一种气静压超精密数控车床的制作方法

本实用新型涉及一种金属切削机床，具体涉及一种气静压超精密数控车床。

背景技术：

目前，国内对精密金属零部件的内外圆端面的车削加工普遍采用的是滚珠轴承主轴，以及油润滑硬导轨或直线导轨车床，滚珠轴承主轴中的轴承采用的是高精度的P4级角接触轴承，由于所述高精度的P4级角接触轴承精度要求极高，所以P4级轴承的精度标准限制为1um，主轴在制造加工以及装配后的综合精度一般是2～3um；因此，滚珠轴承主轴的回转精度也只能达到2~3um（详见：JB/T 10801.2-2007）。机床超精密的直线导轨也因制造精度的限制，其平行度精度最好也很难超过3um/m，也就是说国内现有机床本身的加工精度最高只能达到2-3um/m。随着科学技术的进步和社会经济的发展，对机械加工精度的要求越来越高，越来越多的高精密产品工件的圆度要求甚至达到≤0.5um，现有滚珠轴承主轴机床已经远远不能满足现在以及未来加工工业发展的需求。

目前，国内对精密金属零部件内外圆端面车削的加工设备达不到前述精度，只能花费了大量的外汇通过进口高精度的加工设备来满足生产要求。

技术实现要素：

针对现有设备的不足，本实用新型的目的在于提供一种气静压超精密数控车床，利用气静压电主轴、X轴气静压导轨、Z轴气静压导轨并通过高精密数控系统达到三轴气浮控制，使传统的滚珠轴承电主轴、滑动和滚动导轨机床改变为气静压工件电主轴、气静压导轨机床，加工精度得到有效提高，实现了气静压机床的高精度加工。

本实用新型为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种气静压超精密数控车床，包括床身、X轴移动系统、Z轴移动系统，所述X轴移动系统和所述Z轴移动系统均设置在所述床身的上端面上，所述X轴移动系统的轴线与所述Z轴移动系统的轴线垂直，所述X轴移动系统包括X轴底座、设置在所述X轴底座上方的X轴驱动直线电机、设置在所述X轴底座上方的X轴气浮导轨、设置在所述X轴气浮导轨上方的主轴机构，所述X轴气浮导轨包括X轴导轨、设置在所述X轴导轨的上方且与所述X轴导轨相配合的溜板Ⅰ，所述溜板Ⅰ与所述X轴驱动直线电机的输出端相连，所述主轴机构设置在所述溜板Ⅰ的上端面上，所述主轴机构包括主轴电机及与所述主轴电机输出端相连的电主轴，所述电主轴通过设置在所述溜板Ⅰ上端面的夹套座安装在所述溜板Ⅰ的上方；

所述Z轴移动系统包括Z轴底座、设置在所述Z轴底座上方的Z轴驱动直线电机、设置在所述Z轴底座上方的Z轴气浮导轨、设置上所述Z轴气浮导轨上方的刀架座，所述Z轴气浮导轨包括Z轴导轨、设置在所述Z轴导轨的上方且与所述Z轴导轨相配合的溜板Ⅱ，所述溜板Ⅱ与所述Z轴驱动直线电机的输出端相连，所述刀架座设置在所述溜板Ⅱ的上端面上。

进一步的，所述X轴气浮导轨为空气静压导轨。

进一步的，所述Z轴气浮导轨为空气静压导轨。

进一步的，所述电主轴为静压空气轴承主轴。

进一步的，所述X轴移动系统轴线与所述电主轴轴线成90°夹角。

进一步的，所述X轴底座通过空气弹簧Ⅰ安装在所述床身的上方。

进一步的，所述Z轴底座通过空气弹簧Ⅱ安装在所述床身的上方。

本实用新型的有益效果主要表现在以下几个方面：

1、本实用新型的电主轴采用静压空气轴承主轴，空气轴承主轴具有良好的振摆回转精度，目前高精度空气轴承主轴回转精度可达0.05um，最高可达0.03um，由于轴承中支承回转轴的压力膜的均化作用，空气轴承主轴能够得到高于轴承零件本身的精度；空气轴承主轴还具有动特性良好、精度寿命长、不产生振动、刚性/载荷量具有与使用条件相称的值等优点；

2、作为刀具和工件相对定位机构的直线导轨，是仅次于主轴的重要部件，X轴气浮导轨和Z轴气浮导轨均为空气静压导轨，该导轨为非接触式导轨，完全不必担心爬行的产生，空气静压导轨具有动作灵活、无爬行等连续动作；同时，空气静压导轨的直线精度好，高速运动时发热量少，维修保养容易，空气静压导轨是目前精度最好的导轨，目前空气静压直线导轨的直线度可达0.1～0.2um/250mm；

3、本实用新型提供一种气静压超精密数控车床，利用气静压工件电主轴、X轴气静压导轨、Z轴气静压导轨并通过高精密数控系统达到三轴气浮控制，使传统的滚珠轴承电主轴、滑动和滚动导轨机床改变为气静压工件电主轴、气静压导轨机床，加工精度得到有效提高，实现了气静压机床的高精度加工。

附图说明

图1是本实用新型的爆炸结构示意图；

图中标记：1、床身，101、空气弹簧Ⅰ，102、空气弹簧Ⅱ，2、X轴底座，201、X轴导轨，202、溜板Ⅰ，2021、夹套座，203、X轴驱动直线电机，3、主轴电机，301、电主轴，4、Z轴底座，401、Z轴导轨，402、溜板Ⅱ，5、刀架座。

具体实施方式

结合附图对本实用新型实施例加以详细说明，本实施例以本实用新型技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如附图所示，一种气静压超精密数控车床，包括床身1、X轴移动系统、Z轴移动系统，所述X轴移动系统和所述Z轴移动系统均设置在所述床身1的上端面上，所述X轴移动系统的轴线与所述Z轴移动系统的轴线垂直，所述X轴移动系统包括X轴底座2、设置在所述X轴底座2上方的X轴驱动直线电机203、设置在所述X轴底座2上方的X轴气浮导轨、设置在所述X轴气浮导轨上方的主轴机构，所述X轴底座2通过空气弹簧Ⅰ101安装在所述床身1的上方，所述X轴气浮导轨包括X轴导轨201、设置在所述X轴导轨201的上方且与所述X轴导轨201相配合的溜板Ⅰ202，所述溜板Ⅰ202与所述X轴驱动直线电机203的输出端相连，所述主轴机构设置在所述溜板Ⅰ202的上端面上，所述主轴机构包括主轴电机3及与所述主轴电机3输出端相连的电主轴301，所述X轴移动系统轴线与所述电主轴301轴线成90°夹角，所述电主轴301为静压空气轴承主轴，所述电主轴301通过设置在所述溜板Ⅰ202上端面的夹套座2021安装在所述溜板Ⅰ202的上方；本实用新型的电主轴301采用静压空气轴承主轴，空气轴承主轴具有良好的振摆回转精度，目前高精度空气轴承主轴回转精度可达0.05um，最高可达0.03um，由于轴承中支承回转轴的压力膜的均化作用，空气轴承主轴能够得到高于轴承零件本身的精度；空气轴承主轴还具有动特性良好、精度寿命长、不产生振动、刚性/载荷量具有与使用条件相称的值等优点；

本实用新型设置有对工件进行冷却的第一冷却水循环系统，工件与电主轴301连接，第一冷却水循环系统包括第一循环水箱、设置在床身1上的接水盘，第一循环水箱的出水管上设置有第一增压水泵，出水管的出水口位于工件上方，接水盘与循环水箱通过回水管连通；所述接水盘安置在床身1上；

本实用新型还设置有对电主轴301进行冷却的第二冷却水循环系统，电主轴301冷却水循环系统包括第二循环水箱，第二循环水箱的出水管上设置有第二增压水泵，出水管的出水口与电主轴301后部的进水口连通；循环水箱的回水管与电主轴301后部的出水口连通；

所述Z轴移动系统包括Z轴底座4、设置在所述Z轴底座4上方的Z轴驱动直线电机、设置在所述Z轴底座4上方的Z轴气浮导轨、设置上所述Z轴气浮导轨上方的刀架座5，所述Z轴底座4通过空气弹簧Ⅱ102安装在所述床身1的上方，X轴气浮导轨和Z轴气浮导轨均为空气静压导轨，所述Z轴气浮导轨包括Z轴导轨401、设置在所述Z轴导轨401的上方且与所述Z轴导轨401相配合的溜板Ⅱ402，所述溜板Ⅱ402与所述Z轴驱动直线电机的输出端相连，所述刀架座5设置在所述溜板Ⅱ402的上端面上，作为刀具和工件相对定位机构的直线导轨，是仅次于电主轴301的重要部件，X轴气浮导轨和Z轴气浮导轨均为空气静压导轨，该导轨为非接触式导轨，完全不必担心爬行的产生，空气静压导轨具有动作灵活、无爬行等连续动作；同时，空气静压导轨的直线精度好，高速运动时发热量少，维修保养容易，空气静压导轨是目前精度最好的导轨，目前空气静压直线导轨的直线度可达0.1～0.2um/250mm；

X轴驱动直线电机203和Z轴驱动直线电机403均为伺服电机，由控制器控制，主轴电机3的输入端与变频器相连，变频器与控制器相连，控制器与精密数控系统的操作面板相连；

本实用新型提供一种气静压超精密数控车床，利用气静压工件电主轴、X轴气静压导轨、Z轴气静压导轨并通过高精密数控系统达到三轴气浮控制，使传统的滚珠轴承电主轴、滑动和滚动导轨机床改变为气静压工件电主轴、气静压导轨机床，加工精度得到有效提高，实现了气静压机床的高精度加工。

本实用新型所列举的技术方案和实施方式并非是限制，与本实用新型所列举的技术方案和实施方式等同或者效果相同方案都在本实用新型所保护的范围内。还需要说明的是，在本文中，诸如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。