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國內外超精密數控機床簡介--美國的超精密數控機床

日期：2009年09月27　來源：本站原創(chuàng)　關鍵字：機床
    20世紀50年代后期，美國首先開始進行超精密加工機床方面的研究，當時因開發(fā)激光核聚變實驗裝置和紅外線實驗裝置需要大型金屬反射鏡，急需反射鏡的超精密加工技術和超精密加工機床。人們通過使用當時精度較高的精密機床，采用單點金剛石車刀對鋁合金和無氧化銅進行鏡面切削，以此為起點，超精密加工作為一種嶄新的機械加工工藝得到了迅速發(fā)展。1962年，UnionCarbide公司首先開發(fā)出的利用多孔質石墨空氣軸承的超精密半球面車床，成功地實現了超精密鏡面車削，尺寸精度達到：~0．6btm，表面粗糙度為Rd0．025gm，從而邁出了亞微米加工的第一步。但是，金剛石超精密車削比較適合一些較軟的金屬材料，而在航空航天、天文、軍事等應用領域的衛(wèi)星攝像頭方面，最為常用的卻是如玻璃、陶瓷等脆性材料的非金屬器件。用金剛石刀具對這些材料進行切削加工，則會使己加工表面產生裂紋。而超精密磨削則更有利于脆性材料的加工。
    UnionCarbide公司的另一代表性產品是其在1972年研制成功的R-e方式的非球面創(chuàng)成加工機床。這是一臺具有位置反饋的雙坐標數控車床，可實時改變刀座導軌的轉角口和半徑只，實現非球面的鏡面加工。加工直徑達380mm，工件的形狀精度為正負0．63um，表面粗糙度為Ra0.023um。
    摩爾公司(MoorlSpecialT001)于1968年研制出帶空氣主軸的Moori型超精密鏡面車床，惟為了實現脆性材料的超精密加工，該公司又于1980年在世界上首次開發(fā)出三坐標控制的M-18AG型超精密非球面金剛石刀具車削、金剛石砂輪磨削機床。該機床采用空氣主軸，回  轉精度徑向為0．075Bm：采用Allen-Braley7320數控系統；X、Z軸行程分別為410mm和230mm，其導軌的平直度在全長行程范圍內均在0．5gm以內，B軸的定位精度在360’范圍內是0．38um;采用金剛石砂輪可加工最大直徑為356mm的各種非球面的金屬反射鏡。
    RankPneumo公司于1980年向市場推出了利用激光干涉儀來完成位置閉環(huán)控制的雙軸聯動MSG型超精密數控車床。該車床可加工直徑350mm的非球面金屬反射鏡，加工表面相糙度為R~O．05Bm。1988年，該公司又開發(fā)成功ASG2500、ASG2500T、Nanoform300型機床：這些機床不僅能夠進行超精密切削加工，而且可加工直徑達300mm的非球面反射鏡。該公司以上述機床為基礎，又于1990年開發(fā)出Nanoform600，能加工直徑為600mm的非球面反射鏡，工件形狀精度優(yōu)于O．1四，表面粗糙度優(yōu)于Ra0．01um。1996年，該公司又推出了Nanoform250型超精密復合加工機床，不僅可進行金剛石切削、磨削和拋光，而且能夠直接磨削出符合光學表面質量和型面精度的硬脆材料光學零件。
    目前，美國從事超精密加工制造比較有名的公司、企業(yè)至少有30家。其中最具代表性并取得重大成果的有前面提到的Union Carbide公司LLNL(Lawrence Livermore National  Laboratory)實驗室。從20世紀60年代開始，LLNL實驗室先后開發(fā)出DTM-1、DTM-2型超精密機床，并于1983年9月成功地開發(fā)出代表當代超精密機床最高水平的DTM-3臥式大  型光學金剛石超精密車床。該機床可加工直徑2100rain、重4497k2的工件；其刀架的傳動裝置采用摩擦驅動，利用激光干涉儀進行位置測量；采用液體靜壓軸承和液體靜壓導軌，位置精度可達0．013~m：加工黃銅零件，表面粗糙度可達R~0．0076Bra。1984年9月，LLNL實驗室又與美國空軍WRIGHT航空研究所等單位合作，研制成功LODTM(LargeOpticsDiaramond Turning Machine)型大型立式超精密數控車床。該車床可加工直徑1625mm的工件；采用專門研制的7路雙頻激光干涉儀進行各種位置信息的測量，再通過數據處理，提供精確的反饋信息給伺服系統，驅動刀架保證刀具相對工件的位置，測量分辨率為0．635nm。為了保證位置伺服控制精度，采用精密數字伺服控制方式，控制部分為內裝式CNC裝置。為了實現刀具的微量進給，該機床采用壓電式微位移機構，可實現納米級微位移，加工精度可以達0．025~m．LODTM是公認的當今世界最高水平的超精密車床之一。

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