内容发布更新时间 : 2024/5/12 2:51:02星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

x轴、z轴的驱动：由DC电机与静压轴承的Φ50的驱动轮摩擦联驱动。 修正误差用刀具微位移机构：由PZT压电元件驱动并与电容测微仪组合后工作。

滑动导轨：x轴为V平面液体润滑导轨，z轴为平面空气静压导轨。

主轴：油静压径向轴承，空气静压止推轴承，柔性连接驱动方式，交流变频电动机驱动，电动机为防止震动直接安装在地基台面上。主轴刚度大于500N/μm。

电容传感器：分辨率0.625nm，直线性0.1%。

伺服系统：x、z传输轴为摩擦驱动，频带宽10Hz，最大送进量2.5mm/s。x、z轴的负荷补偿用波纹管的频带宽为0.01Hz。

温度控制系统：流体温度控制可达（20±0.0006）摄氏度，空气温度控制可达（20±0.005）摄氏度。

设计阶段加工误差的预算为： 半径方向形状误差：27.9nm； 圆度、平面度：12.5nm； 加工表面粗糙度：4.2nm； 机床底座为花岗岩。

6.试述美国LLL实验室生产的LODTM大型光学金刚石车床的主要技术性能。 答：可加工Φ1625×500mm，重量1360kg的大型金属反射镜。采用7路的高分辨力双频激光测量系统，使用He-Ne双频激光测量器，分辨力为0.625nm，使用4路激光检测横梁上溜板的运动，使用3路激光检测刀架上下运动装置，水温控制在（20±0.005）摄氏度，整台机床用4个大空气弹簧支撑起来。精度实测结果如下图所示：

7.试述英国Cranfield公司生产的OAGM2500大型超精密机床的主要技术性能。 答：最大加工尺寸2500mm×2500mm×610mm，有Φ2500mm的高精度回转工作台，机床的x和y向导轨采用液体静压，z向的磨轴头和测量头采用空气轴承，用分辨力为2.5nm的ZYGO AXIOM双频激光测量系统检测运动位置，并向数控系统反馈控制。

8.举实例说明发展高效专用多功能超精密机床的必要性。

9.为什么超精密机床大部分都采用空气轴承，它有哪些优缺点？ 10.空气主轴轴承有哪些常用的结构形式？它有哪些优缺点？ 答：（1）圆柱径向轴承和端面止推空气静压轴承 这种空气轴承主轴结构比较简单，但要求前后径向轴承有很高的同心度，径向轴承和止推轴承有很高的垂直度，因此要求很高的制造工艺水平。

（2）双半球空气轴承主轴 前后轴承均采用半球状，又是径向轴承又是止推轴承。由于轴承的气浮面是球面，有自动调心作用，因此可以提高前后轴承的同心度，提高主轴的回转精度。

（3）前部用球形后部用圆柱径向空气轴承的主轴 这种结构一端为球形，同时起到径向和轴向止推轴承的作用，并有自动调心的作用，可以提高前后轴承的同心度，从而提高了主轴回转精度。

（4）立式空气轴承 径向轴承制成圆弧面，可起到自动调心、提高精度的作用。

11.超精密主轴有哪些驱功方式?各自的优缺点是什么？ 答：超精密主轴的驱功方式有三种：

1）电动机通过带传动驱动 优缺点：采用这种驱功方式，电动机采用直流电动机或交流变频电动机。这种电动机可以无级调速，不用齿轮调速以减少振动，电动机要求经过精密动平衡并用单独地基以免振动影响超精密机床。传动带用柔软的无接缝的丝质材料制成。带轮有自己的轴承支撑，经过精密动平衡，通过柔性联轴器(常用电磁联轴器)和机床主轴相连，采用上述措施主要是使主轴尽可能和振功隔离。 2）电动机通过柔性联轴器驱动机床主轴 优缺点：采用这种主轴驱动方式时，电机采用直流电动机或交流变频电功机，可以很方便的实观无级调速，电动机应经过精密动平衡，电动机安装时尽量使电功机轴和机床主轴同心，再用柔性联轴器消除电动机轴和机床轴不同心引起的振动和回转误差。这样可以尽量提高超精密机床主轴的回转精度。

3）采用内装式同轴电动机驱动机床主轴 优缺点：电动机现在都采用无刷直流电动机，可以很方便地进行主铀转速的无级变速，同时电动机没有电刷，不仅可以消除电刷引起的摩擦振动，而且免除了电刷磨损对电机运转的影响。现在一般的直流电动机都是方波驱动，这时的驱动转矩变化大致在10%8%，这将使主轴的瞬时转速有波动，主轴转速低时，转速波动更明显。

12.超精密车床有哪几种总体布局? 各自的优缺点是什么？ 答：1）主轴箱位置固定、刀架装在十字形滑板上 优缺点：这种结构布局要求十字形滑板的上下导轨，不仅要有很高的直线运动精度，而且要有非常严格的相互垂直精度。这要求有很高的制造精度，才能满足超精密机床的精度要求．否则下滑板的运动误差将影响上滑板的起动精度。采用这种结构布局时，主轴相位置固定不动，因此主轴用传动带驱功很方便，电动机可以有单独地基，可以减少电动机振动对主轴的影响。 2）T形布局 优缺点：这种总体布局结构，有利于提高导轨的制造精度和运动精度。测量系统安装简单，大大提高了测量精度。

3）R??布局 优缺点：在工件的厚度改变时，主铀箱〔或回转工作台)需要在Z向调整、机床结构比较复杂，加工调整计算和习惯用的不一致，因此用得不多。 4）立式结构布局 优缺点：当工件直径较大并且重量较重时，超精密机床多采用立式结构布局，超精密机床要求高的刚度、故多用龙门形式。在机床精度要求特别高时，，可采取了特殊的在线测量和误差补偿措施，来补偿消除运动误差。

13.简述精密和超精密机床使用的床身和导轨材料，并说明各自的优缺点。 答：1）优质耐磨铸铁

优缺点：铸铁是传统的制造床身和导轨的材料．它的优点是工艺性好，应选用耐磨性好，热膨胀系数低。对振动衰减能力强，并经时效消除内应力的优质合金铸铁作精密机床的床身和导轨．

2)花岗岩 优缺点：花岗岩已是制造三坐标标测量机和超精密机床的床身和导轨的热门材料，这是因为花岗岩比铸铁长期尺寸稳定性好，热膨胀系数低，对振动的衰减能力强，硬度同、耐磨并不会生锈等。花向岩的主要缺点是它的吸湿性，吸湿后产生微量变形，影响精度。

3）人造花岗岩

优缺点：人造花岗岩有优良的性能，不仅可铸造成形，吸湿性低，并对振动的衰减能力加强。

14.简述精密和超精密机床的导轨结构形式，并说明各自的优缺点。 答：1）V平面

优缺点：导轨磨损后可自动补偿，保持间隙和润滑，不少机床采用这种结构。但这种结构有下述缺点．第—，V形和平面导轨面的磨损不相等，因此工作台面因导轨而磨损而下降量下均匀；第二，当工作台重心和载重偏离中央并偏向平导轨面—侧时，v平面导轨的导向能力就要明显下降。

2）双V形导轨能为直线运动提供良好的导向性 优缺点：两条导轨上的摩擦和磨损是均勺的，驱动元件可对称称地处在两条v形导轨之间。这些都可保证导轨的直线运动精度。双v形导轨在载重偏离中央时、仍能行较好的导向性。

3)压力油润滑导轨 优缺点：对超精密机床导轨部件要求有极高的直线运动精度，并月能长期保持它的精度，要求直线运动时绝对没有爬行现象。这一方面要求导轨有极高的制造精度，同时要求导轨的偶合面没有摩擦和磨损。

4）导轨偶合面的接触形式

优缺点：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很高的制造精度，导轨的材料要有很高的稳定性和耐磨性。导轨的偶合面有很好的偶合形式。

15.试述滚珠丝杆驱动系统的结构和优缺点。 答：滚珠丝杆驱动系统的结构如图4-22所示

优缺点：滚珠在丝杠和螺母的螺纹槽内滚功，因此摩擦力很小，丝杠的螺纹槽经过精密磨削，可以达到很高精度。滚珠在螺母内有再循环通道，因此行程长度不受滚珠的限制。

16.试述超精密机床中使用的摩擦驱动机构的原理、结构和优缺点。

答：摩擦驱动机构的原理，如图4-26所示。和导轨运动体相连的驱动杆夹在两个摩擦轮之间。上摩擦轮是用弹簧压板压在驱动杆上，当弹簧压板压力足够时，摩擦轮和驱动杆之间将无滑动。

两个摩擦轮均有静压轴承支承，可以无摩擦转动。下摩擦轮和直流电功机相连，带动下摩擦轮旋转，靠摩擦力带动驱动杆，带动导轨作非常平衡的直线运动。 优缺点：导轨运动的平稳性和精度高，使用效果好，优于滚珠丝杠副的驱动。有两个技术难点：l）超精密机床在精切时，要求导轨的起动速度极慢，因此要求下摩擦轮直径很小，造成—定的结构设计困难；2)两个摩擦轮最好都能采用静压轴承支承，但是从结构位置上看，放两套静压轴承(液体或空气)空间位置太挤，

结构设计有很大困难；摩擦轮如用滚动轴承支承，则滚动轴承有摩擦，会降低磨擦驱动装置的平稳性，降低导轨直线运动的平稳性。

17.精密加工对微量进给装置的性能要求是什么？

答： 1)精微进给和粗进给应分开、以提高微位移的精度、分辨力和稳定性。 2)运动部分必须是低摩擦和高稳定度的，以便实现很高的重复精度。 3）末级传动元件必须有很高的刚度，即夹金刚石刀具处必须是高刚度的。 4)微量进给机构内部联接必须是可靠联接，尽量采用整体结构或刚性联接，否则这微量进给机构很难实现很高的重复精度。 5)工艺件好，容易制造。 6）微量近给机构应又有好的动特性，即具有高的频响。 7) 微量进给机构应能实现微进给的自功控制。

18.试述压电和电致伸缩传感器的结构和主要性能。

答：电致伸缩传感器的结构：平时电致伸缩陶瓷片两片成—对，中间通正电，两侧通负电，将很多对陶瓷片叠在—起，正极联在—起，负极联在一起，则组成—个电致伸缩传感器。

主要性能：图4-3l中给出电致伸缩传感器在不同电压时的伸长量的关系曲线，可看到在加上直流电压时，无论是正电压或负电压，传感器的伸长量是相同的。这曲线的中间部份线性是比较好的。团4-31同时给出压电伸缩传感路的电压伸长量关系曲线，可看到正电压时伸长，负压时缩短。这种传感器在电压上升下降时的伸长量滞后较长。

19.介绍几种典型的压电式或电致伸缩式微进给装置的原理、结构和性能。 答：