超精密机床导轨部件要求有极高的直线运动精度,不能有爬行,导轨偶合面不能有磨损。这一方面要求导轨有极高的制造精度,导轨的材料要有很高的稳定性和耐磨性,导轨的偶合面没有摩擦和磨损,同时还要求导轨的偶合面有很***的偶合形式。
现代超精密机床中导轨的偶合面,一般的摩擦接触已较少采用。现在采用的方式有:滑动导轨,滚动导轨,液体静压导轨,气浮导轨,空气静压导轨等。
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(1)滑动导轨滑动导轨具有结构简单、紧凑、刚度高,停止时的稳定性高、热稳定性高及价格低等***点,作为超精密加工用的机床元部件可以充分利用其***点。当然,滑动导轨也有缺点,即动摩擦系数和静摩擦系数的差值较大,有爬行,定位精度有限,低速时运动的平滑度比其他导轨差。但是,这些缺点可以通过导轨面的不同制作方法,驱动系统的特殊设计和选择适宜的导轨面材料和润滑油等加以克服,如导轨表面用耐磨塑料层,导轨接触面强迫润滑。
图中所示是日本丰田工机的超精密机床的导轨,它采用平面导轨结构,使用压力油强迫润滑导轨接触面,减少了导轨磨损。在工作台面有较大重量,润滑油压力高度稳定时,导轨可达到较***的直线运动精度。但由于这种导轨不是对称结构,当载荷偏离中央时,导轨的导向性下降,润滑油压力波动将影响直线运动精度,故这种V平面导轨的精度提高是有限的。
美国Moore公司生产的坐标键床、坐标测量机等都采用双v形导轨,如图58所示。在采用淬硬镶钢导轨时,应注意淬硬钢导轨镶条必须装在长的下导轨面上,短的上导轨面是软的。这样长的下导轨面基本不磨损,上导轨面则均匀磨损,使导轨能长期保持糟度,而不会发生导轨中某一段因经常使用而局部磨损下凹,假坏导轨的精度。
(2)液体静压导轨液体静压导轨中平面型结构用得较多。图521所示是不同结构的液体静压导轨。由于导轨运动速度不高,液体静压导轨的温度升高不严重,而且液体静压导轨刚度高,能承受大的载荷,直线运动精度高并且平稳,无爬行现象,所以现在还有不少超精密机床使用液体静压导轨。图52la是平面型液体静压导轨,要求导轨的运动件上、下、左、右面都在静压油的作用下,可保证很高的导轨运动精度和很高的刚度。由于液体静压导轨还有一定的工作温升,两个侧向静压油腔(左右各一个)集中放在左边导轨的左右侧面,这样温度变化造成的油腔间隙变化较小。这种结构是左右不对称的,因此很难做到极高精度。平面型液体静压导轨,如果***化结构是有可能制成左右对称结构;这时驱动元件(滚珠丝杠驱动或摩擦驱动)可以放在中心位置,有利于提高导轨的运动精度。
(3)气浮导轨和空气静压导轨气浮导轨和空气静压导轨在精心制造时可以得到很高的直线运动精度,运动平稳,无爬行,摩擦因数接近于零,不发热,因此在超精密机床中得到较广泛的应用。
1)气浮导轨当导轨上的运动部件重量很重并且压缩空气压力非常稳定时,可用气浮导轨。气浮导轨常用平面结构,运动导轨的底平面和两侧导轨面有压缩空气,使运动部件(床鞍或工作台)浮起,如图522所示。从图中可以看出,工作台的浮起是气浮作用,但侧面是气体静压作用,属气体静压导轨。气浮导轨的刚度低于空气静压导轨,且受压缩空气压力波动的影响。在压缩空气压力高度稳定时,气浮导轨可以得到较高的直线运动精度,导轨无爬行现象,无摩擦。美国Peum公司的MsG325超精密车床即使用气浮导轨。
2)空气静压导轨空气静压导轨中运动件的导轨面,上下、左右均在静压空气的约束下,因此和气浮导轨相比有较***刚度和运动精度。这是比较典型的空气静压导轨的结构,工作台导轨面的上下、左右均在静压作用下,移动导轨是浮在中间,基本没有摩擦力。空气静压导轨不发热,没有温升,因此两个侧导轨面做在工作台的左右两端,没有温升而造成的侧导轨面间隙的变化。空气静压导轨也有不同形式,其中平面型导轨用得较多。
