零件加工精度。其反最小切入深度等于或小于等于零件加工精度。其反映精加工能力。映精加工能力。切入深度太小切入深度太小对工件表面弹性滑动或塑性滑动对工件表面弹性滑动或塑性滑动P

13、Pzizi P Pyi yi 形成切屑形成切屑P Pzizi PFy硬质合金车刀精密切削，进给量小于一定值时，硬质合金车刀精密切削，进给量小于一定值时， Fy Fz ，这是精密切削切削力变化的特殊规律这是精密切削切削力变化的特殊规律表表1.2 进给量对切削力的影响（硬质合金车刀进给量对切削力的影响（硬质合金车刀） 切削力f(mm/r进给量)0.010.020.040.100.20Fz610355096Fy2428 5870Fx 671113第一章第一章 精密切削加工精密切削加工切削深度切削深度硬质合金车刀，切削深度小于一定值硬质合金车刀，切削深度小于一定值 ， Fy Fz用天然金刚石车刀进行精

14、密切削：用天然金刚石车刀进行精密切削： FzFy第一章第一章 精密切削加工精密切削加工由上可知：由上可知：一般切削时，一般切削时，Fz与与Fy的比值总是大于的比值总是大于1，精密切削时，精密切削时， Fz与与Fy的比值取决于切削用量（的比值取决于切削用量（ap、f）同）同刀具刃口半径的比值。当比值达到一定数值时，刀具刃口半径的比值。当比值达到一定数值时，Fz与与Fy的比值可以小于的比值可以小于1。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工一般切削，一般切削，ap对切削力的影响大于对切削力的影响大于f对切削力的影响。对切削力的影响。精密切削，精密切削，f对切削力的影响大于对切削力的影响大于ap的影响

15、。的影响。原因：精密切削采用原因：精密切削采用f大于大于ap的切削方式。的切削方式。 第一章第一章 精密切削加工精密切削加工刀具材料刀具材料天然金刚石车刀天然金刚石车刀摩擦系数小，摩擦系数小，刃口半径小，刃口半径小，切削力小切削力小其他其他工件材料工件材料强度、硬度、塑性大强度、硬度、塑性大切削力大切削力大 刀具几何参数刀具几何参数前角前角增大增大切削力减小切削力减小主偏角主偏角r r大小大小F Fp p、F Ff f的比值的比值刀具磨损刀具磨损 刀具材料及切削液刀具材料及切削液与一般切削相似与一般切削相似第一章第一章 精密切削加工精密切削加工二、切削热和切削液二、切削热和切削液（1 1）切削

16、热的来源与切削温度）切削热的来源与切削温度切削热的来源切削热的来源弹性、塑性变形功弹性、塑性变形功+ + 摩擦功摩擦功切削温度切削温度切屑与前刀面接触区域的平均温度切屑与前刀面接触区域的平均温度（2 2）影响切削温度的因素及控制）影响切削温度的因素及控制1 1、控制工件温升和环境温度、控制工件温升和环境温度热变形的加工误差热变形的加工误差占总误差占总误差40%-70%40%-70%第一章第一章 精密切削加工精密切削加工环境温度可根据加工要求控制在环境温度可根据加工要求控制在10.02，甚至，甚至达到达到0.0005。达到恒温的办法是采用多层套间，可。达到恒温的办法是采用多层套间，可逐步得到大恒

17、温间、小恒温间，温度控制的精度愈来愈逐步得到大恒温间、小恒温间，温度控制的精度愈来愈高，再采用局部恒温的方法，如恒温罩，罩内还可用恒高，再采用局部恒温的方法，如恒温罩，罩内还可用恒温液喷淋，达到更精确的控制温度。温液喷淋，达到更精确的控制温度。 第一章第一章 精密切削加工精密切削加工2 2、切削热传给工件，切削液，引起温升、切削热传给工件，切削液，引起温升措施措施切削液浇注工件。切削液浇注工件。1 1）浇注加沐浴式；）浇注加沐浴式；2)2)切削液箱设置螺旋形铜管；切削液箱设置螺旋形铜管；3)3)冷却水箱加冰块；冷却水箱加冰块；4 4）优化刀具几何角度，切削用量）优化刀具几何角度，切削用量切削用

18、量切削用量v v大，大，f f中，中，a ap p 小小刀具几何参数刀具几何参数前角前角大大切削温度低切削温度低主偏角主偏角r r大大切削温度高切削温度高工件材料工件材料硬度、强度高，导热系数小硬度、强度高，导热系数小切削温度切削温度高；脆性材料高；脆性材料切削温度低切削温度低第一章第一章 精密切削加工精密切削加工（2 2）切削液）切削液影响很大影响很大1 1、在刀具表面形成润滑膜，减少摩擦、在刀具表面形成润滑膜，减少摩擦表面吸附表面吸附物理吸附物理吸附效果较差。但物理吸附厚膜效果较差。但物理吸附厚膜化合物脱落，不影响表面粗糙度化合物脱落，不影响表面粗糙度化学吸附化学吸附效果较好。但化合物会脱

19、落，影响表面粗效果较好。但化合物会脱落，影响表面粗糙度糙度2 2、抑制积屑瘤产生、抑制积屑瘤产生3 3、降低温度、降低温度4 4、减少切削力、减少切削力5 5、减少刀具磨损、减少刀具磨损第一章第一章 精密切削加工精密切削加工三、刀具磨损、破损、耐用度三、刀具磨损、破损、耐用度1 1、金刚石刀具磨损、破损、金刚石刀具磨损、破损金刚石刀具磨损形式金刚石刀具磨损形式机械磨损、破损、炭化磨损机械磨损、破损、炭化磨损前两者常见，后者少见前两者常见，后者少见机械磨损机械磨损机械摩擦造成。磨损量很小，不会显著影响加工质量机械摩擦造成。磨损量很小，不会显著影响加工质量发生：金刚石刀具加工铝、铜、尼龙发生：金刚

20、石刀具加工铝、铜、尼龙第一章第一章 精密切削加工精密切削加工第一章第一章 精密切削加工精密切削加工刀具破损刀具破损原因：原因：裂纹裂纹结构缺陷、金刚石受循环应力、刀具结构缺陷、金刚石受循环应力、刀具表面研磨应力表面研磨应力碎裂碎裂金刚石较脆、冲击、振动金刚石较脆、冲击、振动解理解理垂直金刚石晶面拉力超过特定值，相邻面分垂直金刚石晶面拉力超过特定值，相邻面分离，解理劈开。晶面选择方向不当、冲击、振动、切离，解理劈开。晶面选择方向不当、冲击、振动、切削不稳定削不稳定选微观强度较高晶面作前后刀面选微观强度较高晶面作前后刀面 第一章第一章 精密切削加工精密切削加工二、刀具耐用度二、刀具耐用度1 1、刀

21、具磨损过程、刀具磨损过程初期磨损阶段、正常磨损阶段、初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段急剧磨损阶段2 2、刀具磨钝标准、刀具磨钝标准工艺磨损极限工艺磨损极限- -根据工件表面粗糙度、尺寸精根据工件表面粗糙度、尺寸精度度合理磨损极限合理磨损极限合理使用刀具材料合理使用刀具材料天然单晶金刚石天然单晶金刚石耐用度极高，以切削路程长度耐用度极高，以切削路程长度表示，达数百公里表示，达数百公里第一章第一章 精密切削加工精密切削加工精密切削加工机床及应用精密切削加工机床及应用一、精密切削加工机床概况一、精密切削加工机床概况二战后，美国首先发展金刚石刀具精密切削技术，二战后，美国首先发展金刚石刀具精密

22、切削技术，发展了空气轴承的高性能精密车床。超精密机床综合应发展了空气轴承的高性能精密车床。超精密机床综合应用多项近代新技术。用多项近代新技术。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工我国我国20世纪世纪60年代开始发展精密机床，经过年代开始发展精密机床，经过40多年多年努力，已有相当规模。努力，已有相当规模。 1987年北京密云机床研究所年北京密云机床研究所加工球面超精密车床。加工球面超精密车床。北京航空机械研究所北京航空机械研究所空气轴承超精密车床和金刚石空气轴承超精密车床和金刚石镗床镗床哈工大哈工大带激光在线测量空气轴承主轴数控超精密车带激光在线测量空气轴承主轴数控超精密车床床第一章第一章

23、精密切削加工精密切削加工二、精密切削加工机床精度指标二、精密切削加工机床精度指标第一章第一章 精密切削加工精密切削加工三、精密主轴部件三、精密主轴部件1、液体静压轴承主轴液体静压轴承主轴主轴在钢套内悬浮，不产生固主轴在钢套内悬浮，不产生固体摩擦。轴受力偏歪时，耦合体摩擦。轴受力偏歪时，耦合面间泄油间隙改变，相对油腔面间泄油间隙改变，相对油腔产生压力差，将振动主轴回到产生压力差，将振动主轴回到原来位置。原来位置。止推轴承两个相对止推面做在同一端，热变形长度小，不造止推轴承两个相对止推面做在同一端，热变形长度小，不造成轴承间隙变化，保持轴承刚度和承载能力。成轴承间隙变化，保持轴承刚度和承载能力。第

24、一章第一章 精密切削加工精密切削加工 优点：回转精度高（优点：回转精度高（0.1m）、刚度高、转动平稳、无振）、刚度高、转动平稳、无振动动广泛用于超精密机床。广泛用于超精密机床。缺点：缺点： 油温随着转速的升高而升高。温度升高造成热变形，影油温随着转速的升高而升高。温度升高造成热变形，影响主轴精度。响主轴精度。 静压油回油时将空气带入油源，形成微小气泡悬浮油中，静压油回油时将空气带入油源，形成微小气泡悬浮油中，不易排出，降低了液体静压轴承刚度和动特性。不易排出，降低了液体静压轴承刚度和动特性。 第一章第一章 精密切削加工精密切削加工采取的措施有：采取的措施有：（1）提高静压油压力，使油中微小气

25、泡影响减小。）提高静压油压力，使油中微小气泡影响减小。（2）静压轴承用油经温度控制，达到恒温；轴承采用恒）静压轴承用油经温度控制，达到恒温；轴承采用恒温水冷却，减小轴承的温升。温水冷却，减小轴承的温升。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工2 2、空气静压轴承主轴、空气静压轴承主轴工作原理和静压轴承相似。空气粘度小，主轴高速转动工作原理和静压轴承相似。空气粘度小，主轴高速转动空气温升小，热变形小。空气轴承刚度低，承受较小载空气温升小，热变形小。空气轴承刚度低，承受较小载荷。荷。超精密机床中广泛应用。超精密机床中广泛应用。 制造空气制造空气主轴和轴承的材料主轴和轴承的材料： 表面氮化和低温稳表面

26、氮化和低温稳定处理的定处理的38CrMoAl； 不锈钢；不锈钢； 多孔石墨和轴承钢。多孔石墨和轴承钢。另外还有铟钢、花岗岩、微晶玻璃和陶瓷等。另外还有铟钢、花岗岩、微晶玻璃和陶瓷等。 第一章第一章 精密切削加工精密切削加工前后轴承半球状，既是径向轴承又是止推轴承。气浮面前后轴承半球状，既是径向轴承又是止推轴承。气浮面是球面，自动调心，轴承同心度高，主轴回转精度好。是球面，自动调心，轴承同心度高，主轴回转精度好。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工陶瓷轴承高速主轴陶瓷轴承高速主轴陶瓷球轴承密封圈旋转变压器电主轴陶瓷球轴承冷却水出口冷却水入口q 陶瓷轴承高速主轴结构第一章第一章 精密切削加工精密

27、切削加工q 陶瓷轴承高速主轴结构特征第一章第一章 精密切削加工精密切削加工3 3、主轴的驱动方式、主轴的驱动方式1 1）电动机通过带传动驱）电动机通过带传动驱动动早期的超精密机床早期的超精密机床 带轮有轴承支撑，柔性带轮有轴承支撑，柔性连轴器与主轴连接，连轴器与主轴连接，直流直流电机或交流变频电机，无电机或交流变频电机，无级调速，避免齿轮调速振级调速，避免齿轮调速振动。电动机精密动平衡，动。电动机精密动平衡，单独地基。传动带无接缝单独地基。传动带无接缝丝质材料，吸振。丝质材料，吸振。Moore金刚石车床回转工作台工件刀具主轴传动带主轴电机空气垫刀具夹持器第一章第一章 精密切削加工精密切削加工2

28、）柔性联轴器驱动：）柔性联轴器驱动： 主轴和电动机在同一轴线上，通过电磁联轴器相联。主轴和电动机在同一轴线上，通过电磁联轴器相联。电动机精密动平衡，保证与电动机轴、主轴同心电动机精密动平衡，保证与电动机轴、主轴同心第一章第一章 精密切削加工精密切削加工3 3）采用内装式同轴电动机驱动机床主轴）采用内装式同轴电动机驱动机床主轴 采用特制的内装式电动机，转子装在主轴上，定子采用特制的内装式电动机，转子装在主轴上，定子装在主轴箱内，电动机无轴承，靠机床轴承支承转子转装在主轴箱内，电动机无轴承，靠机床轴承支承转子转动。无刷直流电动机，无级变速。动。无刷直流电动机，无级变速。 缺点：定子发热升温，主轴部

29、件变形。缺点：定子发热升温，主轴部件变形。定子强制定子强制冷却或外壳做夹层通恒温油（水）冷却冷却或外壳做夹层通恒温油（水）冷却第一章第一章 精密切削加工精密切削加工四、床身和精密导轨部件四、床身和精密导轨部件1 1、床身和导轨的材料、床身和导轨的材料尺寸稳定，热膨胀系数小，振动衰减能力强，耐磨性尺寸稳定，热膨胀系数小，振动衰减能力强，耐磨性好，加工工艺性好。好，加工工艺性好。1 1）优质耐磨铸铁）优质耐磨铸铁具有热膨胀系数小，振动衰减能力强，耐磨性好，并具有热膨胀系数小，振动衰减能力强，耐磨性好，并经过时效的优质耐磨铸铁。但耐腐蚀差，易生锈经过时效的优质耐磨铸铁。但耐腐蚀差，易生锈第一章第一章

30、 精密切削加工精密切削加工2 2）花岗岩）花岗岩尺寸稳定，热膨胀系数小，振动衰减能力强，耐磨性尺寸稳定，热膨胀系数小，振动衰减能力强，耐磨性好（比前者强）。但吸湿易变形，加工困难，不做成整体，好（比前者强）。但吸湿易变形，加工困难，不做成整体，用螺钉紧固。用螺钉紧固。 3 3）人造花岗岩）人造花岗岩花岗岩碎粒用树脂粘接而成。尺寸稳定，热膨胀系数花岗岩碎粒用树脂粘接而成。尺寸稳定，热膨胀系数小，振动衰减能力强，耐磨性好。可铸造成形，吸湿性小。小，振动衰减能力强，耐磨性好。可铸造成形，吸湿性小。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工第一章第一章 精密切削加工精密切削加工2 2、导轨类型、导轨类型1

31、 1）滚动导轨）滚动导轨（1 1）直线滚动轴承）直线滚动轴承轴承长度依行程而定轴承长度依行程而定（2 2）再循环滚动组件）再循环滚动组件滚动体再循环，工作行程不受滚动体再循环，工作行程不受限制限制类型：类型：再循环滚柱滚动组件再循环滚柱滚动组件工艺性好工艺性好再循环滚珠滚动组件再循环滚珠滚动组件承载能力低，承载能力低， 第一章第一章 精密切削加工精密切削加工2 2）液体静压导轨）液体静压导轨优点：温升低，刚性好，承载能力强，直线运动精度高，优点：温升低，刚性好，承载能力强，直线运动精度高，无爬行无爬行类型：平面型类型：平面型导轨上下左右都在静压油下导轨上下左右都在静压油下双圆柱型双圆柱型两圆柱

32、导轨调整平行困难，少用。两圆柱导轨调整平行困难，少用。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工液体静压导轨液体静压导轨第一章第一章 精密切削加工精密切削加工3 3）气浮导轨和空气静压导轨）气浮导轨和空气静压导轨直线运动精度高，无爬直线运动精度高，无爬行，摩擦系数几乎为零，不发热行，摩擦系数几乎为零，不发热气浮导轨气浮导轨底面和两侧导轨底面和两侧导轨面有压缩空气面有压缩空气导轨上运动部件重且压缩导轨上运动部件重且压缩空气压力稳定时使用空气压力稳定时使用第一章第一章 精密切削加工精密切削加工空气静压导轨空气静压导轨导轨面导轨面上下、左右均在静压作用上下、左右均在静压作用下，导轨浮在中间，基本下，导轨

33、浮在中间，基本无摩擦力。无摩擦力。刚性和运动精度高于前者。刚性和运动精度高于前者。空气静压导轨有不同形式，空气静压导轨有不同形式，平面型导轨用得较多。平面型导轨用得较多。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工五、进给驱动系统五、进给驱动系统1 1、精密数控系统、精密数控系统 有很高分辨率，每脉冲移动量有很高分辨率，每脉冲移动量0.01 m。通过激光测。通过激光测量系统检测位移并反馈数控系统，形成闭环控制，很高量系统检测位移并反馈数控系统，形成闭环控制，很高的位移精度。的位移精度。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工2、滚珠丝杠副驱动滚珠丝杠副驱动 滚珠在丝杠和螺母的螺纹槽内滚动，摩擦力很小。

34、滚珠滚珠在丝杠和螺母的螺纹槽内滚动，摩擦力很小。滚珠丝杠副预紧，消除正反转间回程间隙。丝杠副预紧，消除正反转间回程间隙。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工第一章第一章 精密切削加工精密切削加工3、摩擦驱动、摩擦驱动 驱动杆和导轨运动体相连，驱动杆和导轨运动体相连，夹在两摩擦轮间。上摩擦轮用弹夹在两摩擦轮间。上摩擦轮用弹簧压板压在驱动杆上，压力足够簧压板压在驱动杆上，压力足够摩擦轮和驱动杠间无滑动。摩擦轮和驱动杠间无滑动。 直流电动机带动下摩擦轮转直流电动机带动下摩擦轮转动，靠摩擦力带动驱动杠，进而动，靠摩擦力带动驱动杠，进而带动导轨运动。带动导轨运动。 第一章第一章 精密切削加工精密切削加

35、工摩擦驱动装置需要解决两个结构问题：摩擦驱动装置需要解决两个结构问题： 摩擦轮直径。下摩擦轮直径很小，满足驱动杆运动速度摩擦轮直径。下摩擦轮直径很小，满足驱动杆运动速度极慢的要求。极慢的要求。 两个摩擦轮的支承。若用静压轴承，结构设计困难；若两个摩擦轮的支承。若用静压轴承，结构设计困难；若用滚动轴承，摩擦大，平稳性的降低。用滚动轴承，摩擦大，平稳性的降低。 第一章第一章 精密切削加工精密切削加工4、液体静压和空气静压丝杠副驱动液体静压和空气静压丝杠副驱动液体静压液体静压使用压力油，效果好，制造复杂，应用少使用压力油，效果好，制造复杂，应用少空气静压空气静压使用压缩空气，进给稳定，刚度低。使用压

36、缩空气，进给稳定，刚度低。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工液体静压丝杠副驱动液体静压丝杠副驱动第一章第一章 精密切削加工精密切削加工5、微量进给装置微量进给装置第一章第一章 精密切削加工精密切削加工高精度微量进给装置则有高精度微量进给装置则有电致伸缩式、弹性变形式、机械电致伸缩式、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、磁致伸缩传动或液压传动式、热变形式、流体膜变形式、磁致伸缩式等。式等。电致伸缩式和弹性变形式能满足超精密微量进给要求，电致伸缩式和弹性变形式能满足超精密微量进给要求，分分辨力辨力0.0010.01m。 第一章第一章 精密切削加工精密切削加工压电和电致伸缩

37、微进给装置压电和电致伸缩微进给装置 电致伸缩传感器制造微量进给机构，电致伸缩传感器制造微量进给机构，分辨力分辨力1.02.5nm；良好动特性，高；良好动特性，高响应频率（响应时间响应频率（响应时间100s），无空），无空耗电流发热问题。耗电流发热问题。 常用的电致伸缩材料为压电陶瓷常用的电致伸缩材料为压电陶瓷PZT（PbZnO-PbT陶瓷）等。陶瓷）等。 第一章第一章 精密切削加工精密切削加工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 工作稳定可靠、适于手动操工作稳定可靠、适于手动操作。双作。双T形微量进给装置分辨达形微量进给装置分辨达0.01m，输出位移方向静刚，输出位移方向静

38、刚度度70N/ /m，重复精度，重复精度0.02m，最大输出位移为，最大输出位移为20m。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工精密测量技术：精密测量技术： 尺寸和形位精度用电子测微仪、电感测微仪、电容测微尺寸和形位精度用电子测微仪、电感测微仪、电容测微仪、自准直仪和激光干涉仪来测量。仪、自准直仪和激光干涉仪来测量。 表面粗糙度用电感式、压电晶体式表面形貌仪接触测量；表面粗糙度用电感式、压电晶体式表面形貌仪接触测量；光纤法、电容法、超声微波法和隧道显微镜法非接触测量；光纤法、电容法、超声微波法和隧道显微镜法非接触测量； 表面应力、表面变质层深度、表面微裂纹，用表面应力、表面变质层深度、表面微裂

39、纹，用X光衍射光衍射法、激光干涉法测量。法、激光干涉法测量。 六、六、检测和误差补偿技术检测和误差补偿技术第一章第一章 精密切削加工精密切削加工 实物照片实物照片 第一章第一章 精密切削加工精密切削加工 误差预防：提高机床制造精度、保证加工环境条件等来减误差预防：提高机床制造精度、保证加工环境条件等来减少误差源及其影响；少误差源及其影响； 误差补偿：利用误差补偿装置对误差值进行静动态补偿。误差补偿：利用误差补偿装置对误差值进行静动态补偿。静态补偿静态补偿事先测出误差值，加工时通过硬件或软件补偿；事先测出误差值，加工时通过硬件或软件补偿；动态补偿动态补偿在在线检测基础上，加工时实时补偿。在在线检

40、测基础上，加工时实时补偿。第一章第一章 精密切削加工精密切削加工双频激光测量系统第一章第一章 精密切削加工精密切削加工超精密机床的总体布局超精密机床的总体布局 超精密机床一般不需要后顶尖，总体布局上比较简单。超精密机床一般不需要后顶尖，总体布局上比较简单。常见的超精密机床的总体布局有：常见的超精密机床的总体布局有： T T形布局形布局 十字形布局十字形布局 R R- - 布局布局 立式结构布局立式结构布局七、典型精密和超精密机床简介七、典型精密和超精密机床简介第一章第一章 精密切削加工精密切削加工第一章第一章 精密切削加工精密切削加工第一章第一章 精密切削加工精密切削加工T形布局的金刚石车床X

41、轴滑台主轴刀架光路护罩基座z轴滑台周缘护板T T形布局形布局: :主轴装在横向滑台（主轴装在横向滑台（X X轴），刀架装在纵向滑轴），刀架装在纵向滑台（台（Z Z轴）。两轴垂直度轴）。两轴垂直度通过装配调整保证，成通过装配调整保证，成本低，是当前金刚石车本低，是当前金刚石车床的主流布局。床的主流布局。 第一章第一章 精密切削加工精密切削加工金刚石车床第一章第一章 精密切削加工精密切削加工加工4.5mm陶瓷球第一章第一章 精密切削加工精密切削加工第一章第一章 精密切削加工精密切削加工美国美国Moore公司的公司的Moore金刚石车床金刚石车床：Moore金刚石车床回转工作台工件刀具主轴传动带主轴电机空气垫刀具夹持器第一章第一章 精密切削加工精密切削加工BX导轨B轴回转工作台空气涡轮主轴刀具C轴回转工作台工件Z导轨空气油减振器C CFANUC FANUC 微型超精密加工机床微型超精密加工机床第一章第一章 精密切削加工精密切削加工超精密单点金刚石切削机床：超精密单点金刚石切削机床：2轴数控车床，轴数