超精密平面磨床主轴和微量进给系统的研究.pdfVIP

!塑 !Q螋生主凰煎圭壁生查盘金鱼圭苤 一 超精密平面磨床主轴及微量进给系统的研究 吴明根杨辉李圣怡 汨精密加工技术国防科技重点宴验室，国防科学技术大学) 摘要 伍文介绍了实验室正在研制的超精密平面磨床中的关键部件中置主 ＼ 轴及气浮油承电机驱动系统，以及利用液压摩擦揩波减速机构和电致 伸缩压电陶瓷控制器两种微量进给系统。) 关键词 超精密加工 磨削 主轴 微量进给 近年来随着在线电解修整砂轮(ElectrolyticIn．p113CegSDressing．简称ELK))技术的发 明，使超微细砂轮的使用成为可能，从而使超精密磨削技术产生了突破性的时展。利用ELK) 技术进行超精密磨削的一个关键是必须有相应的超精密磨床，所以超精密磨床的研制成了 各国专家的目标。此外，从20世纪80年代未至90年代初开始研究的硬脆材料的可延性磨 削．其技术中最关键的需要有超高精度、超高刚度的磨床，而且要求磨床的砂轮磨头至少 具有分辨率为0．1um的进给量。 目前研制超精密磨床的公司和制造J t要集中在日本，其中住友公司的KSX．815超精 密平面磨床获得了日刊工业新闻社选定n{j1991年“十大新产品奖”。其它如德国z＆B公 床等均地实现了砂轮最小垂直进工量0．1um。而我国对于超精密磨削技术的研究刚刚起 步，基保一个重要原因就是缺乏超精密磨削设备，所以研制超精密磨削设备，特别是大型 超精密磨削设备民为当务之急。此外目前大多数机床及钡0量机上的高精度导轨以及测量用 高精度平板等基本都是通过手工刮研来保证精度的。为提高精度的稳定性及生产率，减轻 劳动强度，我们研制了这发门式超精密平面磨床。此设备应用ELK)技术进行超精密镜面 磨削，不仅能加工高精度的平面及曲，从而替代研磨、抛光，大大提高了生产率，此外还 能进行纳米磨削技术(Nanometer C,rincungTechnique)及可延性磨削技术(DuctileGrinding technique)的研究。 本文针对超精密平面磨床中最关键的主轴及其驱动系统，以及磨床进行超精密磨削所 必需的微量进给装置进行了介绍。 1 超精密平面磨床的总体设计 本机床采用对称的龙门式结构以提高机床的整体刚度、稳定性及热对称性。底座、立 机械与仪表分册 369 柱及部分导轨(包括X、Y轴及卸荷导轨)的材料均采用精度稳定性很高的天然花岗石， 其中花岗石底座重达14吨。x轴采用高刚度的气体静压真空平衡式导轨，Y轴采用“口” 型封闭式气体静压导孰，丽z轴则采用了液体静压导轨。砂轮主轴为气体静压轴承，并且 采用了全新的结构——砂轮中置结构，级大地提高了磨头主轴的刚性，根据初步的实验 m。为了减少由于z轴重量对砂轮微量进给的灵敏度及Y轴导轨的精 如果可达到50kg／u 度造成的影响，本机床采用了特殊的重量平衡装置以求平衡z轴导轨(包括主轴系统)的 重量。此外，为进一步提高Y轴导轨的精度，机床采用了气体静压卸荷导轨。 纯粹靠提高机床零部件精度来保证机床的加工精度毕竟是有限的，超精密平面磨床应 用计算机误差补偿技术来补偿,It及，轴导轨的固有误差，从而进～步提高其中：[精度。本 机床采用了多传感器测量技术，可以在机较快地进行大平面平面度的超高精度的测量。同 时为r实现误差补偿，本设备专门设计了人辨率为O．Ol“in的微量进给装置，由于此装置 是通过磨头直接进绘，从而满足了系统的 时间响应。对于超精密磨削，特别是难加 工材料的超精密磨削，砂轮的修整是一个 必须解决问题，本设备应用了砂轮电解在 线修整(F_LID)技术，这样不仅可以加工