【加工与维修】超精密车床运动系统结构分析.docx
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1、【加工与维修】超精密车床运动系统结构分析0、引言超精密车床在加工盘形零部件和圆锥形零部件等领域具有重要地位,在武器装备制造中也有广泛应用,是国家武器装备制造领域的实力的表现1,在民用领域也有重要作用。超精密车床的运动精度直接影响所加工零部件的加工质量,因此有必要针对超精密车床的各个运动系统进行结构分析。1超精密车床整体介绍超精密车床的主要组成包括床身、主轴运动系统、刀具以及导轨运动系统,由于其结构特性,在加工反射镜等盘形零部件及圆锥形零件等领域具有重要应用。在进行超精密切削加工过程中,由于主轴系统的主轴系统负责装夹工件,并带动工件高速旋转,导轨系统带动刀具进行沿导轨方向的直线进给运动2,主轴系
2、统的稳定性和回转精度以及导轨的直线度都对所加工零件的表面质量起着重要影响,为了有效降低主轴系统和导轨系统之间误差的耦合作用,因此将主轴运动系统与床身固连,这样的布局可将主轴系统和导轨系统的稳定性分别进行考虑,降低导轨系统运动对主轴系统精度的影响,提高加工精度。超精密车床主要应用于端面及圆锥面的加工,主轴系统带动装夹在主轴端部的工件进行旋转实现主切削运动;背吃刀量由刀架进行调整;导轨系统带动刀架上的刀具进行沿X方向的直线进给运动;通过上述三个运动即可实现车削加工,其中主要的运动是主轴带动工件的主切削运动和导轨带动刀具的直线进给运动3,且两个运动的控制是相对独立的,可分开考虑。2主轴运动系统精密主
3、轴和主轴传动系统共同组成了主轴运动系统,精密主轴作为主轴传动系统上的一个执行部件,影响主轴运动系统精度的是精密主轴的制造精度。在切削过程中,由传统系统提供动力带动主轴上的工件转动,实现主切削运动,传动系统的控制精度直接影响到所加工工件的加工质量。2.1 精密主轴主轴系统的回转精度是保证超精密机床高精度运动的保障,一般情况下,超精密车床主轴系统的回转精度能达到0.001mm。主轴系统的回转精度受支撑轴承的影响较大,空气静压轴承是滑动轴承当中的一种,其结构和工作原理与液体滑动轴承类似,不同的是采用气体(多为空气)作为润滑介质4。当外部压缩气体通过节流器进入轴承间隙,就会在间隙中形成一层具有一定承载
4、和刚度的润滑气膜,依靠该气膜的润滑支承作用将轴浮起在轴承中。空气轴承能够实现主轴与轴承之间不接触,从而减小摩擦磨损与生热等因素的影响,使精密主轴能够允许足够高的转速,同时保证较高回转精度。由于主轴与轴承之间有空气间隙,不直接接触,因此没有摩擦,能够保证主轴系统在较长运行时间后不会因摩擦而导致精度降低,使用寿命长;在主轴系统高速运转过程中,主轴仍然会产生热量,由于主轴与轴承之间有高速流动的空气,可将大部分热量直接带到空气中,通过强迫热对流进行散热,因此,主轴系统在运行过程中温升小,热变形较小;超精密切削过程中,一般背吃刀量都在微米级别,切削力较小,因此对主轴驱动电机的扭矩和功率要求不高;由于车床
5、装夹工件为悬臂式装夹,对主轴的刚度和承载能力要求较高,因此主轴的尺寸和重量较大,由于主轴的重量远大于驱动电机转子的重量,因此,一般情况下主轴的转动惯量也远大于转子。主轴重量大的优点是能够使主轴系统在运行时具有较强的转动稳定性,抗外界干扰能力较强,缺点是在启动和停止时所需时间较长,特别是在主轴系统减速的过程中,由于主轴与轴承之间的摩擦力较小,减速所需制动力主要靠电机完成,因此对主轴电机的性能要求较高。2.2 主轴传动方式主轴系统的动力来源于驱动电机,驱动电机具有调速范围大、无级变速等特点,使主轴系统的结构有了较大的简化。主轴动力传递系统根据其结构不同,可分为电机直驱、定比传动以及多档位变速传动。
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