4 進(jìn)給與微量進(jìn)給系統(tǒng)

    進(jìn)給系統(tǒng)中常用的是各種進(jìn)給絲杠，在高精度加工機(jī)床中滾珠絲杠因其反向間隙小、傳動(dòng)效率高而廣泛的應(yīng)用。精度更高的靜壓絲杠和摩擦驅(qū)動(dòng)裝置也逐漸用于高精度加工機(jī)床。 
    高精度加工機(jī)床的滾珠絲杠一般的精度等級(jí)為C0級(jí)。由于是閉環(huán)控制，利用高等級(jí)的滾珠絲杠，可獲得現(xiàn)行高水平0.01µm的定位精度。滾珠絲杠不需要靜壓絲杠所需的附屬裝置，是使用極為方便的絲杠。但作為亞微米級(jí)高精度加工機(jī)床的進(jìn)給絲杠須考慮到由于滾珠的轉(zhuǎn)動(dòng)和滾珠間的接觸滑動(dòng)有微小的振動(dòng)及與滑動(dòng)絲杠等相比較振動(dòng)衰減特性差等問(wèn)題。HCM-Ⅰ高精度加工機(jī)床采用的滾珠絲杠，在嚴(yán)格保證伺服電動(dòng)機(jī)與絲杠、絲杠和螺母與底座和溜板的聯(lián)接裝配的基礎(chǔ)上，加大溜板氣浮面積、提高其氣浮剛度，從而減小由于絲杠的誤差對(duì)溜板運(yùn)動(dòng)精度的影響。并且絲杠螺母與溜板采用了浮動(dòng)連接結(jié)構(gòu)，從而減小了溜板起伏造成滾珠絲杠受壓波動(dòng)而引起的絲杠瞬間或持久的變形。同時(shí)也避免了由于滾珠絲杠本身彎曲引起的因絲杠旋轉(zhuǎn)而造成的溜板運(yùn)動(dòng)誤差，因此實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)的小位移分辨率≤0.01µm。
    靜壓絲杠副的絲杠與螺母由于不直接接觸，而是有一層高壓液體膜相隔，所以沒(méi)有由于摩擦而引起的爬行和反向間隙，因此可以長(zhǎng)期保持精度，進(jìn)給分辨率更高；又由于油膜具有均化作用，可以提高進(jìn)給精度，在較長(zhǎng)的行程上可以達(dá)到納米級(jí)的定位分辨率。但是靜壓絲杠裝置較大，且須有油泵、蓄壓器、液體循環(huán)裝置、冷卻裝置和過(guò)濾裝置等眾多的輔助裝置，另外還存在環(huán)境污染問(wèn)題。
    摩擦驅(qū)動(dòng)是通過(guò)摩擦把伺服電動(dòng)機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成從動(dòng)桿的直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙傳動(dòng)，其工作原理如圖1所示。從微觀上看，壓緊輪與從動(dòng)桿之間的油膜處于液體潤(rùn)滑狀態(tài)，潤(rùn)滑油的剪斷特性決定牽引系統(tǒng)。因而要選擇系數(shù)較高的潤(rùn)滑油。壓緊輪滾動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，進(jìn)給分辨率取決于伺服電動(dòng)機(jī)回轉(zhuǎn)一周的步進(jìn)數(shù)。采用摩擦驅(qū)動(dòng)進(jìn)給的一個(gè)重要問(wèn)題是預(yù)壓，若預(yù)壓力過(guò)小，則接觸面有可能產(chǎn)生滑動(dòng)；若預(yù)壓力過(guò)大，由于彈性變形，則很難實(shí)現(xiàn)正確的驅(qū)動(dòng)。另外由于預(yù)壓力的存在，還容易產(chǎn)生磨損問(wèn)題。新的研究表明，用扭曲滾輪摩擦驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)埃(µ)級(jí)定位。 
    高精度加工機(jī)床中還廣泛應(yīng)用微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)，以滿足對(duì)更高定位精度和進(jìn)給分辨率的要求。常用的方法有采用滾動(dòng)絲杠進(jìn)給和彈性進(jìn)給并用的方法和由粗調(diào)和微調(diào)壓電元件組合的方法。HCM-Ⅰ高精度加工機(jī)床采用的是壓電式微量進(jìn)給刀架。

 5 環(huán)境條件

    高精度加工的環(huán)境條件有三。其一是污染，高精度加工機(jī)床須置于潔凈的超凈室內(nèi)才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。室內(nèi)的潔凈度以一立方英尺中0.5µm以上的灰塵的數(shù)量表示。作為高精度加工機(jī)床的工作環(huán)境應(yīng)為20000～3000級(jí)以下。 
    其二是振動(dòng)。環(huán)境振動(dòng)的干擾不僅會(huì)引起機(jī)床本體的振動(dòng)，更主要的是會(huì)引起切削刀具與被加工零件間的相對(duì)振動(dòng)位移，后者將直接反映到被加工零件的精度和表面質(zhì)量上。因此高精度加工機(jī)床須設(shè)置性能優(yōu)異的隔振裝置。目前國(guó)外高精度加工機(jī)床中，大多數(shù)采用以空氣彈簧為隔振元件的隔振系統(tǒng)，并取得了較好的隔振效果。這主要是因?yàn)榭諝鈴椈稍诰哂休^大承載能力的同時(shí)，具有較低的剛度。彈簧的低剛度可使隔振系統(tǒng)獲得較低的固有頻率，遠(yuǎn)離環(huán)境干擾頻率，提高隔振效果。經(jīng)理論分析研究和計(jì)算比較，HCM-Ⅰ高精度加工機(jī)床采用了直筒約束膜式結(jié)構(gòu)，并取內(nèi)、外變角均為0°。這樣不僅彈簧剛度的線性度好，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于模具的制造以及裝置的安裝和調(diào)整。

    其三是溫度。高精度加工機(jī)床的加工須在恒溫室內(nèi)進(jìn)行，加工過(guò)程中溫度的變化，會(huì)造成機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度下降，不能獲得所定的加工精度。為了解決這一問(wèn)題，通常從兩個(gè)方面入手，一是選擇合適的部件材料，高精度加工機(jī)床中使用的和候選的材料有氧化鋁陶瓷、鑄鐵、鋼、殷鋼、花崗巖、樹(shù)脂混凝土和零膨脹玻璃。