缺点： 缺点： 1）液体静压轴承的温升 很高，难以控制， 很高，难以控制，造成热 变形，影响主轴精度。 变形，影响主轴精度。 2）静压油回油时将空气 带入油源， 带入油源，形成微小气泡 悬浮在油中，不易排出， 悬浮在油中，不易排出， 降低轴承的刚度和动特性。 降低轴承的刚度和动特性。
解决措施： 解决措施： 提高静压油的压力到6 8MPa，使油中微小气泡的影响减小， 1）提高静压油的压力到6～8MPa，使油中微小气泡的影响减小，提高静压轴承 的刚度和动特性。 的刚度和动特性。 静压轴承用油经温度控制，基本达到恒温，减少轴承的温升。 2）静压轴承用油经温度控制，基本达到恒温，减少轴承的温升。 轴承用恒温水冷却，减小轴承的温升。 3）轴承用恒温水冷却，减小轴承的温升。
AHNIO型高效专用车削、 AHNIO型高效专用车削、 型高效专用车削 磨削超精密机床
3.2 超精密加工刀具与刃磨技术
超精密切削刀具的要求
1）极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹 极高的硬度、 性模量。 性模量。 刃口能磨得极其锋锐，刃口半径值极小， 2）刃口能磨得极其锋锐，刃口半径值极小， 能实现超薄切削厚度。 能实现超薄切削厚度。 刀刃无缺陷， 3）刀刃无缺陷，切削时刃形将复制在被加 工表面上，从而得到超光滑的镜面。 工表面上，从而得到超光滑的镜面。 与工件材料的抗粘性好、化学亲和性小、 4）与工件材料的抗粘性好、化学亲和性小、 摩擦系数低， 摩擦系数低，以得到极好的加工表面完 整性。 整性。 不可替代的超精密切削刀具材料： 不可替代的超精密切削刀具材料：单晶金 刚石。 刚石。
超精密机床的基础元部件及其关键技术
导轨和床身的材料
超精密机床的基础元部件及其关键技术
驱动系统
主轴的驱动方式： 主轴的驱动方式： 1）电动机通过带轮驱动 2）电动机通过柔性联轴 器驱动 3）采用内装式同轴电动 机驱动
主轴结构及驱动方式
超精密机床的基础元部件及其关键技术
驱动系统
超精密机床的基础元部件及其关键技术
第3章
超精密加工机床与设备
SHPERE-200超精密球面镜机床 SHPERE-200超精密球面镜机床
TDM －1150型超精密车床 1150型超精密车床
3.1 超精密加工机床
概况
精密机床是实现精密加工的首要基础条件。 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 美国：50年代首先发展了金刚石刀具的超精密切削技 并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床； 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－ 研制成功大型超精密金刚石车床DTM 1983～1984研制成功大型超精密金刚石车床DTM－3型 LODTM大型超精密车床 大型超精密车床。 和LODTM大型超精密车床。 英国：1991年研制成功大型超精密机床OAGM2500。 年研制成功大型超精密机床OAGM2500 2）英国：1991年研制成功大型超精密机床OAGM2500。 日本： 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。 的优势，甚至超过了美国。 中国：JCS－027超精密车床 JCS－031超精密铣床 超精密车床、 超精密铣床、 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 超精密车床等。 JCS－035超精密车2500大型超精密机床 OAGM 2500大型超精密机床
机床的x 机床的x和y向导轨采用液 体静压， 体静压，z向的磨轴头和 测量头采用空气轴承。 测量头采用空气轴承。床 身采用型钢焊接结构， 身采用型钢焊接结构，用 精密数控驱动， 精密数控驱动，双频激光 测量系统检测运动位置。 测量系统检测运动位置。
超精密球面 加工机床
超精密 超精密铣床 砂带磨床
磁性 研磨机床
弹性发射 抛光机床
离子束 加工设备
多面体 超精密铣床
电解 超精密镗床 研磨机床
化学机械 抛光机床 磁流体 抛光机床
激光 磁盘车床 加工设备
超声波 研磨机床
微细电火花 加工设备
滚动 研磨机床
液体动力 抛光机床
超精密机床 的基本要求
高精度 高刚度 高稳定性
超精密加工机床实例
典型机床简介
有一个x 有一个x和y向调整的刀架 及作B 及作B轴转动的高精度转 借助三轴精密数控， 台，借助三轴精密数控， 加工平面、 加工平面、球面和非球曲 面。 采用空气轴承， 采用空气轴承，刀架设计 滑板结构， 滑板结构，直线移动分辨 0.01μm μm， 力0.01μm，激光测量反 定位精度全行程0.03 馈，定位精度全行程0.03 μm。 μm。 加工模具形状精度0.05μm 0.05μm， 加工模具形状精度0.05μm， 表面粗糙度0.025μm 表面粗糙度0.025μm
超精密机床的基础元部件及其关键技术
弹性变形微进给装置
利用材料在弹性限度内变形与力成正比的原理来实现的。 利用材料在弹性限度内变形与力成正比的原理来实现的。 优点：进给量小，工作稳定可靠，精度重复性好，刚度高，结构简单， 优点：进给量小，工作稳定可靠，精度重复性好，刚度高，结构简单，容 易制造，应用广泛。 易制造，应用广泛。
滚珠丝杠副传动装置
进给的驱动元件， 进给的驱动元件，滚珠 在丝杠和螺纹槽内滚动， 在丝杠和螺纹槽内滚动，摩 擦力小， 擦力小，且滚珠在螺母内有 再循环通道。 再循环通道。滚珠丝杠副要 求正转和反转没有回程间隙， 求正转和反转没有回程间隙， 要求滚珠丝杠和螺母间有一 定的预载过盈。 定的预载过盈。精密级和高 精密级滚珠丝杠的螺母常做 成两段组合。 成两段组合。 为减小滚珠丝杠的径向圆跳动和轴向跳动对导轨直线运动的影响， 为减小滚珠丝杠的径向圆跳动和轴向跳动对导轨直线运动的影响，采 用螺母和工作台柔性连接， 用螺母和工作台柔性连接，即螺母装在柔性的过渡连接块上再和工作台固 定。
超精密加工机床实例
典型机床简介
Moore 车床
3型坐标测量机改 由Moore 3型坐标测量机改 造而成。采用卧式主轴， 造而成。采用卧式主轴， 三坐标精密数控， 三坐标精密数控，消振和 防振措施，加强恒温控制等。 防振措施，加强恒温控制等。 18AG型超精密非球面车床 型超精密非球面车床， M-18AG型超精密非球面车床， 基本结构同Moore 3， 基本结构同Moore 3，采用空 气静压轴承主轴、气浮导轨、 气静压轴承主轴、气浮导轨、 双坐标双频激光测量系统、 双坐标双频激光测量系统、 优质铸铁床身， 优质铸铁床身，有恒温油浇 淋机和空气隔振垫支承。 淋机和空气隔振垫支承。
微进给装置的要求
微量进给装置具有微量移动或微量转动及微量进给等功用。 微量进给装置具有微量移动或微量转动及微量进给等功用。 微量进给机构应满足的要求： 微量进给机构应满足的要求： 精微进给和粗进给应分开； 1）精微进给和粗进给应分开； 运动部分必须是低摩擦和高稳定度的； 2）运动部分必须是低摩擦和高稳定度的； 末级传动元件必须具有很高的刚度； 3）末级传动元件必须具有很高的刚度； 微量进给机构内部联接必须是可靠联接； 4）微量进给机构内部联接必须是可靠联接； 5）工艺性好，容易制造； 工艺性好，容易制造； 微量进给机构具有好的动特性； 6）微量进给机构具有好的动特性； 微量进给机构应能实现微量进给的自动控制。 7）微量进给机构应能实现微量进给的自动控制。
超精密加工机床实例
典型机床简介
大型光学金刚石车床LODTM 大型光学金刚石车床LODTM 机床采用立式结构， 机床采用立式结构，采用止 推轴承， 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 测量系统， 溜板的运动， 溜板的运动，3路激光检测刀架 上下运动位置， 上下运动位置，使用在线测量 和误差补偿， 和误差补偿，各发热部件用大 量恒温水冷却，用大的地基， 量恒温水冷却，用大的地基， 地基周围有防振沟，且整个机 地基周围有防振沟， 床用4个大空气弹簧支承。 床用4个大空气弹簧支承。
滑动导轨分两大类——凸形和凹形 凸形和凹形 滑动导轨分两大类 凸形导轨不易积存切屑 但难以保存润滑油， 导轨不易积存切屑， 凸形导轨不易积存切屑，但难以保存润滑油， 只适合于低速运动 凹形导轨润滑性能良好 适合于高速运动， 导轨润滑性能良好， 凹形导轨润滑性能良好，适合于高速运动，为 防止落入切屑等， 防止落入切屑等，必须配备良好的防护装置
高自动化
超精密机床的基础元部件及其关键技术
整体布局和结构
T形布局 1) T形布局 2）主轴箱位置固 定，刀架装在十字 形滑板上 3）R-布局 4）立式结构布局
超精密机床的基础元部件及其关键技术
运动部件
超精密机床的基础元部件及其关键技术
液体静压轴承
优点： 优点： 承载能力大、阻尼大、 承载能力大、阻尼大、动 刚度好
超精密加工机床实例
典型机床简介
DTMDTM-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 CNC装置和激光干涉测长 精确测量定位， 仪，精确测量定位，在 DC伺服机构内装有压电 DC伺服机构内装有压电 微位移机构， 微位移机构，实现纳米 级微位移。 级微位移。
超精密机床的基础元部件及其关键技术
摩擦传动装置
超精密机床的基础元部件及其关键技术
静压丝杠副驱动
提高进给运动的平稳性。液体静压轴承的间隙大， 提高进给运动的平稳性。液体静压轴承的间隙大，气体静 压轴承的间隙小。 压轴承的间隙小。
超精密机床的基础元部件及其关键技术
微进给驱动技术
超精密机床的基础元部件及其关键技术
超精密加工机床实例
典型机床简介
Nanoform250车床 Nanoform250车床
采用气体静压主轴，回转精度优于0.05 采用气体静压主轴，回转精度优于0.05 μm。其缺点是刚度偏低，一般小于100 μm。其缺点是刚度偏低，一般小于100 N/μm适用于光学镜头、 N/μm适用于光学镜头、光学模制嵌件 适用于光学镜头 和镜子， 和镜子，以及其它小型精密机械部件的 生产。 生产。 能够安装2 能够安装2～4个斧头，用于生产球面、 个斧头，用于生产球面、 非球面和任意形态的曲面。 非球面和任意形态的曲面。标准配置包 括X、Y型斧头，标准摇摆能力为250mm， 型斧头，标准摇摆能力为250mm， 250mm 滑板距离为215mm。 滑板距离为215mm。 215mm