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国内外超精密数控机床简介--美国的超精密数控机床

日期：2009年09月27　来源：本站原创　关键字：机床
    20世纪50年代后期，美国首先开始进行超精密加工机床方面的研究，当时因开发激光核聚变实验装置和红外线实验装置需要大型金属反射镜，急需反射镜的超精密加工技术和超精密加工机床。人们通过使用当时精度较高的精密机床，采用单点金刚石车刀对铝合金和无氧化铜进行镜面切削，以此为起点，超精密加工作为一种崭新的机械加工工艺得到了迅速发展。1962年，UnionCarbide公司首先开发出的利用多孔质石墨空气轴承的超精密半球面车床，成功地实现了超精密镜面车削，尺寸精度达到：~0．6btm，表面粗糙度为Rd0．025gm，从而迈出了亚微米加工的第一步。但是，金刚石超精密车削比较适合一些较软的金属材料，而在航空航天、天文、军事等应用领域的卫星摄像头方面，最为常用的却是如玻璃、陶瓷等脆性材料的非金属器件。用金刚石刀具对这些材料进行切削加工，则会使己加工表面产生裂纹。而超精密磨削则更有利于脆性材料的加工。
    UnionCarbide公司的另一代表性产品是其在1972年研制成功的R-e方式的非球面创成加工机床。这是一台具有位置反馈的双坐标数控车床，可实时改变刀座导轨的转角口和半径只，实现非球面的镜面加工。加工直径达380mm，工件的形状精度为正负0．63um，表面粗糙度为Ra0.023um。
    摩尔公司(MoorlSpecialT001)于1968年研制出带空气主轴的Moori型超精密镜面车床，惟为了实现脆性材料的超精密加工，该公司又于1980年在世界上首次开发出三坐标控制的M-18AG型超精密非球面金刚石刀具车削、金刚石砂轮磨削机床。该机床采用空气主轴，回  转精度径向为0．075Bm：采用Allen-Braley7320数控系统；X、Z轴行程分别为410mm和230mm，其导轨的平直度在全长行程范围内均在0．5gm以内，B轴的定位精度在360’范围内是0．38um;采用金刚石砂轮可加工最大直径为356mm的各种非球面的金属反射镜。
    RankPneumo公司于1980年向市场推出了利用激光干涉仪来完成位置闭环控制的双轴联动MSG型超精密数控车床。该车床可加工直径350mm的非球面金属反射镜，加工表面相糙度为R~O．05Bm。1988年，该公司又开发成功ASG2500、ASG2500T、Nanoform300型机床：这些机床不仅能够进行超精密切削加工，而且可加工直径达300mm的非球面反射镜。该公司以上述机床为基础，又于1990年开发出Nanoform600，能加工直径为600mm的非球面反射镜，工件形状精度优于O．1四，表面粗糙度优于Ra0．01um。1996年，该公司又推出了Nanoform250型超精密复合加工机床，不仅可进行金刚石切削、磨削和抛光，而且能够直接磨削出符合光学表面质量和型面精度的硬脆材料光学零件。
    目前，美国从事超精密加工制造比较有名的公司、企业至少有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)实验室。从20世纪60年代开始，LLNL实验室先后开发出DTM-1、DTM-2型超精密机床，并于1983年9月成功地开发出代表当代超精密机床最高水平的DTM-3卧式大  型光学金刚石超精密车床。该机床可加工直径2100rain、重4497k2的工件；其刀架的传动装置采用摩擦驱动，利用激光干涉仪进行位置测量；采用液体静压轴承和液体静压导轨，位置精度可达0．013~m：加工黄铜零件，表面粗糙度可达R~0．0076Bra。1984年9月，LLNL实验室又与美国空军WRIGHT航空研究所等单位合作，研制成功LODTM(LargeOpticsDiaramond Turning Machine)型大型立式超精密数控车床。该车床可加工直径1625mm的工件；采用专门研制的7路双频激光干涉仪进行各种位置信息的测量，再通过数据处理，提供精确的反馈信息给伺服系统，驱动刀架保证刀具相对工件的位置，测量分辨率为0．635nm。为了保证位置伺服控制精度，采用精密数字伺服控制方式，控制部分为内装式CNC装置。为了实现刀具的微量进给，该机床采用压电式微位移机构，可实现纳米级微位移，加工精度可以达0．025~m．LODTM是公认的当今世界最高水平的超精密车床之一。

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