一种超精密车床的制作方法

本实用新型涉及一种超精密车床。

背景技术：

超精密切削加工技术是从20世纪60年代发展起来的先进制造技术，零件的加工精度取决于超精密机床的精度。超精密加工技术综合利用了测量、伺服控制、光学、环境控制、传感、液压等领域的尖端科技成果。

大尺寸微结构辊筒模具的超精密加工，一个比较重要的难点在于，由于加工时间较长，工件尺寸较大，辊筒模具对内部热源和外部热源的热误差都异常敏感。通常微结构辊筒模具的加工时长需要几十个小时甚至数百小时，这过程中电机主轴发热、环境变化引起的主轴热伸长、辊筒模具热伸长对加工精度的影响十分大。

首先温升会引起机床产生热变形，例如在长2600mm，直径600mm的辊筒模具上进行微结构加工时，一方面主轴电机发热引起主轴在轴向上产生热膨胀，同时环境温度的升高引起滚筒模具的热伸长，经计算得知环境温度每升高1℃，辊筒伸长量可达31.2μm。如果超精密机床主轴系统采用两端约束的形式，就会限制轴向的热膨胀，会引起如图1所示严重的热变形。此时，不仅加加工精度无法保证，甚至会因热应力过大引起止推轴承“抱轴”。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的超精密车床，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种超精密车床。

本实用新型的技术方案如下：

一种超精密车床，其特征在于：

包括支撑装置(1)，设置在所述支撑装置(1)上的床身(2)，所述床身(2) 上设置有一对床身导轨(21)，所述床身(2)左端固定有一尾架支承(3)，所述尾架支承(3)设置有头架(5)；

所述床身(2)右端活动固定有一设置在所述导轨(21)上的第一尾架滑块 (4)，所述第一尾架滑块(4)顶部上设置有一对尾架滑块导轨(41)，所述尾架滑块导轨(41)上滑动设置有第二尾架滑块(7)，所述第二尾架滑块(7)顶部设置有尾架(8)；

所述尾架(8)和所述头架(5)之间设置有辊筒模具(6)；

所述床身导轨(21)上位于所述尾架支承(3)和第一尾架滑块(4)上还滑动连接有一十字滑台(18)，所述十字滑台(18)上设置有一静压转台(10)，所述静压转台(10)设置有刀架(9)。

进一步的，所述尾架(8)和所述头架(5)均为静压支撑的方式支撑所述辊筒模具(6)。

进一步的，所述第一尾架滑块(4)包括滑台(42)，所述滑台(42)下部设置有两条滑槽(45)，所述滑槽(45)卡和在所述床身导轨(21)上，

所述滑台(42)下部位于所述滑槽(45)之间设置有滑块(44)，所述滑台 (42)位于所述滑槽(45)外侧下部均设置有侧滑块(43)；

所述滑台(42)内位于所述侧滑块(43)上方分别设置有水平设置的第一输油管(421)和第四输油管(424)，所述滑台内位于所述滑块(44)上方设置有竖直设置的第二输油管(422)和第三输油管(423)；所述第一输油管(421) 垂直连接第五输油管(425)，所述第五输油管(425)延伸至所述侧滑块(43) 内，并连接设置在所述侧滑块(43)内的第一节流器(427)，所述第一节流器 (427)连接设置在所述侧滑块(43)底部的第一主油腔(431)；所述第二输油管(422)连接设置在所述滑块(44)内的第二节流器(428)，所述第二节流器 (428)连接设置在所述滑块(44)左侧部的第一侧油腔(441)；所述第三输油管(423)连接设置在所述滑块(44)内的第三节流器(429)，所述第三节流器 (429)连接设置在所述滑块(44)右侧部的第二侧油腔(442)；所述第四输油管(424)垂直连接第六输油管(426)，所述第六输油管(426)延伸至所述侧滑块(43)内，并连接设置在所述侧滑块(43)内的第四节流器(430)，所述第四节流器(430)连接设置在所述侧滑块(43)底部的第二主油腔(432)。

进一步的，所述第二尾架滑块(7)包括工作台(74)和导轨下板，所述工作台(74)呈“T”字型；

所述导轨下板包括左下板721和右下板722、分别通过螺栓与工作台(74) 下表面两侧固定连接；

所述工作台(74)上部一侧开设有四个进油口；所述导轨下板前后两端的上下表面各开设一个油腔，按照位置关系分别称为前上油腔(731)、前下油腔 (732)、后上油腔(733)、后下油腔(734)，所述工作台(74)与导轨下板内部均开设有连通进油口(711)与油腔的油道(724)，每个进油口(711)对应连通同一端、同一水平面上的两个油腔。

进一步的，所述前下油腔(732)、前上油腔(731)、后上油腔(733)、后下油腔(734)的深度一致，且所述前下油腔(732)的体积大于前上油腔(731) 的体积、后上油腔(733)的体积大于后下油腔的(734)体积。

进一步的，所述支撑装置(1)包括第一连接管(11)和第二连接管(12)，所述第一连接管(11)和第二连接管(12)均为两根，其中所述第一连接管(11) 平行设置，所述第二连接管(12)均垂直连接于所述第一连接管(11)内侧，还包括设置在所述第一连接管(11)与所述第二连接管(12)连接处外侧的第三连接管(13)，所述第三连接管(13)连接侧支架(14)；

所述侧支架(14)包括侧支架连接板(141)、侧支架侧板(142)、侧支架上板(143)，其中所述侧支架连接板(141)为连接所述第三连接管(13)的竖直设置的矩形板块，所述侧支架侧板(142)为两个，分别垂直连接于所述侧支架连接板(141)的竖直两边，所述侧支架上板(143)垂直连接于所述侧支架连接板(141)和侧支架侧板(142)上部；

所述支撑装置(16)包括立方体形的支撑柱(161)，设置在所述支撑柱(161) 上部的上板(164)，设置在所述支撑柱(161)下部的下板(162)，所述下板(162) 四个边角均设置有支撑脚(163)，所述上板(164)上设置有一空气弹簧(165)；

所述支撑装置(16)设置在所述侧支架(14)内部，所述空气弹簧(165) 用于支撑所述侧支架上板(143)；

所述第一连接管(11)和第二连接管(12)连接处位于所述第一连接管(11) 上部均设置有千斤顶(15)；

所述床身(2)放置在所述第一连接管(11)和第二连接管(12)上方并通过所述千斤顶(15)支撑。

进一步的，所述第二尾架滑块(7)的侧面还设置有一光栅尺(71)。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

本实用新型技术方案主要针对解决头架主轴、辊筒模具、尾架主轴共同的C 轴轴系因温度变化引起的热应力，通过尾架在第二尾架滑块上滑动的方式进行释放，最终通过光栅尺测量到了这一微米级的热-机械位移。本实用新型在第二尾架滑块内设计了一套液体静压导轨，既保证了尾架的抗倾覆力矩的能力，又使尾架可以适应温度变化进行伸缩。本方案结构简单、操作方便、容易监测并方便进行后续热-机械误差补偿处理。

第一尾架滑块通过对称设置的主油腔和侧油腔，避免了卸油时由于质心偏置产生侧倾，从而无法保证导轨基座落下时重复定位精度；设置的四个油腔分别供油，装置工作时先停止第一主油腔、第二主油腔的供油，同时还保留对第一侧油腔、第二侧油腔的供油，第一尾架滑块就会在落下的同时保证了很高的抗倾斜的能力，进而提高了第一尾架滑块落下后的精度。

第二尾架滑块通过分路供油的方式，使得不同油腔的供油压力分别可调，最终实现了大倾覆力矩的情况下通过调整油腔压力将第二尾架滑块上浮起台面调平的目的。

支架装置通过空气弹簧的设置，实现对机床床身的隔振；通过调节千斤顶的高度，能够实现车床床身的调平；将床身隔振与床身调平分开，可以实现单独调节，避免了隔振调整与调平调整相互干扰，调整过程清晰，提高调整效率；支架装置结构降低了机床床身的重心，增加了机床的稳定性。

附图说明

图1、本实用新型的背景技术示意图；

图2、本实用新型主要结构立体示意图；

图3、本实用新型第一尾架滑块结构示意图；

图4、本实用新型第一尾架滑块内部油路结构示意图；

图5、本实用新型第二尾架滑块内部油路结构示意图；

图6、本实用新型支撑装置结构示意图；

图中：1-支撑装置；11-第一连接管；12-第二连接管；13-第三连接管；14-侧支架；141-侧支架连接板；142-侧支架侧板；143-侧支架上板；15千斤顶；16-支撑装置；161-支撑柱；162-底板；163-支撑脚；164-上板；165-空气弹簧；2-床身；21-床身导轨；3-尾架支承；4-第一尾架滑块；41-尾架滑块导轨；42-滑台； 43-侧滑块；44-滑块；45-滑槽；47-档块；421-第一输油管；4211-第一输油孔； 422-第二输油管；4221-第二输油孔；423-第三输油管；4231-第三输油孔；424- 第四输油管；4241-第四输油孔；425-第五输油管；426-第六输油管；427-第一节流器；428-第二节流器；429-第三节流器；430-第四节流器；431-第一主油腔； 432-第二主油腔；441-第一侧油腔；442-第二侧油腔；5-头架；6-辊筒模具；7- 第二尾架滑块；71-光栅尺；72-底座；74-工作台；721-左下板；722-右下板；724- 油道；731-前上油腔；732-前下油腔；733-后上油腔；734-后下油腔；8-尾架； 9-刀架；10-静压转台；18-十字滑台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

参见图2，本实用新型一较佳实施例所述的一种超精密车床，包括支撑装置 1，设置在所述支撑装置1上的床身2，所述床身2上设置有一对床身导轨21，所述床身2左端固定有一尾架支承3，所述尾架支承3设置有头架5；

所述床身2右端活动固定有一设置在所述导轨21上的第一尾架滑块4，所述第一尾架滑块4顶部上设置有一对尾架滑块导轨41，所述尾架滑块导轨41上滑动设置有第二尾架滑块7，所述第二尾架滑块7顶部设置有尾架8；

所述尾架8和所述头架5之间设置有辊筒模具6；

所述床身导轨21上位于所述尾架支承3和第一尾架滑块4上还滑动连接有一十字滑台18，所述十字滑台18上设置有一静压转台10，所述静压转台10设置有刀架9。

所述尾架8和所述头架5均为静压支撑的方式支撑所述辊筒模具6。

参见图3和图4，所述第一尾架滑块4包括滑台42，所述滑台42下部设置有两条滑槽45，所述滑槽45卡和在所述床身导轨21上，所述滑台42下部位于所述滑槽45之间设置有滑块44，所述滑台42位于所述滑槽45外侧下部均设置有侧滑块43；

所述滑台42内位于所述侧滑块43上方分别设置有水平设置的第一输油管 421和第四输油管424，所述滑台内位于所述滑块44上方设置有竖直设置的第二输油管422和第三输油管423；所述第一输油管421垂直连接第五输油管425，所述第五输油管425延伸至所述侧滑块43内，并连接设置在所述侧滑块43内的第一节流器427，所述第一节流器427连接设置在所述侧滑块43底部的第一主油腔431；所述第二输油管422连接设置在所述滑块44内的第二节流器428，所述第二节流器428连接设置在所述滑块44左侧部的第一侧油腔441；所述第三输油管423连接设置在所述滑块44内的第三节流器429，所述第三节流器429 连接设置在所述滑块44右侧部的第二侧油腔442；所述第四输油管424垂直连接第六输油管426，所述第六输油管426延伸至所述侧滑块43内，并连接设置在所述侧滑块43内的第四节流器430，所述第四节流器430连接设置在所述侧滑块43底部的第二主油腔432。

参见图5，所述第二尾架滑块7包括工作台74和导轨下板，所述工作台74 呈“T”字型；

所述导轨下板包括左下板721和右下板722、分别通过螺栓与工作台74下表面两侧固定连接；

所述工作台74上部一侧开设有四个进油口；所述导轨下板前后两端的上下表面各开设一个油腔，按照位置关系分别称为前上油腔731、前下油腔732、后上油腔733、后下油腔734，所述工作台74与导轨下板内部均开设有连通进油口711与油腔的油道724，每个进油口711对应连通同一端、同一水平面上的两个油腔。

所述前下油腔732、前上油腔731、后上油腔733、后下油腔734的深度一致，且所述前下油腔732的体积大于前上油腔731的体积、后上油腔733的体积大于后下油腔的734体积。第二尾架滑块(7)的侧面还设置有一光栅尺(71)。

参见图6，所述支撑装置1包括第一连接管11和第二连接管12，所述第一连接管11和第二连接管12均为两根，其中所述第一连接管11平行设置，所述第二连接管12均垂直连接于所述第一连接管11内侧，还包括设置在所述第一连接管11与所述第二连接管12连接处外侧的第三连接管13，所述第三连接管 13连接侧支架14；

所述侧支架14包括侧支架连接板141、侧支架侧板142、侧支架上板143，其中所述侧支架连接板141为连接所述第三连接管13的竖直设置的矩形板块，所述侧支架侧板142为两个，分别垂直连接于所述侧支架连接板141的竖直两边，所述侧支架上板143垂直连接于所述侧支架连接板141和侧支架侧板142 上部；

所述支撑装置16包括立方体形的支撑柱161，设置在所述支撑柱161上部的上板164，设置在所述支撑柱161下部的下板162，所述下板162四个边角均设置有支撑脚163，所述上板164上设置有一空气弹簧165；

所述支撑装置16设置在所述侧支架14内部，所述空气弹簧165用于支撑所述侧支架上板143；

所述第一连接管11和第二连接管12连接处位于所述第一连接管11上部均设置有千斤顶15；

所述床身2放置在所述第一连接管11和第二连接管12上方并通过所述千斤顶15支撑。

本实用新型的工作原理如下：

头架与尾架均采用静压支承的方式，共同支承起辊筒模具并带动其沿C轴回转；

十字滑台，采用液体静压支承形式，分为沿床身长度方向即Z向的直线运动导轨和沿床身宽度方向即X向的直线运动导轨；

刀架坐落在十字滑台上，实现Z向和X向的直线运动；

头架和尾架内均有止推轴承，为了适应温度变化引起的主轴和滚筒模具的热伸长；

尾架底部设置了第二尾架滑块，能够使尾架可以适应温度变化进行伸缩。

本实用新型至少具有以下优点：

本实用新型技术方案主要针对解决头架主轴、辊筒模具、尾架主轴共同的C 轴轴系因温度变化引起的热应力，通过尾架在第二尾架滑块上滑动的方式进行释放，最终通过光栅尺测量到了这一微米级的热-机械位移。本实用新型在第二尾架滑块内设计了一套液体静压导轨，既保证了尾架的抗倾覆力矩的能力，又使尾架可以适应温度变化进行伸缩。本方案结构简单、操作方便、容易监测并方便进行后续热-机械误差补偿处理。

第一尾架滑块通过对称设置的主油腔和侧油腔，避免了卸油时由于质心偏置产生侧倾，从而无法保证导轨基座落下时重复定位精度；设置的四个油腔分别供油，装置工作时先停止第一主油腔、第二主油腔的供油，同时还保留对第一侧油腔、第二侧油腔的供油，第一尾架滑块就会在落下的同时保证了很高的抗倾斜的能力，进而提高了第一尾架滑块落下后的精度。

第二尾架滑块通过分路供油的方式，使得不同油腔的供油压力分别可调，最终实现了大倾覆力矩的情况下通过调整油腔压力将第二尾架滑块上浮起台面调平的目的。

支架装置通过空气弹簧的设置，实现对机床床身的隔振；通过调节千斤顶的高度，能够实现车床床身的调平；将床身隔振与床身调平分开，可以实现单独调节，避免了隔振调整与调平调整相互干扰，调整过程清晰，提高调整效率；支架装置结构降低了机床床身的重心，增加了机床的稳定性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。