《精密和超精密加工技术 Precision and ultraprecision machining》第4章 精密和超精密加工的机床设备

Precision and ultraprecision machining 密离线 姜春晓 2005年9月 2021/2/21

2021/2/21 姜春晓 2005年9月 Precision and ultraprecision machining 精密和超精密加工技术

「國超警勿的视备 B。精密和超精密机床发展概况及典型机床简介 38精密主轴部件 B8床身和精密导轨部件 04进给驱动系统 36量进给裝置 8③机床运动部件位移的激光在线检测系统 B7机床的稳定性和减振隔振 3③减少变形和恒温控制 2021/2/21

2021/2/21 3.1 精密和超精密机床发展概况及典型机床简介 3.2 精密主轴部件 3.3 床身和精密导轨部件 3.4 进给驱动系统 3.5 微量进给装置 3.6 机床运动部件位移的激光在线检测系统 3.7 机床的稳定性和减振隔振 3.8 减少变形和恒温控制 第4章 精密和超精密加工的机床设备

「种超视家爱属8 一、发展概况 精密机床是实现精密加工的首要基础条件。 1)美国:50年代首先发展了金刚石刀具的超精密切 削技术,并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机 床;1983~1984硏制成功大型超精密金刚石车床 DTM-3型和 LODTM大型超精密车床 2)英国:1991粘硏制成功大型超精密机床 OAGM2500。 3)日本:现在在中小型超精密机床生产上已经具有 定的优势,甚至超过了美国 4)中国:JCS-027超精密车床、JCS-031超精密 铣床、JCS-035超精密车床等。 2021/2/21

2021/2/21 第1节 精密和超精密机床发展概况 及典型机床简介 精密机床是实现精密加工的首要基础条件。 1）美国：50年代首先发展了金刚石刀具的超精密切 削技术，并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机 床；1983～1984研制成功大型超精密金刚石车床 DTM－3型和LODTM大型超精密车床。 2）英国：1991粘研制成功大型超精密机床 OAGM2500。 3）日本：现在在中小型超精密机床生产上已经具有 一定的优势，甚至超过了美国。 4）中国：JCS－027超精密车床、JCS－031超精密 铣床、JCS－035超精密车床等。 一、发展概况

视原简分 、典型机床简介 Union Carbide公 的半球机床 能加工直径100mm的斗球,达到尺寸精 度正负06μm,表面粗糙度0.025m 精密空气轴承主轴采用多孔石墨制成 轴衬,径向空气轴承的外套可以调整 自动定心,可提高前后轴承的同心度, 以提高主轴的回转精度。 图4-1 Union Carbide公司的半球车床(1号车床) a)外观结构b)空气轴承主轴 1—工件主轴2—刀具头架主轴3一刀具头架4-多孔石蟹轴衬5-前止推板6—进气孔 2021/2/21 推板8一挠性止椎环9调整螺针10-外壳体

2021/2/21 二、典型机床简介 第1节 精密和超精密机床发展概况 及典型机床简介 Union Carbide 公司 的半球机床 能加工直径100mm的半球，达到尺寸精 度正负0.6μm，表面粗糙度0.025μm。 精密空气轴承主轴采用多孔石墨制成 轴衬，径向空气轴承的外套可以调整 自动定心，可提高前后轴承的同心度， 以提高主轴的回转精度

二、典型机床简介 Moore车床 事 由 Moore3型坐标测量机改 造而成。采用卧式主轴 三坐标精密数控,消振和 ■ 防振措施,加强恒温控制等 M-18AG型超精密非球面车床 基本结构同 Moore3,采用空 气静压轴承主轴、气浮导轨、 双坐标双频激光测量系统、 优质铸铁床身,有恒温油浇 淋机和空气隔振垫支承。 图4-2 Moore车床 1—空气轴承主轴2—金刚石刀具3-刀具夹持器4一精密 转台5—空气垫(3点支承)6一主电动机 2021/2/21

2021/2/21 二、典型机床简介 Moore 车床 由Moore 3型坐标测量机改 造而成。采用卧式主轴， 三坐标精密数控，消振和 防振措施，加强恒温控制等。 M-18AG型超精密非球面车床， 基本结构同Moore 3，采用空 气静压轴承主轴、气浮导轨、 双坐标双频激光测量系统、 优质铸铁床身，有恒温油浇 淋机和空气隔振垫支承

二、典型机床简介 hemo公司的MSG-325超精密车床 采用T形布局,机床空气主轴的径向圆跳动和轴向 跳动均小于等于0.05μm。床身溜板用花岗岩制造,导 轨为气浮导轨;机床用滚珠丝杠和分辨率为001um的 双坐标精密数控系统驱动,用HP5501A双频激光干涉似 精密检测位移 2021/2/21

2021/2/21 二、典型机床简介 Pneumo 公司的MSG-325超精密车床 采用T形布局，机床空气主轴的径向圆跳动和轴向 跳动均小于等于0.05μm。床身溜板用花岗岩制造，导 轨为气浮导轨；机床用滚珠丝杠和分辨率为0.01μm的 双坐标精密数控系统驱动，用HP5501A双频激光干涉仪 精密检测位移

二、典型机床简介 DTM-3大型超精密车床 采用精密数控伺服方 式,控制部分为内装式 CNC装置和激光干涉测长 仪,精确测量定位,在 DC伺服机构内装有压电 微位移机构,实现纳米 级微位移。 图4-4美LLL实验室的3号大型 超精密车床(DTM-3)外观图 2021/2/21

2021/2/21 二、典型机床简介 DTM-3大型超精密车床 采用精密数控伺服方 式，控制部分为内装式 CNC装置和激光干涉测长 仪，精确测量定位，在 DC伺服机构内装有压电 微位移机构，实现纳米 级微位移

二、典型机床简介 大型光学金刚石车床 LODTM 机床采用立式结构,采用止 推轴承,7路高分辨力双频激光 测量系统,4路激光检测横梁上 溜板的运动,3路激光检测刀架 上下运动位置,使用在线测量 图4-5美国LLL实验室的大型光学金刚石车床( LODTM) 1)主轴 和误差补偿,各发热部件用大 x向(径向) 0.025gm z向(轴向 0.051gm 量恒温水冷却,用大的地基 50r/min时的主轴回转误差(PV值) x向(径向) 地基周围有防振沟,且整个机 向(轴向) 2)直线定位误差(PV值) 床用4个大空气弹簣支承。 x向(径向) z向(轴向) 3)导轴运动直线度误差(PV值) 向(径向) 向(轴向 P 4)激光测量系统综合误差 向(径向 2021/2/21

2021/2/21 二、典型机床简介 大型光学金刚石车床LODTM 机床采用立式结构，采用止 推轴承，7路高分辨力双频激光 测量系统，4路激光检测横梁上 溜板的运动，3路激光检测刀架 上下运动位置，使用在线测量 和误差补偿，各发热部件用大 量恒温水冷却，用大的地基， 地基周围有防振沟，且整个机 床用4个大空气弹簧支承

二、典型机床简介 oAGM2500大型超精密机床 z向 机床的x和y向导轨采用液 体静压,z向的磨轴头和 测量头采用空气轴承。床 身采用型钢焊接结构,用 精密数控驱动,双频激光 测量系统检测运动位 图4-6英 Cranfield公司的OAGM2500大型超精密机床 工作台2-测量基准架3-测头4-y向参考光束 5-溜板龙门架6-砂轮轴 2021/2/21

2021/2/21 二、典型机床简介 OAGM 2500大型超精密机床 机床的x和y向导轨采用液 体静压，z向的磨轴头和 测量头采用空气轴承。床 身采用型钢焊接结构，用 精密数控驱动，双频激光 测量系统检测运动位置

二、典型机床简介 AHNO型高效专用车削、磨削超精密机床 有一个x和y向调整的刀 架及作B轴转动的高精度 转台,借助三轴精密数 控,加工平面、球面和 非球曲面 采用空气轴承,刀架设( HG 计滑板结构,直线移动与 分辨力0.01μm,激光测 量反馈,定位精度全行 程0.03μm。 图4-7日本AHN10型机床磨模具情况 加工模具形状精度0.05 1—主轴2—磨头主轴3—工件4—砂轮5-刀架 um,表面粗糙度0025m 2021/2/21

2021/2/21 二、典型机床简介 AHNIO型高效专用车削、磨削超精密机床 有一个x和y向调整的刀 架及作B轴转动的高精度 转台，借助三轴精密数 控，加工平面、球面和 非球曲面。 采用空气轴承，刀架设 计滑板结构，直线移动 分辨力0.01μm，激光测 量反馈，定位精度全行 程0.03μm。 加工模具形状精度0.05 μm，表面粗糙度0.025μm