【正文】 問題 ： ?電動機(jī)工作時定子將發(fā)熱產(chǎn)生溫升 ， 使主軸部件產(chǎn)生熱變形 。 采取使電動機(jī)定子強(qiáng)制通氣冷卻或定子外殼做成夾層 ， 通恒溫油 (或水 )冷卻等措施 ，可基本解決這個問題 。 精密主軸部件 ? ? 此方式電動機(jī)與機(jī)床主軸同軸 ,提高回轉(zhuǎn)精度 ,主軸箱軸向長度縮短 ,主軸箱成為一個獨(dú)立的、很方便移動的部件 . 精密主軸部件 ? 床身和導(dǎo)軌是精密機(jī)床的基礎(chǔ)件 ， 其材料性能對精密機(jī)床的整體性能有較大的影響 。 ? 床身和導(dǎo)軌材料應(yīng)具有尺寸穩(wěn)定性好 ， 熱膨脹系數(shù)小 ， 振動衰減能力強(qiáng) ， 耐磨性好 ， 加工工藝性好等特性 。 床身和精密導(dǎo)軌部件 床身和導(dǎo)軌的材料 過去滾動導(dǎo)軌都是使用滾柱直線滾動軸承 ， 滾柱帶保持架在導(dǎo)軌的偶合面作直線滾動 ， 軸承長度根據(jù)工作行程決定 。 通過使用高精度滾柱和施加一定的預(yù)載應(yīng)力 ， 可以得到較高的直線運(yùn)動精度 。 床身和精密導(dǎo)軌部件 導(dǎo)軌類型 ? 滾動導(dǎo)軌 滾動導(dǎo)軌在一般機(jī)床和精密機(jī)床中應(yīng)用多年，滾動導(dǎo)軌技術(shù)不斷提高。直線運(yùn)動的精度可以達(dá)到微米級精度，摩擦系數(shù)可以達(dá)到 以下。 ? 直線滾動軸承導(dǎo)軌 ?再循環(huán)滾動組件由于滾動體的再循環(huán) ， 它的工作行程長度不受限制 。 ?根據(jù)滾動體的類型不同 ， 有再循環(huán) 滾柱 滾動組件和再循環(huán) 滾珠 滾動組件兩種類型 。 床身和精密導(dǎo)軌部件 ? 再循環(huán)滾動組件 由于導(dǎo)軌運(yùn)動速度不高 (精密加工一般進(jìn)刀量很小 ） ， 液體靜壓導(dǎo)軌的溫度升高不嚴(yán)重 ， 而液體靜壓導(dǎo)軌剛度高 ， 承載能力強(qiáng) ， 直線運(yùn)動精度高并且平穩(wěn)現(xiàn)象 。 床身和精密導(dǎo)軌部件 ? 液體靜壓導(dǎo)軌 氣浮導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌可以得到很高的直線運(yùn)動精度 ， 運(yùn)動平穩(wěn) ， 無爬行 ， 摩擦系數(shù)幾乎為零 ， 不發(fā)熱 。 床身和精密導(dǎo)軌部件 ? 氣浮導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌 進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng) ? 工件的加工精度是由成形運(yùn)動的精度決定的 。成形運(yùn)動包括 主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動 。 進(jìn)給運(yùn)動的精度是由進(jìn)給系統(tǒng)精度決定的 . ?有刀具相對工件作縱向 (z向 )和橫向 (x向 )運(yùn)動的精密數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動 ， 以便完成各種曲面的精密加工 。 ?精密數(shù)控系統(tǒng)具有很高的分辨率 ， 達(dá)到每脈沖在 z向或 X向的移動量為 。 通過 精密雙頻激光測量系統(tǒng) 檢測 z向和 X向的位移并反饋給精密數(shù)控系統(tǒng) ， 形成閉環(huán)控制系統(tǒng) 。 進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng) 精密數(shù)控系統(tǒng) ? 要求 ： 采用精密滾珠絲杠副作為進(jìn)給系統(tǒng)的驅(qū)動元件 。 進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng) 滾珠絲杠副驅(qū)動 ? 優(yōu)點(diǎn)： ?①摩擦力很小。 ?②進(jìn)行適當(dāng)?shù)捻斁o，可消除正、反轉(zhuǎn)之間回程間隙。 ?③使用雙頻激光檢測系統(tǒng)，可消除絲杠積累誤差。 ?④高精密級的滾珠絲杠副可以做到相鄰螺距誤差～ l181。m，積累螺距誤差 3～ 5181。m/300mm。 進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng) ? 缺點(diǎn)： ?絲杠螺距在進(jìn)給全程中存在誤差，進(jìn)給運(yùn)動不平衡。 ?空氣靜壓絲杠副的進(jìn)給運(yùn)動極為平穩(wěn) ， 但因剛度略低 ， 正反運(yùn)動變換時將有微量的空行程 。 ?液體靜壓絲杠傳動副進(jìn)給運(yùn)動平穩(wěn) ， 使用效果很好 ， 但它的制造復(fù)雜 。 進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng) 液體靜壓和空氣靜壓絲杠副驅(qū)動 和導(dǎo)軌運(yùn)動體相連的驅(qū)動桿夾在兩個摩擦輪之間 。 上摩擦輪是用彈簧壓板壓在驅(qū)動桿上 ， 當(dāng)彈簧壓板壓力足夠時 ， 摩擦輪和驅(qū)動杠之間將無滑動 。 兩個摩擦輪均采用靜壓軸承支承 ， 可以無摩擦轉(zhuǎn)動 。 直流電動機(jī)和下摩擦輪相連 ， 帶動下摩擦輪轉(zhuǎn)動 ， 靠摩擦力帶動驅(qū)動杠 ，進(jìn)而帶動導(dǎo)軌作非常平穩(wěn)的直線運(yùn)動 。 圖為摩擦驅(qū)動裝置的原理圖。 進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng) 摩擦驅(qū)動 ? 缺點(diǎn) : ① 超精密機(jī)床在精切時 ,要求導(dǎo)軌的運(yùn)動速度極慢 ,因此要求下摩擦輪直徑很小 ,造成一定的設(shè)計(jì)困難 。 ② 兩個摩擦輪最好都能采用靜壓軸承支撐 ,但從結(jié)構(gòu)位置上看 ,放兩套靜壓軸承 (液體或空氣 )空間位置太擠 ,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)困難 (難度大 )。摩擦輪如采用滾動軸承支撐 ,則滾動軸承有摩擦 ,會降低摩擦驅(qū)動裝置的平穩(wěn)性 ,降低導(dǎo)軌直線運(yùn)動的平穩(wěn)性 . 進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng) ?可進(jìn)一步提高機(jī)床的分辨率 ， 高精度微量進(jìn)給裝置已可達(dá)到 ～ 率 ； ?可用于加工誤差的在線補(bǔ)償； ?可用于實(shí)現(xiàn)超薄切削 。 進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng) 微量進(jìn)給裝置 ? 微量進(jìn)給裝置的作用： ① 機(jī)械傳動或液壓傳動式； ②彈性變形式 ； ③熱變形式； ④流體膜變形式； ⑤磁致伸縮式； ⑥電致伸縮式 。 進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng) ? 微量進(jìn)給裝置的類型： 進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng) 進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng) ? 壓電或電致伸縮微量進(jìn)給裝置的特點(diǎn)： ?①具有良好的動態(tài)特性； ?②可用于實(shí)現(xiàn)自動微量進(jìn)給、誤差在線補(bǔ)償 。 ? 平時電致伸縮陶瓷片兩片成一對，中間通正電，兩側(cè)通負(fù)電，將很多對陶瓷片疊在一起。正極聯(lián)在一起，負(fù)極聯(lián)在 — 起，即組成一個電致伸縮傳感器。陶瓷片在靜電場作用下將伸長，當(dāng)靜電場的電壓增加時，伸長量也增大。 進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng) ?一是依靠一定精度的機(jī)床來保證 ， 即要求機(jī)床的精度高于工件所要求的精度 ， 稱之為 “ 蛻化 ” 原則 或 “ 母性 ” 原則 。 ?二是在精度比工件要求低的機(jī)床上 ， 加工出高精度的工件 ，利用在線檢測和誤差補(bǔ)償技術(shù) ， 可以實(shí)現(xiàn)這個目的 。 這就是所謂的 “ 進(jìn)化 ” 原則 或 “ 創(chuàng)造性 ” 原則 。 ?超精密機(jī)床 ， 都裝有雙頻激光隨機(jī)檢測系統(tǒng)和精密數(shù)控系統(tǒng)組成反饋閉環(huán)控制系統(tǒng) ， 以保證加工的尺寸精度 。 在線檢測與誤差補(bǔ)償技術(shù) 保證零件加工精度有兩條途徑： 檢測機(jī)床運(yùn)動部件的位移 ,并和精密數(shù)控系統(tǒng)組成精密反饋閉環(huán)控制系統(tǒng) ,消除誤差 ,進(jìn)一步提高加工精度 . 第 1章 精密切削加工 超精密加工機(jī)理 刀具超精密切削 機(jī)理 ? ? 1） 切削厚度與材料剪切應(yīng)力的關(guān)系 ? 金剛石刀具超精密切削的機(jī)理與一般切削加工的有較大差別 。 由于金剛石刀具超精密切削的切削厚度極小 ， 這時切削的深度可能小于被加工材料晶粒的大小 ， 切削是在被加工材料的晶粒內(nèi)進(jìn)行的 ， 因此 ， 切削力一定要大于晶體內(nèi)部非常大的原子 、 分子結(jié)合力 ， 刀刃上所承受的剪切應(yīng)力會急速地增加并變得非常大 。 這時刀刃處將產(chǎn)生很大的熱量 ， 刀刃切削處的溫度將很高 ， 因此要求刀具有很高的高溫強(qiáng)度和硬度 。 金剛石刀具不僅有很高的高溫強(qiáng)度和硬度 ， 而且由于金剛石材料質(zhì)地細(xì)密 ， 且切削刃的幾何形狀非常好 ， 表面十分光滑 ， 因此能夠進(jìn)行鏡面切削 ， 這是當(dāng)前其它刀具材料無法比擬的 。 ? 極 高的硬度 、極 高的耐磨性 和極 高的彈性模量 ，保證刀具具有很長的壽命和很高的尺寸耐用度。 ? 切削刃鈍圓能磨得極其 鋒銳 ，切削刃鈍圓半徑值極小，能實(shí)現(xiàn)超薄切削厚度。 ? 切削刃 無缺陷 ，切削時刃形將復(fù)制在被加工表面上，能得到超光滑的鏡面。 ? 與工件材料的 抗粘性好 、 化學(xué)親和性小 、 摩擦系數(shù)低 ，能得到極好的加工表面完整性。 不可替代的超精密切削刀具材料：單晶金剛石 超精密切削對刀具的要求 刀具超精密切削 機(jī)理 ? 切削速度是影響刀具耐用度最主要的因素 ， 但是切削速度的高低對金剛石刀具的磨損大小影響甚微 ， 刀具的耐用度極高 。 原因是：金剛石的硬度極高 ， 耐磨性好 ， 熱傳導(dǎo)系數(shù)高 ， 和有色金屬間的摩擦系數(shù)低 ， 因此切削溫度低 ， 在加工 有色金屬 時刀具耐磨度甚高 ， 可用很高的切削速度 1000～ 2022m/min， 而刀具的磨損甚小 。 ? 超精密切削實(shí)際速度的選擇 根據(jù)所使用的超精密機(jī)床的動特性和切削系統(tǒng)的動特性選取 ， 即選擇振動最小的轉(zhuǎn)速 。 因?yàn)樵谠撧D(zhuǎn)速時表面粗糙度最小 ， 加工質(zhì)量最高 。 刀具超精密切削 機(jī)理 2） 切削速度的選擇 2022/6/1 積屑瘤高時切削力也大，積屑瘤小時切削力也小。 與普通切削規(guī)律正好相反。而普通切削鋼時，積屑瘤可增加刀具的實(shí)際前角，故積屑瘤增大可使切削力下降。 對切削力的影響 二、積屑瘤對切削力和加工表面粗糙度的影響 刀具超精密切削 機(jī)理 1） 積屑瘤前端 R大約 2～3μ m， 切削刃鈍圓半徑為 ～ m， 實(shí)際切削力由刃口半徑 R起作用 ， 切削力明顯增加 。 2） 積屑瘤與切削層和已加工表面間的摩擦力增大 ， 切削力增大 。 3） 實(shí)際切削厚度超過名義值 ， 切削厚度增加 hDhDu， 切削力增加 。 切削模型分析 實(shí)際切削厚度 刀具超精密切削 機(jī)理 積屑瘤高度大，表面粗糙度大，積屑瘤小表面粗糙度小。使用切削液可以減小積屑瘤，減小加工表面粗糙度。 二、積屑瘤對切削力和加工表面粗糙度的影響 對加工表面粗糙度的影響 刀具超精密切削 機(jī)理 三、加工 表面的形成與質(zhì)量 （ 1）金剛石 刀具超精密切削表面的形成 用金剛石刀具進(jìn)行超精密切削而形成表面時，主要影響因素有 幾何因素、塑性變形和加工震動 等。 ? 幾何因素 主要是指刀具的形狀、幾何角度、刀刃表面粗糙度和進(jìn)給量等。 它主要影響與切削運(yùn)動方向相垂直的橫向表面粗糙度。 ? 塑性變形 不僅影響橫向表面粗糙度，而且影響與切削運(yùn)動方向相平行的縱向表面粗糙度。 ? 加工中的振動 對縱向表面粗糙度也有影響，因此在超精密切削中，振動也是不允許的。 刀具超精密切削 機(jī)理 （ 2）金剛石刀具超精密切削中切削厚度 金剛石刀具超精密切削所能切除金屬層的厚度標(biāo)志其加工水平。一般用刀具的切削刃圓弧半徑來表示。 （ 3）表層破壞層的應(yīng)力狀態(tài) 在金剛石刀具超精密切削中，工件表面產(chǎn)生塑性變形，內(nèi)層產(chǎn)生彈性變形。切削后，內(nèi)層彈性恢復(fù)，受到表層阻礙，從而使表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力；另一方面，由于微擠壓作用，也使得工件表層有殘余壓應(yīng)力。所以，在切削后，切削層部分都會有較高的應(yīng)力。 刀具超精密切削 機(jī)理