（独家原创）非球曲面的超精密加工工艺及加工系统的研究（全套CAD图纸） ㊣ 精品文档 值得下载

（图纸） Drawing1.dwg

（图纸） Drawing2.dwg

（图纸） Drawing3.dwg

（图纸） 超精密机床 结构简图.dwg

（图纸） 非球面磨削装置总装图.dwg

（其他） 非球曲面的超精密加工工艺及加工系统的研究说明书.doc

（图纸） 支承架.dwg

采用天然金刚石刀具加工球曲面非球曲面零件，可保证切削的纹理粗糙度较小，容易安装刀具以及刀具磨损后对加工表面的影响较小。

但圆弧刃金刚石刀具制造工艺的要求同时产生锋利度和圆弧精度，特别是刃磨工艺直阻碍我国超精密曲面切削技术的发展。

圆弧刃金刚石车刀的制造包括金刚石晶体定向刃磨刃磨质量测试以及刀体焊接等，其刃磨设备精度和刃磨工艺技术是其制造的关键。

超精密加工其他技术超精密加工其他技术包括机床位移测量技术高度数控系统非球面面形测量装置延性磨削装置恒温供液系统和系统振动控制技术等。

.传动系统设计磨削参数的计算磨削基本参数砂轮速度式中砂轮速度砂轮直径砂轮转速本机构采用高速磨削，其磨削速度，砂轮直径为，高速电主轴和砂轮转速为，可求得砂轮速度。

工件速度式中工件速度工件直径工件转速从公式和公式中可以看出，当公式中任何两个参数为已知时，可计算出另外个参数的数值。

初定纵向进给，工件速度为则得计算，得，导轨的整体设计本次设计传动部分中轴轴运动导轨呈形安排在机床的床身上。

检测导轨运动位置的光栅测量系统的读数头安装在固定不动的床身上，而其测量位置用的标尺光栅则安装在轴导轨的移动溜板上。

导轨采用液体静压导轨。

由于油液粘性剪切阻力较大，发热问题较为突出，故采用恒温供液系统控制温度。

导轨采用伺服电动机通过级精密滚珠丝杠以及结构新颖的自由度精密丝杠溜板耦联机构，驱动工作台实现直线进给运动。

轴导轨采用空气静压导轨作为支撑，用滚珠丝杠作为驱动组件。

针对轴导轨自重及外载荷产生的变形，设计了载荷系统，采用可调节载荷力的机械卸荷方式，把轴导轨移动部分重量加载到卸荷梁上，减轻了轴导轨的负担。

轴导轨采用液体静压导轨作为支撑，并采取桁架式结构以减轻导轨的重量，同时防止其重量使轴导轨产生扭曲变形，对轴导轨设计了配重系统，通过精确控制液体静压轮的位置，保证配重体的重心与轴导轨的重心相对于轴导轨中心线严格对称。

传动部分选用滚珠丝杠来驱动气液体静压导轨，为满足运行要求，采用端固定端游动的安装方式，两端采用无径向间隙钢球回转结构丝杠与电机的连接处设计了特殊的滚珠连接轴节，以消除电机与丝杠安装所产生的同轴误差对电机及丝杠传动的干涉影响丝母与导轨的连接为多点式钢球连接，其结构形式既能减小丝杠的挠度及晃动对导轨的影响，又能保证传动链的刚度。

为了提高机床定位精度，用双频激光干涉仪作为位置反馈组件进行全闭环的控制。

传动参数的计算横溜板和纵溜板的通过滚珠丝杠来传动式中回转件的转速移动件的线速度由公式计算可得，.导程与螺距的关系为取，则取螺距。

表.磨削系统设计在第章误差分析中得知，要使得零件磨削后的面形精度优于.，而且在光学非球曲面的磨削过程中，由于零件的轮廓精度还受到数控插补算法砂轮在方向的安装位置误差砂轮半径及机床导轨本身运动精度等因素影响。

因此实际磨削加工时中心高微调机构的微调精度应达到.。

系统结构设计该磨削系统主要分为五大部分空气主轴系统，位于纵溜板之上伺服进给系统，包括纵溜板的微进给驱动系统和横溜板微进给驱动系统微位移测量系统，主要用来进行向和向的微位移监测中心高微调系统，主要用于微调磨头在向的高度，向微调精度的高低直接决定着被加工零件轮廓精度的大小数控系统，将控制纵溜板和横溜板的进给。

数控系统在磨削加工非球曲面时，有数控系统控制纵溜板轴及横溜板，轴作相应的纵向和横向进给，即可实现非球曲面的超精密磨削加工。

纵溜板主轴箱主轴真空吸盘过渡盘工件高速磨头中心高微调机构微调支座横溜板图超精密光学非球曲面磨床结构简图中心高微调机构设计中心高位调机构的微位移误差对零件轮廓精度及表面粗糙度影响较大，是零件加工误差敏感方向。

本次设计的中心高微调机构如图所示，它主要运用了斜楔移动产生微位移的原理。

斜楔与水平方向有个很小的夹角，本微调机构的斜楔夹角为。

微调杆Ⅰ或Ⅱ采用的是螺旋千分尺，且对它原有的刻度再次进行了细分。

螺旋千分尺每回转小格，斜楔在水平方向上将产生的微位移，在垂直方向上的微位移为由公式可得.，正好满足我们磨削时需要达到的微调精度指标。

微调杆Ⅰ，微调支撑板，斜楔，磨头支座，磨头，磨头夹紧盖，微调杆Ⅱ图中心高微调机构示意图对于已经设计制造出的中心高微调机构，要对其进行微位移标定，可以用电感测微仪进行标定，当微调杆或旋转个小格时，用测微仪测出该机构在垂直方向上的位移，所得数据如下表所示表中心高微调机构标定数据表格数微位移量格数微位移量格数微位移量从表中可以看出，微调杆旋转小格时，最大的微位移量是.，并且在垂直方向有的调整范围，可实现磨削加工时的砂轮的中心高微调。

砂轮主轴的选择由之前的计算可知，砂轮主轴的转速大于，普通的三相异步电动机为磨头的磨床砂轮主轴转速为，所以需要选用高速电主轴作为砂轮主轴。

高速精密主轴是种直接依赖于高速轴承技术油气润滑技术精密制造与装配技术电机设计与制造高速驱动与精密数控等技术的高度机电体化的高科技产品。

在高速精密主轴系统中，主要有高速电主轴，高速气浮主轴，高速磁力主轴，磁气空气混合主轴等。

本砂轮主轴的高速主轴所采用的为高速气浮主轴。

气浮主轴主要是采用空气静压轴承作主轴的支承，采用变频电机驱动。

气浮轴承采用“全支承”结构与国内传统的设计相比，能成倍地提高轴系的承载和刚度。

如图所示，工作时，来自管道经过精密过滤的压缩空气进入壳体的通道，再流入轴承的节流小孔。

然后流经轴承与主轴之间的间隙，形成层压力气膜，将主轴浮起。

启动电机驱动主轴，通过改变电源的频率，使主轴以不同的速度旋转。

轴系回转精度受构成其运动的部件的几何精度装配精度和润滑介质性质的影响。