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國內(nèi)外超精密數(shù)控機(jī)床簡介--美國的超精密數(shù)控機(jī)床

日期：2009年09月27　來源：本站原創(chuàng)　關(guān)鍵字：機(jī)床
    20世紀(jì)50年代后期，美國首先開始進(jìn)行超精密加工機(jī)床方面的研究，當(dāng)時(shí)因開發(fā)激光核聚變實(shí)驗(yàn)裝置和紅外線實(shí)驗(yàn)裝置需要大型金屬反射鏡，急需反射鏡的超精密加工技術(shù)和超精密加工機(jī)床。人們通過使用當(dāng)時(shí)精度較高的精密機(jī)床，采用單點(diǎn)金剛石車刀對(duì)鋁合金和無氧化銅進(jìn)行鏡面切削，以此為起點(diǎn)，超精密加工作為一種嶄新的機(jī)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(zhì)石墨空氣軸承的超精密半球面車床，成功地實(shí)現(xiàn)了超精密鏡面車削，尺寸精度達(dá)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(yīng)用領(lǐng)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(duì)這些材料進(jìn)行切削加工，則會(huì)使己加工表面產(chǎn)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(chǎn)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(jī)床。這是一臺(tái)具有位置反饋的雙坐標(biāo)數(shù)控車床，可實(shí)時(shí)改變刀座導(dǎo)軌的轉(zhuǎn)角口和半徑只，實(shí)現(xiàn)非球面的鏡面加工。加工直徑達(dá)380mm，工件的形狀精度為正負(fù)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(shí)現(xiàn)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(biāo)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(jī)床。該機(jī)床采用空氣主軸，回  轉(zhuǎn)精度徑向?yàn)?．075Bm：采用Allen-Braley7320數(shù)控系統(tǒng)；X、Z軸行程分別為410mm和230mm，其導(dǎo)軌的平直度在全長行程范圍內(nèi)均在0．5gm以內(nèi)，B軸的定位精度在360’范圍內(nèi)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(lián)動(dòng)MSG型超精密數(shù)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(jī)床：這些機(jī)床不僅能夠進(jìn)行超精密切削加工，而且可加工直徑達(dá)300mm的非球面反射鏡。該公司以上述機(jī)床為基礎(chǔ)，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(fù)合加工機(jī)床，不僅可進(jìn)行金剛石切削、磨削和拋光，而且能夠直接磨削出符合光學(xué)表面質(zhì)量和型面精度的硬脆材料光學(xué)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(shí)驗(yàn)室。從20世紀(jì)60年代開始，LLNL實(shí)驗(yàn)室先后開發(fā)出DTM-1、DTM-2型超精密機(jī)床，并于1983年9月成功地開發(fā)出代表當(dāng)代超精密機(jī)床最高水平的DTM-3臥式大  型光學(xué)金剛石超精密車床。該機(jī)床可加工直徑2100rain、重4497k2的工件；其刀架的傳動(dòng)裝置采用摩擦驅(qū)動(dòng)，利用激光干涉儀進(jìn)行位置測量；采用液體靜壓軸承和液體靜壓導(dǎo)軌，位置精度可達(dá)0．013~m：加工黃銅零件，表面粗糙度可達(dá)R~0．0076Bra。1984年9月，LLNL實(shí)驗(yàn)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(shù)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(jìn)行各種位置信息的測量，再通過數(shù)據(jù)處理，提供精確的反饋信息給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)刀架保證刀具相對(duì)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(shù)字伺服控制方式，控制部分為內(nèi)裝式CNC裝置。為了實(shí)現(xiàn)刀具的微量進(jìn)給，該機(jī)床采用壓電式微位移機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)微位移，加工精度可以達(dá)0．025~m．LODTM是公認(rèn)的當(dāng)今世界最高水平的超精密車床之一。

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