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超精密加工工藝及加工設(shè)備
更新時(shí)間：2020-11-18 16:15:16 字號(hào)：T|T
隨著現(xiàn)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(fù)雜性使傳統(tǒng)的非確定性超精密加工工藝和設(shè)備已不能適應(yīng)現(xiàn)代光學(xué)...
隨著現(xiàn)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(fù)雜性使傳統(tǒng)的非確定性超精密加工工藝和設(shè)備已不能適應(yīng)現(xiàn)代光學(xué)元件加工的需求。隨著機(jī)床功能部件精度的提高以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，確定性超精密加工工藝和加工設(shè)備的出現(xiàn)有效地解決了上述問題。
當(dāng)今主流的超精密加工設(shè)備主要是指確定性超精密加工設(shè)備，按照設(shè)備精度、加工方式和加工工藝分可以分為以下兩大類，這兩類設(shè)備采用不同的超精密工藝都能達(dá)到亞微米或更高的零件精度。
******類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(yùn)動(dòng)精度完成具有光學(xué)元部件的加工，典型的設(shè)備如單點(diǎn)金剛石超精密車床、超精密銑床、超精密磨床等，這類超精密加工設(shè)備的主軸及導(dǎo)軌均采用液體靜壓或空氣靜******承，一般主軸回轉(zhuǎn)精度小于0.1μm，導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)直線度0.1~0.3μm/300mm，運(yùn)動(dòng)分辨率可達(dá)到1nm，此類設(shè)備也可稱為運(yùn)動(dòng)復(fù)印型設(shè)備，即將設(shè)備的運(yùn)動(dòng)精度復(fù)制到被加工工件上。
需要通過控制影響部件精度的各因素才能達(dá)到超精密數(shù)控機(jī)床***終的精度，而這些影響因素通常要求做到極限：如機(jī)床的機(jī)械功能部件、機(jī)床位置檢測反饋系統(tǒng)、伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)以及設(shè)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(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制能力、極高的穩(wěn)定性、極嚴(yán)格的環(huán)境要求等。
******類是指基于計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成型技（Computer ControlledOpticalSurfacing，CCOS）的超精密加工設(shè)備，這類超精密加工設(shè)備與******類相比精度要求較低，主軸及導(dǎo)軌一般均采用機(jī)械滾動(dòng)軸承，運(yùn)動(dòng)精度及定位精度均在0.01mm量級(jí)，典型的基于CCOS的超精密研拋設(shè)備包括小磨頭拋光設(shè)備、應(yīng)力盤拋光設(shè)備、氣囊拋光設(shè)備、磁流變拋光設(shè)備、離子束拋光設(shè)備等。
在此類設(shè)備進(jìn)行的超精密加工工藝是隨著測量測試、計(jì)算機(jī)控制等******技術(shù)的發(fā)展，從20世紀(jì)70年代開始相繼發(fā)展的用數(shù)學(xué)模型描述工藝過程、以計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)為主導(dǎo)的******光學(xué)制造技術(shù)，其原理是利用可控的去除函數(shù)，在相對(duì)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。
上述兩類設(shè)備構(gòu)成了當(dāng)今通用超精密數(shù)控加工設(shè)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(yīng)用的水平。通用精密加工設(shè)備一般由各大機(jī)床制造廠商提供貨架式商品，用戶根據(jù)加工需求進(jìn)行選擇訂購。如果用戶有特殊加工需求，如加工件的規(guī)格尺寸、材料、工藝等方面的特殊要求，可以由機(jī)床廠商為之量身設(shè)計(jì)制造專用設(shè)備，對(duì)于超精密加工設(shè)備也有類似情況。
與精密加工設(shè)備相比，生產(chǎn)通用性超精密加工設(shè)備的廠商較少，在全世界范圍內(nèi)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(nèi)還沒有一家專業(yè)化超精密加工設(shè)備生產(chǎn)廠商。美國Moore公司、Precitech公司等生產(chǎn)的超精密切削設(shè)備，SatisLoh公司、Optech公司生產(chǎn)的光學(xué)銑、磨、拋設(shè)備等都屬于通用設(shè)備，這些機(jī)床具備齊全的功能和較高的精度，但******較昂貴。
而專用的超精密加工機(jī)床，如磁盤車床、KDP晶體超精密飛切加工機(jī)床、大口徑非球面反射鏡研拋機(jī)等。這種機(jī)床結(jié)構(gòu)較為簡單，******相對(duì)便宜，但功能單一，可加工零件種類較少，而且需要單獨(dú)專門設(shè)計(jì)，研制周期長、不能快速響應(yīng)用戶的需求。
當(dāng)今主流的超精密加工設(shè)備主要是指確定性超精密加工設(shè)備，按照設(shè)備精度、加工方式和加工工藝分可以分為以下兩大類，這兩類設(shè)備采用不同的超精密工藝都能達(dá)到亞微米或更高的零件精度。
******類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(yùn)動(dòng)精度完成具有光學(xué)元部件的加工，典型的設(shè)備如單點(diǎn)金剛石超精密車床、超精密銑床、超精密磨床等，這類超精密加工設(shè)備的主軸及導(dǎo)軌均采用液體靜壓或空氣靜******承，一般主軸回轉(zhuǎn)精度小于0.1μm，導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)直線度0.1~0.3μm/300mm，運(yùn)動(dòng)分辨率可達(dá)到1nm，此類設(shè)備也可稱為運(yùn)動(dòng)復(fù)印型設(shè)備，即將設(shè)備的運(yùn)動(dòng)精度復(fù)制到被加工工件上。
需要通過控制影響部件精度的各因素才能達(dá)到超精密數(shù)控機(jī)床***終的精度，而這些影響因素通常要求做到極限：如機(jī)床的機(jī)械功能部件、機(jī)床位置檢測反饋系統(tǒng)、伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)以及設(shè)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(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制能力、極高的穩(wěn)定性、極嚴(yán)格的環(huán)境要求等。
******類是指基于計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成型技（Computer ControlledOpticalSurfacing，CCOS）的超精密加工設(shè)備，這類超精密加工設(shè)備與******類相比精度要求較低，主軸及導(dǎo)軌一般均采用機(jī)械滾動(dòng)軸承，運(yùn)動(dòng)精度及定位精度均在0.01mm量級(jí)，典型的基于CCOS的超精密研拋設(shè)備包括小磨頭拋光設(shè)備、應(yīng)力盤拋光設(shè)備、氣囊拋光設(shè)備、磁流變拋光設(shè)備、離子束拋光設(shè)備等。
在此類設(shè)備進(jìn)行的超精密加工工藝是隨著測量測試、計(jì)算機(jī)控制等******技術(shù)的發(fā)展，從20世紀(jì)70年代開始相繼發(fā)展的用數(shù)學(xué)模型描述工藝過程、以計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)為主導(dǎo)的******光學(xué)制造技術(shù)，其原理是利用可控的去除函數(shù)，在相對(duì)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。
上述兩類設(shè)備構(gòu)成了當(dāng)今通用超精密數(shù)控加工設(shè)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(yīng)用的水平。通用精密加工設(shè)備一般由各大機(jī)床制造廠商提供貨架式商品，用戶根據(jù)加工需求進(jìn)行選擇訂購。如果用戶有特殊加工需求，如加工件的規(guī)格尺寸、材料、工藝等方面的特殊要求，可以由機(jī)床廠商為之量身設(shè)計(jì)制造專用設(shè)備，對(duì)于超精密加工設(shè)備也有類似情況。
與精密加工設(shè)備相比，生產(chǎn)通用性超精密加工設(shè)備的廠商較少，在全世界范圍內(nèi)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(nèi)還沒有一家專業(yè)化超精密加工設(shè)備生產(chǎn)廠商。美國Moore公司、Precitech公司等生產(chǎn)的超精密切削設(shè)備，SatisLoh公司、Optech公司生產(chǎn)的光學(xué)銑、磨、拋設(shè)備等都屬于通用設(shè)備，這些機(jī)床具備齊全的功能和較高的精度，但******較昂貴。
而專用的超精密加工機(jī)床，如磁盤車床、KDP晶體超精密飛切加工機(jī)床、大口徑非球面反射鏡研拋機(jī)等。這種機(jī)床結(jié)構(gòu)較為簡單，******相對(duì)便宜，但功能單一，可加工零件種類較少，而且需要單獨(dú)專門設(shè)計(jì)，研制周期長、不能快速響應(yīng)用戶的需求。
