第1章精密与超精密切削加工与刀具课件.ppt

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1、闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工精密加工与特种加工精密加工与特种加工闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工现代机械工业致力于提高加工精度的原因：现代机械工业致力于提高加工精度的原因：可提高产品的性能、质量、稳定性和可靠性可提高产品的性能、质量、稳定性和可靠性 1）飞机发动机转子叶片的加工精度由）飞机发动机转子叶片的加工精度由60 m提高到提高到12 m，Ra由由0.5 m提高到提高到0.2 m，压缩效率可从，压缩效率可从 89提高到提高到94 2）20世纪世纪80年代前苏联

2、引入精密数控铣床，潜艇噪音年代前苏联引入精密数控铣床，潜艇噪音 大幅降低大幅降低可促进产品小型化可促进产品小型化增强互换性增强互换性1.1.1精密加工概念精密加工概念 闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工1.1.1精密加工概念精密加工概念 1.1 1.1 概论概论闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工精密和超精密加工方法分类（精密和超精密加工方法分类（1）分分 类类加工机理加工机理加

3、工方法加工方法去除加工去除加工化学分解（气体、液体、固体）化学分解（气体、液体、固体）电解（液体）电解（液体）蒸发（真空、气体）蒸发（真空、气体）扩散（固体）扩散（固体）熔化（液体）熔化（液体）溅射（真空）溅射（真空）刻蚀（曝光），化学抛光，软质粒子机械化学抛光刻蚀（曝光），化学抛光，软质粒子机械化学抛光电解加工，电解抛光电解加工，电解抛光电子束加工，激光加工，热射线加工电子束加工，激光加工，热射线加工扩散去除加工扩散去除加工熔化去除加工熔化去除加工粒子束溅射去除加工，等离子体加工粒子束溅射去除加工，等离子体加工结合加工结合加工化学附着化学附着化学结合化学结合电化学附着电化学附着电化学结合电化

4、学结合热附着热附着扩散结合扩散结合熔化结合熔化结合物理附着物理附着注入注入化学镀，气相镀化学镀，气相镀氧化，氮化氧化，氮化电镀、电铸电镀、电铸阳极氧化阳极氧化蒸镀（真空蒸镀），晶体生长，分子束外延蒸镀（真空蒸镀），晶体生长，分子束外延烧结，掺杂，渗碳烧结，掺杂，渗碳浸镀，熔化镀浸镀，熔化镀溅射沉淀，离子沉淀（离子镀）溅射沉淀，离子沉淀（离子镀）离子溅射注入加工离子溅射注入加工变形加工变形加工热表面流动热表面流动粘滞性流动粘滞性流动摩擦流动摩擦流动热流动加工（高频电流、热射流、电子束、激光）热流动加工（高频电流、热射流、电子束、激光）液体、气体流动加工（压铸、挤压、喷射、浇铸）液体、气体流动加工

5、（压铸、挤压、喷射、浇铸）微粒子流动加工微粒子流动加工1.1.2精密加工的分类精密加工的分类 闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工分分 类类加工方法加工方法可加工材料可加工材料应应 用用切削加工切削加工等离子体切削等离子体切削微细切削微细切削微细钻削微细钻削各种材料各种材料有色金属及其合金有色金属及其合金低碳钢、铜、铝低碳钢、铜、铝熔断钼、钨等高熔点材料，硬质合金熔断钼、钨等高熔点材料，硬质合金球，磁盘，反射镜，多面棱镜球，磁盘，反射镜，多面棱镜油泵油嘴，化学喷丝头，印刷电路板油泵油嘴，化学喷丝头，印刷电路板磨料加工磨料加工微细磨削微

6、细磨削研磨研磨抛光抛光弹性发射加工弹性发射加工喷射加工喷射加工黑色金属、硬脆材料黑色金属、硬脆材料金属、半导体、玻璃金属、半导体、玻璃金属、半导体、玻璃金属、半导体、玻璃金属、非金属金属、非金属金属、玻璃、水晶金属、玻璃、水晶集成电路基片的外圆、平面磨削集成电路基片的外圆、平面磨削平面、空、外圆加工，硅片基片平面、空、外圆加工，硅片基片平面、空、外圆加工，硅片基片平面、空、外圆加工，硅片基片硅片基片硅片基片刻槽，切断，图案成形，破碎刻槽，切断，图案成形，破碎特种加工特种加工电火花成形加工电火花成形加工电火花切割加工电火花切割加工电解加工电解加工超声波加工超声波加工微波加工微波加工电子束加工电子

7、束加工粒子束去除加工粒子束去除加工激光去除加工激光去除加工光刻加工光刻加工导电金属，非金属导电金属，非金属导电金属导电金属金属，非金属金属，非金属硬脆金属，非金属硬脆金属，非金属绝缘金属，半导体绝缘金属，半导体各种材料各种材料各种材料各种材料各种材料各种材料金属，非金属，半导体金属，非金属，半导体孔，沟槽，狭缝，方孔，型腔孔，沟槽，狭缝，方孔，型腔切断，切槽切断，切槽模具型腔，大空，切槽，成形模具型腔，大空，切槽，成形刻模，落料，切片，打孔，刻槽刻模，落料，切片，打孔，刻槽在玻璃、红宝石、陶瓷等上打孔在玻璃、红宝石、陶瓷等上打孔打孔，切割，光刻打孔，切割，光刻成形表面，刃磨，割蚀成形表面，刃磨

8、，割蚀打孔，切断，划线打孔，切断，划线划线，图形成形划线，图形成形复合加工复合加工电解磨削电解磨削电解抛光电解抛光化学抛光化学抛光各种材料各种材料金属，半导体金属，半导体金属，半导体金属，半导体刃磨，成形，平面，内圆刃磨，成形，平面，内圆平面，外圆，型面，细金属丝，槽平面，外圆，型面，细金属丝，槽平面平面精密和超精密加工方法分类（精密和超精密加工方法分类（2）闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工工具等工具等加工装置加工装置材料材料用途、零件

9、等用途、零件等镜镜面面切切削削 金刚石刀具刃口锋金刚石刀具刃口锋利化利化 利用利用CBN刀具切刀具切削钢削钢 金刚石刀具得结晶金刚石刀具得结晶方位选择方位选择 金刚石刀具刃口评金刚石刀具刃口评价改进型价改进型SEM 采用空气轴承、流体轴承及采用空气轴承、流体轴承及空气道轨等的高精度化空气道轨等的高精度化 高刚度化高刚度化 冷却、空调、防振冷却、空调、防振 采用高速运算装置控制采用高速运算装置控制 高刚度化的新方案：高刚度化的新方案：Tetraform结构球壳结构结构球壳结构Al、Cu、塑料等软质材料、塑料等软质材料无电解无电解Ni膜膜Ge，Si KDP、LiNbO3、玻璃、玻璃磁盘基板磁盘基板

10、各种模具各种模具各种发射镜各种发射镜红外用光学元件红外用光学元件激光核聚变用光学元件激光核聚变用光学元件X射线天体望远镜用元件射线天体望远镜用元件镜镜面面磨磨削削 树脂结合剂金刚石树脂结合剂金刚石砂轮添加砂轮添加Mo2S2、WS2、C等等 铸铁基金刚石砂铸铁基金刚石砂轮采用电解腐蚀修整轮采用电解腐蚀修整铁氧体铁氧体精细陶瓷精细陶瓷超硬合金超硬合金Ge、Si玻璃玻璃磁头磁头红外用光学元件红外用光学元件非球面玻璃透镜非球面玻璃透镜各种模具各种模具镜镜面面研研磨磨 沥青抛光盘、石沥青抛光盘、石蜡抛光盘、合成树脂蜡抛光盘、合成树脂抛光盘抛光盘 微细磨料、软质磨微细磨料、软质磨料、易微细化的磨料料、易微

11、细化的磨料 软质工具的采用：软质工具的采用：氟化树脂发泡体跑关氟化树脂发泡体跑关盘、液体工具盘、液体工具EEM及浮动抛光及浮动抛光 基于理论分析的平面研磨机基于理论分析的平面研磨机 大口径光学元件用研磨机大口径光学元件用研磨机 液中研磨机、液中研磨机、EEM装置、装置、浮法抛光张之、浮法抛光张之、PMAC抛光抛光装置装置 NC化化CAM化化水晶水晶LiTaO3LiNbO3GGGSi、GaAs精细陶瓷精细陶瓷CVDSiC膜膜玻璃玻璃压电滤波器基片压电滤波器基片SAW元件基片元件基片半导体基片半导体基片各种模具各种模具SOR用用X射线光学元件射线光学元件激光核聚变用各种光学元激光核聚变用各种光学元

12、件件投影透镜投影透镜精密切削、磨削、研磨实例精密切削、磨削、研磨实例闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工1.1.3精密加工与经济性精密加工与经济性 很长一段时期，精密加工与高成本相联系很长一段时期，精密加工与高成本相联系精密加工创造巨大的经济效益精密加工创造巨大的经济效益离轴抛物面反射镜离轴抛物面反射镜加工周期：加工周期：12月月-3周；周；精度更高；精度更高；加工成本：传统工艺加工成本：传统工艺1/10。闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工超精密加工是国家制造工业水平的重要

13、标志之一超精密加工是国家制造工业水平的重要标志之一 1.1.4 精密和超精密加工技术的地位与作用精密和超精密加工技术的地位与作用闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工1.1.5 超精密加工现状及发展趋势超精密加工现状及发展趋势国内外现状国内外现状闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工超精密加工技术发展趋势超精密加工技术发展趋势闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工影响精密和超精密加工的因素影响精密和超精密加工的因素 超精密

14、加工的构成超精密加工的构成 超精密加工的影响因素超精密加工的影响因素闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工影响精密和超精密加工的因素影响精密和超精密加工的因素 加工机理加工机理 闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工影响精密和超精密加工的因素影响精密和超精密加工的因素 被加工材料被加工材料 闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工影响精密和超精密加工的因素影响精密和超精密加工的因素 加工设备及其基础元部件加工设备及其基础元部

15、件 闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工影响精密和超精密加工的因素影响精密和超精密加工的因素 加工工具加工工具闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工影响精密和超精密加工的因素影响精密和超精密加工的因素 检测与误差补偿检测与误差补偿闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工影响精密和超精密加工的因素影响精密和超精密加工的因素 工作环境工作环境闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精

16、密切削加工主要研究内容主要研究内容闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工OAGM2500LODTM闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工主要研究内容主要研究内容闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工二战后，美国首先发展金刚石刀具精密切削，并发展了空二战后，美国首先发展金刚石刀具精密切削，并发展了空气轴系的高性能精密车床。气轴系的高性能精密车床。50年代后，又成功研发了超精年代后，又成功研发了超精密切削机床。密切削机床。在美

17、国和日本，大概有在美国和日本，大概有20多家工厂和研究所可生产超精密多家工厂和研究所可生产超精密机床，英国、荷兰和德国等工业发达国家也可以生产和研机床，英国、荷兰和德国等工业发达国家也可以生产和研究超精密机床，并达到了较高水平。究超精密机床，并达到了较高水平。我国从我国从20世纪世纪60年代开始发展精密机床，精密机床已经有年代开始发展精密机床，精密机床已经有相当的规模，精度和质量达到一定的水平。相当的规模，精度和质量达到一定的水平。1.3 1.3 精密切削加工机床及应用精密切削加工机床及应用闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工 .昆明

18、机床厂、宁江机床厂、汉川机床厂生产多种昆明机床厂、宁江机床厂、汉川机床厂生产多种坐标镗床坐标镗床，最新的坐标镗床有数控系统；最新的坐标镗床有数控系统；.重庆机床厂、武汉机床厂能生产高精度的重庆机床厂、武汉机床厂能生产高精度的滚齿机滚齿机；.重庆机床厂、武汉机床厂和上海机床厂能生产高精度的重庆机床厂、武汉机床厂和上海机床厂能生产高精度的蜗蜗轮母机轮母机；.北京机床研究所、航空精密机械研究所、青岛前哨机械厂北京机床研究所、航空精密机械研究所、青岛前哨机械厂能生产多种规格的能生产多种规格的三坐标测量机三坐标测量机；.北京密云机床研究所研究成功加工球面的北京密云机床研究所研究成功加工球面的JSC-02

19、7型超精型超精密车床；开创了包括立、卧式加工中心、超精密车床、超密车床；开创了包括立、卧式加工中心、超精密车床、超精密铣床、纳米级超精密车床等十余项国内第一；精密铣床、纳米级超精密车床等十余项国内第一；.北京航空精密机械研究所研究成功空气轴承的超精密车床北京航空精密机械研究所研究成功空气轴承的超精密车床和金刚石镗床；哈尔滨工业大学研究成功带激光在线测量和金刚石镗床；哈尔滨工业大学研究成功带激光在线测量的空气轴承数控超精密车床。的空气轴承数控超精密车床。总的来说，我国精密机床的生产和研究和国外相比，总的来说，我国精密机床的生产和研究和国外相比，差距较大。差距较大。由于保密，引进精密机床受到限制由

20、于保密，引进精密机床受到限制。闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工OAGM2500LODTM闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工第第1.3.21.3.2节节 精密机床的精度指标精密机床的精度指标普通车床的主轴径向跳动通常普通车床的主轴径向跳动通常0.01mm，导轨平直度为，导轨平直度为0.02mm/1000mm。精密车床的主轴径向跳动精密车床的主轴径向跳动0.0030.005mm，导轨平直度为，导轨平直度为0.01mm/1000mm闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精

21、密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工第第1.3.31.3.3节节 精密主轴部件精密主轴部件1.3.3.1、液体静压轴承主轴、液体静压轴承主轴主轴回转精度主轴回转精度 回转精度回转精度在主轴空载手动或机动低速旋转情况下，在主轴空载手动或机动低速旋转情况下，在主轴前端安装工件或刀具的基面上所测得的径向跳动、在主轴前端安装工件或刀具的基面上所测得的径向跳动、端面跳动和轴向窜动的大小。端面跳动和轴向窜动的大小。影响回转精度的因素影响回转精度的因素 （1 1）轴承精度和间隙的影响。）轴承精度和间隙的影响。（2 2）主轴、支承座等零件中精度的影响。）主轴、支承座等零件中精度的影响。关键在于

22、精密轴承。关键在于精密轴承。闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工（一）、滑动轴承的分类（一）、滑动轴承的分类按滑动轴承工作时轴瓦和轴颈表面间呈现的摩擦状按滑动轴承工作时轴瓦和轴颈表面间呈现的摩擦状态，滑动轴承可分为态，滑动轴承可分为:液体摩擦轴承液体摩擦轴承非液体摩擦轴承非液体摩擦轴承液体动压润滑轴承液体动压润滑轴承液体静压液体静压润滑润滑轴承轴承 按滑动轴承承受载荷的方向可分为按滑动轴承承受载荷的方向可分为:径向滑动轴承（向心）径向滑动轴承（向心）推力滑动轴承（止推）推力滑动轴承（止推）闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密

23、加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工根据润滑膜的形成原理不同分为：根据润滑膜的形成原理不同分为：动压润滑轴承动压润滑轴承利用相对运动副表面的相对运动利用相对运动副表面的相对运动和几何形状，借助流体粘性，把润滑和几何形状，借助流体粘性，把润滑剂带进摩擦面之间，依靠自然建立的剂带进摩擦面之间，依靠自然建立的流体压力膜，将运动副表面分开的润流体压力膜，将运动副表面分开的润滑方法为流体动压润滑。滑方法为流体动压润滑。静压润滑轴承静压润滑轴承在滑动轴承与轴颈表面之间输在滑动轴承与轴颈表面之间输入高压润滑剂以承受外载荷，使运入高压润滑剂以承受外载荷，使运动副表面分离的润滑方法成为流体动副表面

24、分离的润滑方法成为流体静压润滑。静压润滑。闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工径向轴承（径向轴承（向心轴承向心轴承）径向轴承的径向轴承的受力受力FrFr与轴的中心线垂直与轴的中心线垂直止推轴承（推力轴承）止推轴承（推力轴承）止推轴承受力止推轴承受力FaFa与与轴的中心线平行轴的中心线平行FrFa轴承座轴承座径向轴瓦径向轴瓦止推轴瓦止推轴瓦闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工（二）、液体静压轴承工作原理（二）、液体静压轴承工作原理静压轴承组成：供油系统、节流器、轴承静压轴承组成

25、：供油系统、节流器、轴承闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工 （1 1）轴承内圆柱面上，等间隙地开有几个）轴承内圆柱面上，等间隙地开有几个油腔（通常为油腔（通常为4 4个）。个）。（2 2）各油腔之间开有回油槽。）各油腔之间开有回油槽。（3 3）用过的油一部分从这些回油槽流回油）用过的油一部分从这些回油槽流回油箱（径向回油），另一部分则由两端流回油箱（径向回油），另一部分则由两端流回油箱（轴向回油）。箱（轴向回油）。（4 4）油腔四周形成适

26、当宽度的轴向封油）油腔四周形成适当宽度的轴向封油面和周向封油面，它们和轴颈之间的间隙一般面和周向封油面，它们和轴颈之间的间隙一般为为 0.020.020.04mm0.04mm。（5 5）油泵供油压力为）油泵供油压力为psps ，油液经节流器，油液经节流器T T进入各油腔，将轴颈进入各油腔，将轴颈推向中央，油液最后经封油面流回油箱，压力降低为零。推向中央，油液最后经封油面流回油箱，压力降低为零。（6 6）当主轴不受载荷且忽略自重时，则各油腔的油压相同，保）当主轴不受载荷且忽略自重时，则各油腔的油压相同，保持平衡，轴在轴承正中心，这时轴颈表面与各腔封油面之间的间持平衡，轴在轴承正中心，这时轴颈表面

27、与各腔封油面之间的间隙相等，均为隙相等，均为h0h0。（7 7）当主轴受径向载荷（包括自重）当主轴受径向载荷（包括自重）F F作用后，轴颈向下移动作用后，轴颈向下移动产生偏心量产生偏心量e e。闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工 （8 8）油腔）油腔3 3处的间隙减小为处的间隙减小为h0-e h0-e，由于油液流过间隙小的地方阻，由于油液流过间隙小的地方阻力大，流量减小，因而流过节流器力大，流量减小，因而流过节流器T3T3的流量减少，压力损失随之减的流量减少，压力损失随之减小小 （9 9）供油压力）供油压力psps 一定，油腔一定，

28、油腔3 3内的油压内的油压p3p3升高升高 （1010）油腔）油腔1 1处的间隙增大为处的间隙增大为h0h0e e，由于，由于油液流过间隙大的地方油液流过间隙大的地方阻力小，流量增加阻力小，流量增加，因而流过节流器，因而流过节流器T1T1的流量增加，压力损失亦随的流量增加，压力损失亦随着增加，所以油腔着增加，所以油腔1 1内的油压内的油压p p就降低，这样油腔就降低，这样油腔3 3与油腔与油腔1 1之间形成之间形成了压力了压力p=p3-p1p=p3-p1，产生与载荷方向相反的托起力，以平衡外载，产生与载荷方向相反的托起力，以平衡外载荷荷F F。（1111）如油腔的有效承载面积为）如油腔的有效承

29、载面积为A A，则轴承的承载能力为：，则轴承的承载能力为：F=F=A A（p3-p1p3-p1）（1212）各油腔由同一个液压泵供油，则每个油腔必须串联一个节流）各油腔由同一个液压泵供油，则每个油腔必须串联一个节流器。器。（1313）没有节流器，各油腔油压相同，互相抵消，就不能平衡外）没有节流器，各油腔油压相同，互相抵消，就不能平衡外载荷了，这时主轴产生位移，甚至使轴颈与轴承表面接触载荷了，这时主轴产生位移，甚至使轴颈与轴承表面接触 （1414）油腔压力是液压泵供给的，与轴的转速无关。因此，静压）油腔压力是液压泵供给的，与轴的转速无关。因此，静压轴承可以在很低的转速下工作。轴承可以在很低的转速

30、下工作。闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工 1 1）液体静压轴承的温升很高，难以控制，造成热变形，影）液体静压轴承的温升很高，难以控制，造成热变形，影响主轴精度。响主轴精度。2 2）静压油回油时将空气带入油源，形成微小气泡悬浮在油）静压油回油时将空气带入油源，形成微小气泡悬浮在油中，不易排出，降低轴承的刚度和动特性。中，不易排出，降低轴承的刚度和动特性。解决措施：解决措施：1 1）提高静压油的压力到）提高静压油的压力到6 68MPa8MPa，使油中微小气泡的影响减，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。小，提高静压轴

31、承的刚度和动特性。2 2）静压轴承用油经温度控制，基本达到恒温，减少轴承的）静压轴承用油经温度控制，基本达到恒温，减少轴承的温升。温升。3 3）轴承用恒温水冷却，减小轴承的温升。）轴承用恒温水冷却，减小轴承的温升。（三）、液体静压轴承的缺点（三）、液体静压轴承的缺点闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工1.3.3.2、空气静压轴承主轴、空气静压轴承主轴第1.3.3节 精密主轴部件圆柱径向轴承和端面圆柱径向轴承和端面止推空气静压轴承止推空气静压轴承径向轴承的轴套制成外径向轴承的轴套制成外面鼓形，能自动调整定面鼓形，能自动调整定心。轴套的外

32、表面做凸心。轴套的外表面做凸形球面，与轴承盖及轴形球面，与轴承盖及轴承座上的凹形球面相配承座上的凹形球面相配合。当轴变形时，轴套合。当轴变形时，轴套可以自动调整位置，从可以自动调整位置，从而保证轴颈与轴鼓为面而保证轴颈与轴鼓为面接触。用多孔石墨的轴接触。用多孔石墨的轴衬代替小节流孔。衬代替小节流孔。闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工第第1.3.31.3.3节节 精密主轴部件精密主轴部件双半球空气轴承主轴双半球空气轴承主轴 前后轴承均前后轴承均采用半球状，既采用半球状，既是径向轴承又是是径向轴承又是轴向轴承。由于轴向轴承。由于轴承的气

33、浮面是轴承的气浮面是球面，有自动调球面，有自动调心作用，可提高心作用，可提高前后轴承的同心前后轴承的同心度，提高主轴的度，提高主轴的回转精度。回转精度。闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工第1.3.3节 精密主轴部件前部用球形后部用圆柱前部用球形后部用圆柱径向空气轴承的主轴径向空气轴承的主轴闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工第1.3.3节 精密主轴部件立式空气轴承立式空气轴承闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工三、

34、超精密机床主轴和轴承的材料三、超精密机床主轴和轴承的材料第第1.3.31.3.3节节 精密主轴部件精密主轴部件1 1）不易磨损。用多孔石墨作空气轴承套。）不易磨损。用多孔石墨作空气轴承套。2 2）不易生锈腐蚀。）不易生锈腐蚀。3 3）热膨胀系数小，且主轴和轴套的热膨胀系数要接近。）热膨胀系数小，且主轴和轴套的热膨胀系数要接近。4 4）材料的稳定性好。）材料的稳定性好。38CrMoAl38CrMoAl氮化钢，经表面氮化和低氮化钢，经表面氮化和低 温稳定处理，不锈钢和多孔石墨和轴承钢。温稳定处理，不锈钢和多孔石墨和轴承钢。此外：铟钢、花岗岩、微晶玻璃和陶瓷。此外：铟钢、花岗岩、微晶玻璃和陶瓷。闽南

35、理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工四、主轴的驱动方式四、主轴的驱动方式第第1.3.31.3.3节节 精密主轴部件精密主轴部件1 1）电动机通过带传动驱动）电动机通过带传动驱动2 2）电动机通过柔性联轴器驱动）电动机通过柔性联轴器驱动3 3）采用内装式同轴电动机驱动）采用内装式同轴电动机驱动闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工第第1.3.41.3.4节节 床身和精密导轨部件床身和精密导轨部件一、超精密机床的总体布局一、超精密机床的总体布局1)1)主轴箱位置固定，刀架装在十字形滑板

36、上主轴箱位置固定，刀架装在十字形滑板上2 2）T T形布局形布局3 3）R R 布局布局4 4）立式结构布局）立式结构布局闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工第第1.3.41.3.4节节 床身和精密导轨部件床身和精密导轨部件二、床身和导轨的材料二、床身和导轨的材料 铸铁铸铁成本低成本低 有良好减振性和耐磨性有良好减振性和耐磨性 易于铸造和切削加工易于铸造和切削加工 导轨常用的铸铁导轨常用的铸铁灰铸铁、孕育铸铁、耐磨铸铁灰铸铁、孕育铸铁、耐磨铸铁 灰铸铁应用最多的牌号是灰铸铁应用最多的牌号是HT200HT200 常用的孕育铸铁牌号是常用

37、的孕育铸铁牌号是HT300HT300 耐磨性高于灰铸铁，但较脆硬，不易刮研，且成本较高。耐磨性高于灰铸铁，但较脆硬，不易刮研，且成本较高。常用于较精密的机床导轨常用于较精密的机床导轨 耐磨铸铁中应用较多的是高磷铸铁、磷铜钛铸铁及钒钛铸铁耐磨铸铁中应用较多的是高磷铸铁、磷铜钛铸铁及钒钛铸铁 与孕育铸铁相比，其耐磨性提高与孕育铸铁相比，其耐磨性提高1 12 2倍，但成本较高倍，但成本较高 常用于精密机床导轨常用于精密机床导轨优质耐磨铸铁优质耐磨铸铁闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工第第1.3.41.3.4节节 床身和精密导轨部件床身和精

38、密导轨部件花岗岩花岗岩比铸铁长期尺寸稳定性好，热膨胀系数比铸铁长期尺寸稳定性好，热膨胀系数低，对振动的衰减能力强，硬度高、耐低，对振动的衰减能力强，硬度高、耐磨并不会生锈。磨并不会生锈。人造花岗岩人造花岗岩由花岗岩碎粒用树脂粘结而成，可铸造由花岗岩碎粒用树脂粘结而成，可铸造成形，吸湿性低，并对振动的衰减能力成形，吸湿性低，并对振动的衰减能力加强。加强。闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工三、导轨分类三、导轨分类导轨的作用和特点导轨的作用和特点导轨不仅是支承工作台、主轴箱、头架尾架等部件的载荷，而导轨不仅是支承工作台、主轴箱、头架尾架等

39、部件的载荷，而且是还保证各部件间的相对位置与相对运动的精度。且是还保证各部件间的相对位置与相对运动的精度。但是与主轴部件相比，具有以下的特点：但是与主轴部件相比，具有以下的特点：1 1）工作速度低。）工作速度低。2 2）导轨的工作部分既长又薄，刚度差，是机床最薄弱的环节）导轨的工作部分既长又薄，刚度差，是机床最薄弱的环节之一。之一。3 3）受力情况比较复杂，这样给计算带来困难。）受力情况比较复杂，这样给计算带来困难。4 4）导轨的加工工作量较大，需配备专用导轨磨床进行加工，）导轨的加工工作量较大，需配备专用导轨磨床进行加工，甚至需用手工刮研方法以取得较高的导轨精度。甚至需用手工刮研方法以取得较

40、高的导轨精度。第第1.3.41.3.4节节 床身和精密导轨部件床身和精密导轨部件闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工第第3 3节节 床身和精密导轨部件床身和精密导轨部件导轨的基本要求导轨的基本要求（一）导向精度高（一）导向精度高1 1、导轨在水平和垂直面内的直线度、导轨在水平和垂直面内的直线度2 2、导轨的平行度、导轨的平行度3 3、导轨间的垂直度、导轨间的垂直度（二）足够的刚度（二）足够的刚度外力作用下导轨本身抵抗变形的能力外力作用下导轨本身抵抗变形的能力闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切

41、削加工精密切削加工第第3 3节节 床身和精密导轨部件床身和精密导轨部件导轨的基本要求导轨的基本要求（三）精度保持性（耐磨性）好（三）精度保持性（耐磨性）好1 1、降低导轨面的比压；、降低导轨面的比压；2 2、良好的防护与润滑；、良好的防护与润滑；3 3、正确选择导轨副的材料和热处理；、正确选择导轨副的材料和热处理；4 4、选择合理的加工方法。、选择合理的加工方法。（四）运动的灵敏度（四）运动的灵敏度是运动部件从静止到开始移动期间，进给机构刻度盘转过值是运动部件从静止到开始移动期间，进给机构刻度盘转过值的大小。刻度值越小，灵敏度越高。的大小。刻度值越小，灵敏度越高。闽南理工学院闽南理工学院精密加

42、工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工第第3 3节节 床身和精密导轨部件床身和精密导轨部件按两导轨面间的摩擦性质分类按两导轨面间的摩擦性质分类1 1）滑动导轨）滑动导轨两导轨面间是滑动摩擦。又可按两导轨面间的摩擦状态的不同两导轨面间是滑动摩擦。又可按两导轨面间的摩擦状态的不同而分为液体或气体静压导轨及流体动压导轨。而分为液体或气体静压导轨及流体动压导轨。2 2）滚动导轨）滚动导轨两导轨面间是滚动摩擦。又可按中间滚动体的不同而分为：滚两导轨面间是滚动摩擦。又可按中间滚动体的不同而分为：滚珠导轨、滚柱导轨、滚针导轨及滚动轴承导轨等。珠导轨、滚柱导轨、滚针导轨及滚动轴承导

43、轨等。闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工第第3 3节节 床身和精密导轨部件床身和精密导轨部件滑动导轨按导轨的截面形式分滑动导轨按导轨的截面形式分滑动导轨分两大类滑动导轨分两大类凸形和凹形。凸形和凹形。凸形凸形导轨不易积存切导轨不易积存切屑，但难以保存润滑油，只适合于低速运动。屑，但难以保存润滑油，只适合于低速运动。凹形凹形导轨润导轨润滑性能良好，适合于高速运动，为防止落入切屑等，必须滑性能良好，适合于高速运动，为防止落入切屑等，必须配备良好的防护装置配备良好的防护装置闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1

44、章章 精密切削加工精密切削加工第第3 3节节 床身和精密导轨部件床身和精密导轨部件三角形导轨三角形导轨支承导轨为凸形时支承导轨为凸形时山形导轨山形导轨支承导轨为凹形时支承导轨为凹形时V V形寻轨形寻轨三角形导轨依靠三角形的两个侧面导向，磨损后能自动补三角形导轨依靠三角形的两个侧面导向，磨损后能自动补偿，不影响导向精度偿，不影响导向精度支承导轨为支承导轨为山形山形时，不易积存较大的切屑，也不易存留润时，不易积存较大的切屑，也不易存留润滑油滑油适用于不易防护、速度较低的进给运动导轨适用于不易防护、速度较低的进给运动导轨支承导轨为支承导轨为V V形时形时，由于能得到较充足的润滑，除用于精密，由于能得

45、到较充足的润滑，除用于精密和大型机床的进给导轨外，还可用于主运动导轨，如龙门和大型机床的进给导轨外，还可用于主运动导轨，如龙门刨床床身导轨刨床床身导轨必须很好地防护，以防落入切屑和灰尘必须很好地防护，以防落入切屑和灰尘闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工第第3 3节节 床身和精密导轨部件床身和精密导轨部件矩形导轨矩形导轨矩形导轨制造简单、刚度高、承载能力大，具有矩形导轨制造简单、刚度高、承载能力大，具有水平和垂直两个方向的导轨面，而且两个导轨面水平和垂直两个方向的导轨面，而且两个导轨面的误差不会相互影响，便于安装调整的误差不会相互影响

46、，便于安装调整侧面磨损后不能自动补偿，需要有间隙调整装置，侧面磨损后不能自动补偿，需要有间隙调整装置，因此导向性较差因此导向性较差适用于载荷较大而导向性要求不高的机床适用于载荷较大而导向性要求不高的机床矩形导轨矩形导轨闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工第第3 3节节 床身和精密导轨部件床身和精密导轨部件燕尾形导轨燕尾形导轨燕尾形导轨燕尾形导轨结构紧凑、高度尺寸较小，可承受颠覆力矩结构紧凑、高度尺寸较小，可承受颠覆力矩磨损后不能自动补偿间隙，需用镶条调整，刚性较差，摩擦磨损后不能自动补偿间隙，需用镶条调整，刚性较差，摩擦力较大，制造和

47、检修都比较复杂力较大，制造和检修都比较复杂一般用作中、低速的多层导轨一般用作中、低速的多层导轨圆柱形导轨制造简单圆柱形导轨制造简单要求加工时就直接达到较高精度要求加工时就直接达到较高精度磨损后很难调整和补偿间隙磨损后很难调整和补偿间隙圆柱形导轨具有两个自由度，通常多用在承受轴向载荷的场合圆柱形导轨具有两个自由度，通常多用在承受轴向载荷的场合燕尾形导轨燕尾形导轨圆柱形导轨圆柱形导轨闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工第第3 3节节 床身和精密导轨部件床身和精密导轨部件双三角形组合双三角形组合导向精度高，磨损后能自动补偿，具有较好的精度导

48、向精度高，磨损后能自动补偿，具有较好的精度保持性，保持性，很难达到四个表面同时接触的要求，制造困难很难达到四个表面同时接触的要求，制造困难适用于精度要求较高的机床适用于精度要求较高的机床在载重偏离中央时，仍能保持良好导向，美国在载重偏离中央时，仍能保持良好导向，美国MooreMoore公司生产的坐标镗床、坐标测量机采用双三角形导公司生产的坐标镗床、坐标测量机采用双三角形导轨。轨。闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工第第3 3节节 床身和精密导轨部件床身和精密导轨部件具有较大的承载能力、制造调整比较简单具有较大的承载能力、制造调整比较简

49、单导向性差，磨损后不能自动补偿，对加工精度有较导向性差，磨损后不能自动补偿，对加工精度有较大影响大影响多用于普通精度机床和重型机床，如多用于普通精度机床和重型机床，如X6132X6132工作台工作台导轨。导轨。双矩形组合双矩形组合闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工第第3 3节节 床身和精密导轨部件床身和精密导轨部件导向性好、制造方便和刚度高导向性好、制造方便和刚度高应用最广泛应用最广泛如如CA6140CA6140型普通车床溜板、型普通车床溜板、B2020B2020工作台导轨、工作台导轨、M1432AM1432A砂轮架导轨等。砂轮架导

50、轨等。三角形矩形组合三角形矩形组合闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章章 精密切削加工精密切削加工第第3 3节节 床身和精密导轨部件床身和精密导轨部件两个燕尾平面同时起导向及压板作用两个燕尾平面同时起导向及压板作用不能承受过大的颠覆力矩，摩擦损失较大不能承受过大的颠覆力矩，摩擦损失较大用于要求层次多、尺寸小、调整间隙方便和移动用于要求层次多、尺寸小、调整间隙方便和移动速度不大的场合速度不大的场合如如CA6140CA6140刀架、刀架、B6050B6050滑枕导轨等滑枕导轨等 燕尾形组合燕尾形组合闽南理工学院闽南理工学院精密加工与特种加工精密加工与特种加工第第1章