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超精密加工工藝及加工設備
更新時(shí)間：2020-11-18 16:15:16 字號：T|T
隨著(zhù)現代科技的發(fā)展，由于光學(xué)元件幾何尺度的******性、材料的多樣性、形面的復雜性使傳統的非確定性超精密加工工藝和設備已不能適應現代光學(xué)...
隨著(zhù)現代科技的發(fā)展，由于光學(xué)元件幾何尺度的******性、材料的多樣性、形面的復雜性使傳統的非確定性超精密加工工藝和設備已不能適應現代光學(xué)元件加工的需求。隨著(zhù)機床功能部件精度的提高以及計算機控制技術(shù)的發(fā)展，確定性超精密加工工藝和加工設備的出現有效地解決了上述問(wèn)題。
當今主流的超精密加工設備主要是指確定性超精密加工設備，按照設備精度、加工方式和加工工藝分可以分為以下兩大類(lèi)，這兩類(lèi)設備采用不同的超精密工藝都能達到亞微米或更高的零件精度。
******類(lèi)是指利用軌跡可控的刀具（如單晶金剛石刀具、砂輪等），以極高的空間運動(dòng)精度完成具有光學(xué)元部件的加工，典型的設備如單點(diǎn)金剛石超精密車(chē)床、超精密銑床、超精密磨床等，這類(lèi)超精密加工設備的主軸及導軌均采用液體靜壓或空氣靜******承，一般主軸回轉精度小于0.1μm，導軌運動(dòng)直線(xiàn)度0.1~0.3μm/300mm，運動(dòng)分辨率可達到1nm，此類(lèi)設備也可稱(chēng)為運動(dòng)復印型設備，即將設備的運動(dòng)精度復制到被加工工件上。
需要通過(guò)控制影響部件精度的各因素才能達到超精密數控機床***終的精度，而這些影響因素通常要求做到極限：如機床的機械功能部件、機床位置檢測反饋系統、伺服運動(dòng)控制系統以及設備總體等必須具有極高的精度、極好的動(dòng)靜態(tài)特性、極高的數據處理和實(shí)時(shí)控制能力、極高的穩定性、極嚴格的環(huán)境要求等。
******類(lèi)是指基于計算機控制光學(xué)表面成型技（Computer ControlledOpticalSurfacing，CCOS）的超精密加工設備，這類(lèi)超精密加工設備與******類(lèi)相比精度要求較低，主軸及導軌一般均采用機械滾動(dòng)軸承，運動(dòng)精度及定位精度均在0.01mm量級，典型的基于CCOS的超精密研拋設備包括小磨頭拋光設備、應力盤(pán)拋光設備、氣囊拋光設備、磁流變拋光設備、離子束拋光設備等。
在此類(lèi)設備進(jìn)行的超精密加工工藝是隨著(zhù)測量測試、計算機控制等******技術(shù)的發(fā)展，從20世紀70年代開(kāi)始相繼發(fā)展的用數學(xué)模型描述工藝過(guò)程、以計算機數控技術(shù)為主導的******光學(xué)制造技術(shù)，其原理是利用可控的去除函數，在相對確定的位置進(jìn)行確定量的材料去除，從而得到高精度高表面質(zhì)量的產(chǎn)品。
上述兩類(lèi)設備構成了當今通用超精密數控加工設備的主體，也代表了一個(gè)國家超精密加工技術(shù)研究和應用的水平。通用精密加工設備一般由各大機床制造廠(chǎng)商提供貨架式商品，用戶(hù)根據加工需求進(jìn)行選擇訂購。如果用戶(hù)有特殊加工需求，如加工件的規格尺寸、材料、工藝等方面的特殊要求，可以由機床廠(chǎng)商為之量身設計制造專(zhuān)用設備，對于超精密加工設備也有類(lèi)似情況。
與精密加工設備相比，生產(chǎn)通用性超精密加工設備的廠(chǎng)商較少，在全世界范圍內僅有幾十家，大部分集中在美國、歐洲和日本。而到目前為止，國內還沒(méi)有一家專(zhuān)業(yè)化超精密加工設備生產(chǎn)廠(chǎng)商。美國Moore公司、Precitech公司等生產(chǎn)的超精密切削設備，SatisLoh公司、Optech公司生產(chǎn)的光學(xué)銑、磨、拋設備等都屬于通用設備，這些機床具備齊全的功能和較高的精度，但******較昂貴。
而專(zhuān)用的超精密加工機床，如磁盤(pán)車(chē)床、KDP晶體超精密飛切加工機床、大口徑非球面反射鏡研拋機等。這種機床結構較為簡(jiǎn)單，******相對便宜，但功能單一，可加工零件種類(lèi)較少，而且需要單獨專(zhuān)門(mén)設計，研制周期長(cháng)、不能快速響應用戶(hù)的需求。
當今主流的超精密加工設備主要是指確定性超精密加工設備，按照設備精度、加工方式和加工工藝分可以分為以下兩大類(lèi)，這兩類(lèi)設備采用不同的超精密工藝都能達到亞微米或更高的零件精度。
******類(lèi)是指利用軌跡可控的刀具（如單晶金剛石刀具、砂輪等），以極高的空間運動(dòng)精度完成具有光學(xué)元部件的加工，典型的設備如單點(diǎn)金剛石超精密車(chē)床、超精密銑床、超精密磨床等，這類(lèi)超精密加工設備的主軸及導軌均采用液體靜壓或空氣靜******承，一般主軸回轉精度小于0.1μm，導軌運動(dòng)直線(xiàn)度0.1~0.3μm/300mm，運動(dòng)分辨率可達到1nm，此類(lèi)設備也可稱(chēng)為運動(dòng)復印型設備，即將設備的運動(dòng)精度復制到被加工工件上。
需要通過(guò)控制影響部件精度的各因素才能達到超精密數控機床***終的精度，而這些影響因素通常要求做到極限：如機床的機械功能部件、機床位置檢測反饋系統、伺服運動(dòng)控制系統以及設備總體等必須具有極高的精度、極好的動(dòng)靜態(tài)特性、極高的數據處理和實(shí)時(shí)控制能力、極高的穩定性、極嚴格的環(huán)境要求等。
******類(lèi)是指基于計算機控制光學(xué)表面成型技（Computer ControlledOpticalSurfacing，CCOS）的超精密加工設備，這類(lèi)超精密加工設備與******類(lèi)相比精度要求較低，主軸及導軌一般均采用機械滾動(dòng)軸承，運動(dòng)精度及定位精度均在0.01mm量級，典型的基于CCOS的超精密研拋設備包括小磨頭拋光設備、應力盤(pán)拋光設備、氣囊拋光設備、磁流變拋光設備、離子束拋光設備等。
在此類(lèi)設備進(jìn)行的超精密加工工藝是隨著(zhù)測量測試、計算機控制等******技術(shù)的發(fā)展，從20世紀70年代開(kāi)始相繼發(fā)展的用數學(xué)模型描述工藝過(guò)程、以計算機數控技術(shù)為主導的******光學(xué)制造技術(shù)，其原理是利用可控的去除函數，在相對確定的位置進(jìn)行確定量的材料去除，從而得到高精度高表面質(zhì)量的產(chǎn)品。
上述兩類(lèi)設備構成了當今通用超精密數控加工設備的主體，也代表了一個(gè)國家超精密加工技術(shù)研究和應用的水平。通用精密加工設備一般由各大機床制造廠(chǎng)商提供貨架式商品，用戶(hù)根據加工需求進(jìn)行選擇訂購。如果用戶(hù)有特殊加工需求，如加工件的規格尺寸、材料、工藝等方面的特殊要求，可以由機床廠(chǎng)商為之量身設計制造專(zhuān)用設備，對于超精密加工設備也有類(lèi)似情況。
與精密加工設備相比，生產(chǎn)通用性超精密加工設備的廠(chǎng)商較少，在全世界范圍內僅有幾十家，大部分集中在美國、歐洲和日本。而到目前為止，國內還沒(méi)有一家專(zhuān)業(yè)化超精密加工設備生產(chǎn)廠(chǎng)商。美國Moore公司、Precitech公司等生產(chǎn)的超精密切削設備，SatisLoh公司、Optech公司生產(chǎn)的光學(xué)銑、磨、拋設備等都屬于通用設備，這些機床具備齊全的功能和較高的精度，但******較昂貴。
而專(zhuān)用的超精密加工機床，如磁盤(pán)車(chē)床、KDP晶體超精密飛切加工機床、大口徑非球面反射鏡研拋機等。這種機床結構較為簡(jiǎn)單，******相對便宜，但功能單一，可加工零件種類(lèi)較少，而且需要單獨專(zhuān)門(mén)設計，研制周期長(cháng)、不能快速響應用戶(hù)的需求。
