金刚石车削技术及其应用

1．金刚石车床的技术关键

金刚石车床与镜面铣床相比,其机械结构更为复杂,技术要求更为严格。除了必须满足很高的运动平稳性外,还必须具有很高的定位精度和重复精度。镜面铣削平面时,对主轴只需很高的轴向运动精度,而对径向运动精度要求较低。金刚石车床则须兼备很高的轴向和径向运动精度,才能减少对工件的形状精度和表面粗糙度的影响。

目前市场上提供的金刚石车床的主轴大多采用气体静压轴承,轴向和径向的运动误差在50nm以下,个别主轴的运动误差已低于25nm。金刚石车床的滑台在90年代以前绝大部分采用气体静压支承,荷兰的Hembrug公司则采用液体静压支承。进入90年代以来,美国的Pneumo公司(现已与Precitech公司合并)的主要产品Nanoform600和250也采用了具有高刚性、高阻尼和高稳定性的液体静压支承滑台。

2．金刚石车床的布局

金刚石车床的布局最初沿袭了传统车床的结构,主轴固定在床身上,横向沿台(X轴)装在纵向滑台(Z轴)上。因为纵、横滑台的导轨相互垂直,故又被称为十字滑台布局。其优点是技术成熟,结构紧凑,荷兰Hembrug公司的super-mikroturn就一直采用这种结构。十字滑台布局的缺点在于纵横两滑台运动时相互影响,当对动态精度要求高时,这种缺点就尤为突出。

金刚石车床的基本数据如表1所示。

表1金刚石车床技术参数和性能示例

最大车削直径和长度/mm400×200

最高转速r/mm3000、5000或7000

最大进给速度mm/min5000

数控系统分辩率/mm0.0001或0.00005

重复精度(±2σ)/mm≤0.0002/100

主轴径向圆跳动/mm≤0.0001

主轴轴向圆跳动/mm≤0.0001

滑台运动的直线度/mm≤0.001/150

横滑台对主轴的垂直度/mm≤0.002/100

主轴前静压轴承(φ100mm)的刚度/(N/μm)径向1140

轴向1020

主轴后静压轴承(φ80mm)的刚度/(N/μm)640

纵横滑台的静压支承刚度/(N/μm)720

十字滑台相互影响的主要原因是X向滑台的重量要由Z向滑台来支撑。为了解决这一问题,德国蔡司公司研制了一种改进的十字滑台。其关键在于床身采用了大面积的花岗岩,Z向导轨直接加工在床身上,X向导轨虽然仍加工在Z向滑台上,但X向滑台的重量不再由Z向沿台来支撑,而是通过四条静压支柱直接由床身来支撑。

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