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我國(guó)超精密數(shù)控機(jī)床研發(fā)
日期：2009年11月05 來源：沈陽第一機(jī)床廠 關(guān)鍵字：數(shù)控機(jī)床
我國(guó)20世紀(jì)80年代初開始超精密數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)的研究，比國(guó)外整整落后20年。1995年，前國(guó)防科工委在中國(guó)航空精密機(jī)械研究所建立國(guó)內(nèi)第—個(gè)從事超精密數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)研究的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。近年來，該項(xiàng)工作開展較好的單位有北京機(jī)床研究所、中國(guó)航空精密機(jī)械研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中科院長(zhǎng)春光機(jī)所應(yīng)用光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等。
該數(shù)控機(jī)床采用氣浮結(jié)構(gòu)，即氣浮主軸和氣浮溜板，并采用超精密光柵做全閉環(huán)反饋，主軸回轉(zhuǎn)精度30hm，控制系統(tǒng)分辨率5nm，反饋系統(tǒng)分辨率2．5nm，沼板直線性O(shè)．15Bra／200mm，定位精度~0．2Bm／400~n，最人加工直徑4~goomm，最大加工長(zhǎng)度伽m。此外，該所還研制了超精密光學(xué)鏡面銑床SQUARE80／200／300，其中增強(qiáng)型功能有車、銑轉(zhuǎn)換功能，加工球面及非球回轉(zhuǎn)曲面，以及納米級(jí)運(yùn)動(dòng)分辨率接口，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)運(yùn)動(dòng)等。2002年3月和2004年7月，該所又分別研制成功超精密球面加工機(jī)床SPHER200和SPHER360。其中，SPHERE 360超精密球面加工機(jī)床主要用于薄壁內(nèi)外球面零件及整球球面零件的超精密加工，工件的最大回轉(zhuǎn)直徑吵360mm，機(jī)床主軸精度<0．05gm，工作轉(zhuǎn)臺(tái)(B軸)回轉(zhuǎn)精度《0．1gm，固定工作臺(tái)上安裝4把刀具用于卡盤及工件上定位面的加工，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上安裝回轉(zhuǎn)刀具用于球面加工。
此外，該數(shù)控機(jī)床具有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
(1)主軸及回轉(zhuǎn)工作臺(tái)采用空氣靜壓軸承，主軸可安裝氣動(dòng)≥盤以及真空吸盤；
(2)床身采用天然花崗石，特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證機(jī)床有較好的剛性及減振性能：
(3)從地面到切削加工區(qū)之間，設(shè)有多層減振結(jié)構(gòu)，人人提高了機(jī)床抵抗外部振動(dòng)干擾的能力：
(4)整個(gè)數(shù)控機(jī)床一體化結(jié)構(gòu)，主軸電動(dòng)機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)及機(jī)床防護(hù)全部與床身相連，方便運(yùn)翰與調(diào)試；
(5)固定工作臺(tái)與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)安裝在同‘溜板上，以保證工件定位面與球面中心距離的恒定，有利于批量生產(chǎn)。圖5—39(b)所示為SPHER360車床的加工區(qū)域照片。
該數(shù)控機(jī)床有兩坐標(biāo)精密數(shù)控系統(tǒng)和兩坐標(biāo)激光在線測(cè)量系統(tǒng)，可以加工非球回轉(zhuǎn)曲面。圖540(b)所示為哈爾濱工業(yè)人學(xué)研制的b口工KDP晶體太平面的超精密銑床。在激光核聚變需求牽引下，美、日、法、中、英、俄等國(guó)先后建造了20多臺(tái)大型激光裝置。在這些激光裝置中，為了提高核聚變反應(yīng)效率，都需要使用KDP(KH2P04)晶體的披長(zhǎng)變換技術(shù)。KDP晶體是一種軟脆材料，硬度非常低，具有很強(qiáng)的吸濕性，溫度急劇變化時(shí)容易破裂，因此鏡面加工是非常困難的。美國(guó)LLNL實(shí)驗(yàn)室采用負(fù)前角的金剛石刀具超精密切削能夠獲得光學(xué)表面。而日本學(xué)者所作的超精密磨削、研磨、拋光方面的研究，表明KDP晶體表面易殘留雜質(zhì)或傷痕，得不到較好的光學(xué)表面，因此，采用金剛石刀具超精密切削是高精度、高效率地加工KDP晶體的首選工藝。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的KDP晶體超精密加工數(shù)控機(jī)床，足我國(guó)的第一臺(tái)專用加工機(jī)床。該機(jī)床酌床身采用低熱膨脹系數(shù)和高尺、j穩(wěn)定性的花崗巖，井采用被動(dòng)式空氣隔振墊：將KDp晶體通過真空吸盤吸附夾緊在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，而工作臺(tái)主軸采用空氣軸承，加工中用圓進(jìn)給代替直線進(jìn)給，人人提高了KDP晶體的平面度指標(biāo)。
盡管如此，我國(guó)在大尺寸、高精度KDP晶體光學(xué)表面的超精密數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)方面，還√÷十分成熟和完善，與美、英、俄、日等國(guó)還有明顯的差距。我們必須盡快研制多功能、高效率的專用超精密機(jī)床和大型超精密機(jī)床，同時(shí)深入開展切削加工機(jī)理和加工工藝參數(shù)優(yōu)化的琿論和試驗(yàn)研究。
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