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 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為C0級。由于是閉環(huán)控制，利用高等級的滾珠絲杠，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)動和滾珠間的接觸滑動有微小的振動及與滑動絲杠等相比較振動衰減特性差等問題。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溜板運動精度的影響。并且絲杠螺母與溜板采用了浮動連接結(jié)構(gòu)，從而減小了溜板起伏造成滾珠絲杠受壓波動而引起的絲杠瞬間或持久的變形。同時也避免了由于滾珠絲杠本身彎曲引起的因絲杠旋轉(zhuǎn)而造成的溜板運動誤差，因此實現(xiàn)了運動的小位移分辨率≤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，所以沒有由于摩擦而引起的爬行和反向間隙，因此可以長期保持精度，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，在較長的行程上可以達(dá)到納米級的定位分辨率。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、冷卻裝置和過濾裝置等眾多的輔助裝置，另外還存在環(huán)境污染問題。
    摩擦驅(qū)動是通過摩擦把伺服電動機(jī)的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成從動桿的直線運動，實現(xiàn)無間隙傳動，其工作原理如圖1所示。從微觀上看，壓緊輪與從動桿之間的油膜處于液體潤滑狀態(tài)，潤滑油的剪斷特性決定牽引系統(tǒng)。因而要選擇系數(shù)較高的潤滑油。壓緊輪滾動時實現(xiàn)進(jìn)給，進(jìn)給分辨率取決于伺服電動機(jī)回轉(zhuǎn)一周的步進(jìn)數(shù)。采用摩擦驅(qū)動進(jìn)給的一個重要問題是預(yù)壓，若預(yù)壓力過小，則接觸面有可能產(chǎn)生滑動；若預(yù)壓力過大，由于彈性變形，則很難實現(xiàn)正確的驅(qū)動。另外由于預(yù)壓力的存在，還容易產(chǎn)生磨損問題。新的研究表明，用扭曲滾輪摩擦驅(qū)動可以實現(xiàn)埃(µ)級定位。 
    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。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級以下。 
    其二是振動。環(huán)境振動的干擾不僅會引起機(jī)床本體的振動，更主要的是會引起切削刀具與被加工零件間的相對振動位移，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。這主要是因為空氣彈簧在具有較大承載能力的同時，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，加工過程中溫度的變化，會造成機(jī)床運動精度下降，不能獲得所定的加工精度。為了解決這一問題，通常從兩個方面入手，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、樹脂混凝土和零膨脹玻璃。