超精密機床導軌部件要求有極高的直線運動精度,不能有爬行,導軌偶合面不能有磨損。這一方面要求導軌有極高的制造精度,導軌的材料要有很高的穩定性和耐磨性,導軌的偶合面沒有摩擦和磨損,同時還要求導軌的偶合面有很***的偶合形式。
現代超精密機床中導軌的偶合面,一般的摩擦接觸已較少采用。現在采用的方式有:滑動導軌,滾動導軌,液體靜壓導軌,氣浮導軌,空氣靜壓導軌等。
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(1)滑動導軌滑動導軌具有結構簡單、緊湊、剛度高,停止時的穩定性高、熱穩定性高及價格低等***點,作為超精密加工用的機床元部件可以充分利用其***點。當然,滑動導軌也有缺點,即動摩擦系數和靜摩擦系數的差值較大,有爬行,定位精度有限,低速時運動的平滑度比其他導軌差。但是,這些缺點可以通過導軌面的不同制作方法,驅動系統的特殊設計和選擇適宜的導軌面材料和潤滑油等加以克服,如導軌表面用耐磨塑料層,導軌接觸面強迫潤滑。
圖中所示是日本豐田工機的超精密機床的導軌,它采用平面導軌結構,使用壓力油強迫潤滑導軌接觸面,減少了導軌磨損。在工作臺面有較大重量,潤滑油壓力高度穩定時,導軌可達到較***的直線運動精度。但由于這種導軌不是對稱結構,當載荷偏離中央時,導軌的導向性下降,潤滑油壓力波動將影響直線運動精度,故這種V平面導軌的精度提高是有限的。
美國Moore公司生產的坐標鍵床、坐標測量機等都采用雙v形導軌,如圖58所示。在采用淬硬鑲鋼導軌時,應注意淬硬鋼導軌鑲條必須裝在長的下導軌面上,短的上導軌面是軟的。這樣長的下導軌面基本不磨損,上導軌面則均勻磨損,使導軌能長期保持糟度,而不會發生導軌中某一段因經常使用而局部磨損下凹,假壞導軌的精度。
(2)液體靜壓導軌液體靜壓導軌中平面型結構用得較多。圖521所示是不同結構的液體靜壓導軌。由于導軌運動速度不高,液體靜壓導軌的溫度升高不嚴重,而且液體靜壓導軌剛度高,能承受大的載荷,直線運動精度高并且平穩,無爬行現象,所以現在還有不少超精密機床使用液體靜壓導軌。圖52la是平面型液體靜壓導軌,要求導軌的運動件上、下、左、右面都在靜壓油的作用下,可保證很高的導軌運動精度和很高的剛度。由于液體靜壓導軌還有一定的工作溫升,兩個側向靜壓油腔(左右各一個)集中放在左邊導軌的左右側面,這樣溫度變化造成的油腔間隙變化較小。這種結構是左右不對稱的,因此很難做到極高精度。平面型液體靜壓導軌,如果***化結構是有可能制成左右對稱結構;這時驅動元件(滾珠絲杠驅動或摩擦驅動)可以放在中心位置,有利于提高導軌的運動精度。
(3)氣浮導軌和空氣靜壓導軌氣浮導軌和空氣靜壓導軌在精心制造時可以得到很高的直線運動精度,運動平穩,無爬行,摩擦因數接近于零,不發熱,因此在超精密機床中得到較廣泛的應用。
1)氣浮導軌當導軌上的運動部件重量很重并且壓縮空氣壓力非常穩定時,可用氣浮導軌。氣浮導軌常用平面結構,運動導軌的底平面和兩側導軌面有壓縮空氣,使運動部件(床鞍或工作臺)浮起,如圖522所示。從圖中可以看出,工作臺的浮起是氣浮作用,但側面是氣體靜壓作用,屬氣體靜壓導軌。氣浮導軌的剛度低于空氣靜壓導軌,且受壓縮空氣壓力波動的影響。在壓縮空氣壓力高度穩定時,氣浮導軌可以得到較高的直線運動精度,導軌無爬行現象,無摩擦。美國Peum公司的MsG325超精密車床即使用氣浮導軌。
2)空氣靜壓導軌空氣靜壓導軌中運動件的導軌面,上下、左右均在靜壓空氣的約束下,因此和氣浮導軌相比有較***剛度和運動精度。這是比較典型的空氣靜壓導軌的結構,工作臺導軌面的上下、左右均在靜壓作用下,移動導軌是浮在中間,基本沒有摩擦力。空氣靜壓導軌不發熱,沒有溫升,因此兩個側導軌面做在工作臺的左右兩端,沒有溫升而造成的側導軌面間隙的變化。空氣靜壓導軌也有不同形式,其中平面型導軌用得較多。
