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超精密加工工藝及加工設備
更新時間：2020-11-18 16:15:16 字號：T|T
隨著現代科技的發展，由于光學元件幾何尺度的極端性、材料的多樣性、形面的復雜性使傳統的非確定性超精密加工工藝和設備已不能適應現代光學...
隨著現代科技的發展，由于光學元件幾何尺度的極端性、材料的多樣性、形面的復雜性使傳統的非確定性超精密加工工藝和設備已不能適應現代光學元件加工的需求。隨著機床功能部件精度的提高以及計算機控制技術的發展，確定性超精密加工工藝和加工設備的出現有效地解決了上述問題。
當今主流的超精密加工設備主要是指確定性超精密加工設備，按照設備精度、加工方式和加工工藝分可以分為以下兩大類，這兩類設備采用不同的超精密工藝都能達到亞微米或更高的零件精度。
第一類是指利用軌跡可控的刀具（如單晶金剛石刀具、砂輪等），以極高的空間運動精度完成具有光學元部件的加工，典型的設備如單點金剛石超精密車床、超精密銑床、超精密磨床等，這類超精密加工設備的主軸及導軌均采用液體靜壓或空氣靜壓軸承，一般主軸回轉精度小于0.1μm，導軌運動直線度0.1~0.3μm/300mm，運動分辨率可達到1nm，此類設備也可稱為運動復印型設備，即將設備的運動精度復制到被加工工件上。
需要通過控制影響部件精度的各因素才能達到超精密數控機床最終的精度，而這些影響因素通常要求做到極限：如機床的機械功能部件、機床位置檢測反饋系統、伺服運動控制系統以及設備總體等必須具有極高的精度、極好的動靜態特性、極高的數據處理和實時控制能力、極高的穩定性、極嚴格的環境要求等。
第二類是指基于計算機控制光學表面成型技（Computer ControlledOpticalSurfacing，CCOS）的超精密加工設備，這類超精密加工設備與第一類相比精度要求較低，主軸及導軌一般均采用機械滾動軸承，運動精度及定位精度均在0.01mm量級，典型的基于CCOS的超精密研拋設備包括小磨頭拋光設備、應力盤拋光設備、氣囊拋光設備、磁流變拋光設備、離子束拋光設備等。
在此類設備進行的超精密加工工藝是隨著測量測試、計算機控制等先進技術的發展，從20世紀70年代開始相繼發展的用數學模型描述工藝過程、以計算機數控技術為主導的先進光學制造技術，其原理是利用可控的去除函數，在相對確定的位置進行確定量的材料去除，從而得到高精度高表面質量的產品。
上述兩類設備構成了當今通用超精密數控加工設備的主體，也代表了一個國家超精密加工技術研究和應用的水平。通用精密加工設備一般由各大機床制造廠商提供貨架式商品，用戶根據加工需求進行選擇訂購。如果用戶有特殊加工需求，如加工件的規格尺寸、材料、工藝等方面的特殊要求，可以由機床廠商為之量身設計制造專用設備，對于超精密加工設備也有類似情況。
與精密加工設備相比，生產通用性超精密加工設備的廠商較少，在全世界范圍內僅有幾十家，大部分集中在美國、歐洲和日本。而到目前為止，國內還沒有一家專業化超精密加工設備生產廠商。美國Moore公司、Precitech公司等生產的超精密切削設備，SatisLoh公司、Optech公司生產的光學銑、磨、拋設備等都屬于通用設備，這些機床具備齊全的功能和較高的精度，但價格較昂貴。
而專用的超精密加工機床，如磁盤車床、KDP晶體超精密飛切加工機床、大口徑非球面反射鏡研拋機等。這種機床結構較為簡單，價格相對便宜，但功能單一，可加工零件種類較少，而且需要單獨專門設計，研制周期長、不能快速響應用戶的需求。
當今主流的超精密加工設備主要是指確定性超精密加工設備，按照設備精度、加工方式和加工工藝分可以分為以下兩大類，這兩類設備采用不同的超精密工藝都能達到亞微米或更高的零件精度。
第一類是指利用軌跡可控的刀具（如單晶金剛石刀具、砂輪等），以極高的空間運動精度完成具有光學元部件的加工，典型的設備如單點金剛石超精密車床、超精密銑床、超精密磨床等，這類超精密加工設備的主軸及導軌均采用液體靜壓或空氣靜壓軸承，一般主軸回轉精度小于0.1μm，導軌運動直線度0.1~0.3μm/300mm，運動分辨率可達到1nm，此類設備也可稱為運動復印型設備，即將設備的運動精度復制到被加工工件上。
需要通過控制影響部件精度的各因素才能達到超精密數控機床最終的精度，而這些影響因素通常要求做到極限：如機床的機械功能部件、機床位置檢測反饋系統、伺服運動控制系統以及設備總體等必須具有極高的精度、極好的動靜態特性、極高的數據處理和實時控制能力、極高的穩定性、極嚴格的環境要求等。
第二類是指基于計算機控制光學表面成型技（Computer ControlledOpticalSurfacing，CCOS）的超精密加工設備，這類超精密加工設備與第一類相比精度要求較低，主軸及導軌一般均采用機械滾動軸承，運動精度及定位精度均在0.01mm量級，典型的基于CCOS的超精密研拋設備包括小磨頭拋光設備、應力盤拋光設備、氣囊拋光設備、磁流變拋光設備、離子束拋光設備等。
在此類設備進行的超精密加工工藝是隨著測量測試、計算機控制等先進技術的發展，從20世紀70年代開始相繼發展的用數學模型描述工藝過程、以計算機數控技術為主導的先進光學制造技術，其原理是利用可控的去除函數，在相對確定的位置進行確定量的材料去除，從而得到高精度高表面質量的產品。
上述兩類設備構成了當今通用超精密數控加工設備的主體，也代表了一個國家超精密加工技術研究和應用的水平。通用精密加工設備一般由各大機床制造廠商提供貨架式商品，用戶根據加工需求進行選擇訂購。如果用戶有特殊加工需求，如加工件的規格尺寸、材料、工藝等方面的特殊要求，可以由機床廠商為之量身設計制造專用設備，對于超精密加工設備也有類似情況。
與精密加工設備相比，生產通用性超精密加工設備的廠商較少，在全世界范圍內僅有幾十家，大部分集中在美國、歐洲和日本。而到目前為止，國內還沒有一家專業化超精密加工設備生產廠商。美國Moore公司、Precitech公司等生產的超精密切削設備，SatisLoh公司、Optech公司生產的光學銑、磨、拋設備等都屬于通用設備，這些機床具備齊全的功能和較高的精度，但價格較昂貴。
而專用的超精密加工機床，如磁盤車床、KDP晶體超精密飛切加工機床、大口徑非球面反射鏡研拋機等。這種機床結構較為簡單，價格相對便宜，但功能單一，可加工零件種類較少，而且需要單獨專門設計，研制周期長、不能快速響應用戶的需求。
