1.金剛石車床的技術關鍵
金剛石車床與鏡面銑床相比,其機械結構更為複雜,技術要求更為嚴格。除了必須滿足很高的運動平穩性外,還必須具有很高的定位精度和重複精度。鏡面銑削平面時,對主軸只需很高的軸向運動精度,而對徑向運動精度要求較低。金剛石車床則須兼備很高的軸向和徑向運動精度,才能減少對工件的形狀精度和表面粗糙度的影響。
目前市場上提供的金剛石車床的主軸大多採用氣體靜壓軸承,軸向和徑向的運動誤差在50nm以下,個別主軸的運動誤差已低於25nm。金剛石車床的滑台在90年代以前絕大部分採用氣體靜壓支承,荷蘭的Hembrug公司則採用液體靜壓支承。進入90年代以來,美國的Pneumo公司(現已與Precitech公司合併)的主要產品Nanoform600和250也採用了具有高剛性、高阻尼和高穩定性的液體靜壓支承滑台。
2.金剛石車床的布局
金剛石車床的布局最初沿襲了傳統車床的結構,主軸固定在床身上,橫向沿台(X軸)裝在縱向滑台(Z軸)上。因為縱、橫滑台的導軌相互垂直,故又被稱為十字滑檯布局。其優點是技術成熟,結構緊湊,荷蘭Hembrug公司的super-mikroturn就一直採用這種結構(圖1)。十字滑檯布局的缺點在於縱橫兩滑台運動時相互影響,當對動態精度要求高時,這種缺點就尤為突出。
金剛石車床的基本數據如表1所示。
表1金剛石車床技術參數和性能示例
最大車削直徑和長度/mm400×200
最高轉速r/mm3000、5000或7000
最大進給速度mm/min5000
數控系統分辯率/mm0.0001或0.00005
重複精度(±2σ)/mm≤0.0002/100
主軸徑向圓跳動/mm≤0.0001
主軸軸向圓跳動/mm≤0.0001
滑台運動的直線度/mm≤0.001/150
橫滑台對主軸的垂直度/mm≤0.002/100
主軸前靜壓軸承(φ100mm)的剛度/(N/μm)徑向1140
軸向1020
主軸后靜壓軸承(φ80mm)的剛度/(N/μm)640
縱橫滑台的靜壓支承剛度/(N/μm)720
十字滑台相互影響的主要原因是X向滑台的重量要由Z向滑台來支撐。為了解決這一問題,德國蔡司公司研製了一種改進的十字滑台。其關鍵在於床身採用了大面積的花崗岩,Z嚮導軌直接加工在床身上,X嚮導軌雖然仍加工在Z向滑台上,但X向滑台的重量不再由Z向沿台來支撐,而是通過四條靜壓支柱直接由床身來支