精密加工设备的发展

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1、超精密加工设备的发展历史纵观国内外40多年超精密机床发展史，可以总结出两大特点：一是大学和研究所保持着对超精密机床研究的持续热情，对高技术进行超前研究，对超精密机床产业化和商品化起着推动的作用；二是超精密机床的模块化、系统化是其进入市场的重要技术手段。美国是开展超精密加工技术研究最早的国家，也是迄今处于世界领先地位的国家。早在20世纪50年代末，由于航天等尖端技术发展的需要，美国首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，称为SPDT（SinglePointDiamondTurning）技术，并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床，用于加工激光核聚变反射镜

2、、战术导弹及载人飞船用球面非球面大型零件等。Nanosys300非球面复合加工系统美国UnionCarbide公司于1972年研制成功了R-θ方式的非球面创成加工机床。这是一台具有位置反馈功能的双坐标数控车床，可实时改变刀座导轨的转角θ和半径R，实现非球面的镜面加工。Moore公司于1980年首先开发出了用3个坐标控制的M-18AG非球面加工机床，这种机床可加工直径为356mm的各种非球面金属反射镜。英国Cranfield大学精密工程研究所(CUPE)研制的大型超精密金刚石镜面切削机床，可以加工大型X射线天体望远镜用的非球面反射镜。 20世纪80年代

3、，美国UnionCarbide公司、Moore公司和美国空军兵器研究所制定了一个以形状精度为0.1μm、直径为800mm的大型球面光学零件超精密加工为目标的超精密机床研究计划——POMA(PointOneMicrometerAccuracy)计划，这是一个里程碑式的研究计划。20世纪80年代中后期，美国通过能源部“激光核聚变项目”和陆、海、空三军“先进制造技术开发计划”，对超精密金刚石切削机床的开发研究，投入了巨额资金和大量人力，实现了大型零件的超精密加工。如美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室1984年研制出一台大型光学金刚石车床(LargeOptics

4、DiamondTurningMachine，LODTM)，至今仍代表了超精密加工设备的最高水平，该机床可加工直径为2.1m，重为4.5t的工件。采用高压液体静压导轨，在1.07m×1.12m范围内直线度误差小于0.025μm(在每个溜板上装有标准平尺，通过测量和修正来达到)，位移误差不超过0.013μm(用氦屏蔽的激光干涉仪来测量和反馈控制达到)，主轴溜板运动偏摆小于0.057″(通过两路激光干涉仪测量，压电陶瓷修正来实现)。激光测量系统有单独的花岗岩支架系统，不与机床联结。油喷淋冷却系统可将油温控制在（20±0.0025）℃。采用摩擦驱动，运动分辨

5、率达0.005μm。最终可实现加工大型光学零件直径达1.4m，面形精度为0.025μm，表面粗糙度Ra≤5nm。由于有了模块化和构件化的技术，研制新的超精密制造设备的费用和周期大大下降，技术难度也同时下降。进入80年代后，随着民用光学应用范围的扩大，超精密加工技术在民用行业得到了应用。英国RankPneumo公司于1980年向市场推出了利用激光反馈控制的两轴联动加工机床MSG-325，我国中科院长春光机所引进的我国第一台超精密加工设备即为该型号。随后又推出了ASG2500、ASG2500T、Nanoform300等机床。经过多次的合并与收购，目前国际

6、上主要生产金刚石超精密加工设备的厂商主要有：美国Moore公司、AMETEK集团旗下的Precitech公司、TaylorHobson公司，这几家公司占据了绝大部分的市场份额。日本开发的超精密加工机床主要用于加工民用产品所需的透镜和反射镜，目前日本制造的加工机床有：东芝机械研制的ULG-l00A(H)、不二越公司的ASP-L15、丰田工机的AHN10、AHN30×25、AHN60-3D非球面加工机床等。 当今超精密机床技术的发展趋势是：技术上不断朝着加工的极限方向发展，向更高精度、更高效率方向发展，向大型化、微型化方向发展；功能上向加工检测补偿一体化

7、方向发展；结构上向多功能模块化方向发展；功能部件上向新原理、新方法、新材料应用方面发展，总体来讲是向极限制造技术方面发展。超精密机床技术目前已经发展成为一项综合性的系统工程，其发展综合利用了基础理论(包括切削机理、悬浮理论等)、关键单元部件技术、相关功能元件技术、刀具技术、计量与测试分析技术、误差处理技术、切削工艺技术、运动控制技术可重构技术和环境技术等。因此，技术高度集成已成为超精密机床的主要特点。新理论、新原理、新观点、新方法及新技术在超精密机床中的应用近年来，超精密基础元部件及机床结构等方面应用了一些新理论、新原理、新观点、新方法和新技术。1在

8、机床结构方面为了增加超精密机床的静刚度和动刚度，一些超精密机床采用很特殊的结构，例如三角棱形立式结构的超精密