NANOTECH 350FG 介绍
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金刚石刀头的制造：
成形：采用研磨加工方法；
研磨方法：用空气轴承的研磨机； 特殊刀头的形状
四、 五轴机超精密加工 的方法
普通切削加工 SSS FTS
4.1 普通切削加工（轴对称零件）
主轴只做回转运动，不带C轴模式 只通过X和Z轴的插补走出面型 可加工PMMA,铜，铝，锗，氟化钙等材料 不同材料需要使用不同的刀具和工艺
详细指标链接
Ultra-Precision three, four, or five axis CNC machining system for on-axis turning of aspheric and toroidal surfaces; slow-slideservo machining (rotary ruling) of freeform surfaces; and raster flycutting of freeforms, linear diffractives, and prismatic optical structures
Electronic Gage Head with Magnetic Stand
NanoMETER
NanoBalance™
Work Spindle Trim Balancer
Workpiece Measurement & Error Compensation System (WECS)
三、超精密加工刀具
面型测量仪器：ZYGO激光干涉仪，轮廓仪 粗糙度测量仪器：VEECO白光干涉仪
ZYGO激光干涉仪
GPI™ XP/D激光干涉仪--运用移相干涉原理，提供高精度的
平面面形，球面面形，曲率半径，样品表面质量，传输波
前的测量和分析
VEECO白光干涉仪
Wyko NT9100系列采用了Veeco第九代光学轮廓探测技术，
SSS加工演示视频
4.3 快刀伺服-FTS
压电陶瓷式微进给装 置 1—刀夹 2—机座 3— 压电陶瓷 4—后垫块 5—电感测头 6—弹性 支承
快刀伺服（Fast Tool Servo）车削与慢刀伺服的差 别在于：将被加工的复杂形面分解为回转形面和形面上 的微结构，然后将两者叠加。由X轴和Z轴进给实现回转 形面的轨迹运动，对车床主轴只进行位置检测并不进行 轨迹控制。借助安装在Z轴但独立于车床数控系统之外 的冗余运动轴来驱动刀具，完成车削微结构形面所需的 Z轴运动。
1.6 超精密加工的进展
美国是研究最早的国家，处于世界领先地位
NANOTECH 350FG 是由美国企业MOORE制造
英国的克兰菲尔德精密工程研究所
日本起步较晚，发展最快，以发展国防尖端技术为主要
目标。
我国在70年代末期有长足进步，80年代中期出现了具有
世界水平的超精密机床和部件
1.7 350FG的技术指标及应用
2慢刀伺服sss慢刀伺服slowtoolservo可加工复眼自由曲面离轴非球面等非轴对称面型慢刀伺服车削是对车床主轴与z轴均进行控制使机床主轴变成位置可控的c轴机床的xzc三轴在空间构成了柱坐标系同时高性能和高编程分辨率的数控系统将复杂面形零件的三维笛卡尔坐标转化为极坐标并对所有运动轴发送插补进给指令精确协调主轴和刀具的相对运动实现对复杂面形零件的车削加工
1.3 超精密加工的特点
微量切除（极薄切削）
形成综合制造工艺系统 与自动化联系十分紧密
加工检测一体化
1.4 影响超精密加工的因素
1.5 超精密加工的应用与进展
超精密加工研究范畴：（关键技术）
超精密加工方法 超精密加工刀具 超精密加工设备 超精密加工环境
超精密加工精度的在线检测及计量测试
普通车削
SSS
FTS
二、 五轴超精密加工机床的 组成
NANOTECH 350FG的组成
五轴超精密加工机床主要功能部件：
花岗岩床身
主轴（C轴）及其驱动装置
液体静压导轨XYZB及进给驱动装置 FTS装置 金刚石刀具 高速磨头 在线测量WEC 光学对刀仪等 床身示意图
Y轴未画出
2.1 五轴机床身
床身由花岗岩制成，热变形小
床身由气垫支撑，隔绝震动
2.2 气浮主轴结构
双半球空气静压轴承主轴 1—前轴承 环 2—供气孔 3—后轴承 4—定位 7—外壳
5—旋转变压器6—无刷电动机
8—多孔石墨
主轴为带C轴模式的气浮主轴
转速最高可达3000RPM 反馈精度0.07 arc seconds 重复定位精度± 1.0 arc seconds 轴向及径向跳动小于12.、超精密加工技术概述
1.1 超精密加工技术的几种方式
1.2 超精密加工定义
精密加工是指加工精度在0.1～lμ m之间，
表面粗糙度Ra在0.lμ m以下（称微米加工）
超精密加工的加工精度在0.lμ m以下，表面 粗糙度在0.02μ m以下（称为亚微米加工）
在100PSI时可以吸附大约70KG的零件
2.3 液体静压导轨
原理：将具有一定压力的润滑 油，经节流器输入到导轨面上 的油腔，即可形成承载油膜， 使导轨面之间处于纯液体摩擦 状态
XYZ为液体静压导轨,采用直线电机驱动 采用激光全息光栅尺定位，最小分辨率0.034nm 重复定位精度达300nm X轴行程350mm,Z轴行程300mm，Y轴行程150mm
2.4 B轴及磨头
Oil Hydrostatic Rotary B-axis
60K RPM PI ISO 2.25 — Motorized Air Bearing Grinding & Micro-Milling Attachments
2.5 辅助配件及应用软件
Optical Tool Setting System
普通车削
SSS 超精密切削加工形面示例
FTS
4.2 慢刀伺服-SSS
慢刀伺服（Slow Tool Servo）可加工复眼，自由曲面，离轴非球面等非轴对称面型 慢刀伺服车削是对车床主轴与Z轴均进行控制，使机床主轴变成位置可控的C轴，机 床的X、Z、C三轴在空间构成了柱坐标系，同时，高性能和高编程分辨率的数控系 统将复杂面形零件的三维笛卡尔坐标转化为极坐标，并对所有运动轴发送插补进给 指令，精确协调主轴和刀具的相对运动，实现对复杂面形零件的车削加工。慢刀伺 服车削Z轴和X轴往往同时作正弦往复运动，需要多轴插补联动。因此，在加工前需 要对零件面形进行多轴协调分析，进而确定刀具路径和刀具补偿。此外，慢刀伺服 受机床滑座惯性和及电动机响应速度影响较大，机床动态响应速度较低，适合加工 面形连续而且较大的复杂光学器件。
3.1 刀具要求及种类
刀具要求：能均匀去除不大于工件加工精度，且厚度极 薄的金属层或非金属层
刀具种类：金刚石刀具； 超精密磨削砂轮
3.2 金刚石车刀简介
金刚石刀头的特性：
颜色：有红色和绿色等多种颜色，其硬 度随颜色而不同；
硬度：显微硬度值比其他物质高许多；
热传导率：在矿物中最大。
3.3 金刚石车刀的制造
FTS加工演示视频
这种加工方法具有高频响、高刚度、高定位精度的特点。
五、超精密加工环境
超精密加工必须在超稳定的环境下进行。
超稳定环境：恒温、超净和防振。
6、超精密加工精度的检测
对加工误差进行在线检测，实时建模与动态分析预报， 再根据预报数据对误差源进行补偿，从而消除或减少 加工误差。
在0.1nm到10mm的垂直扫描范围内提供了快速、高精度 的三维表面形貌测量功能。
回顾
一、 精密与超精密加工技术概述 二、 超精密加工设备 三、 超精密加工刀具 四、超精密加工方法 五、 精密加工环境 六、 超精密加工精度的检测
THANKS!
成形：采用研磨加工方法；
研磨方法：用空气轴承的研磨机； 特殊刀头的形状
四、 五轴机超精密加工 的方法
普通切削加工 SSS FTS
4.1 普通切削加工（轴对称零件）
主轴只做回转运动，不带C轴模式 只通过X和Z轴的插补走出面型 可加工PMMA,铜，铝，锗，氟化钙等材料 不同材料需要使用不同的刀具和工艺
详细指标链接
Ultra-Precision three, four, or five axis CNC machining system for on-axis turning of aspheric and toroidal surfaces; slow-slideservo machining (rotary ruling) of freeform surfaces; and raster flycutting of freeforms, linear diffractives, and prismatic optical structures
Electronic Gage Head with Magnetic Stand
NanoMETER
NanoBalance™
Work Spindle Trim Balancer
Workpiece Measurement & Error Compensation System (WECS)
三、超精密加工刀具
面型测量仪器：ZYGO激光干涉仪，轮廓仪 粗糙度测量仪器：VEECO白光干涉仪
ZYGO激光干涉仪
GPI™ XP/D激光干涉仪--运用移相干涉原理，提供高精度的
平面面形，球面面形，曲率半径，样品表面质量，传输波
前的测量和分析
VEECO白光干涉仪
Wyko NT9100系列采用了Veeco第九代光学轮廓探测技术，
SSS加工演示视频
4.3 快刀伺服-FTS
压电陶瓷式微进给装 置 1—刀夹 2—机座 3— 压电陶瓷 4—后垫块 5—电感测头 6—弹性 支承
快刀伺服（Fast Tool Servo）车削与慢刀伺服的差 别在于：将被加工的复杂形面分解为回转形面和形面上 的微结构，然后将两者叠加。由X轴和Z轴进给实现回转 形面的轨迹运动，对车床主轴只进行位置检测并不进行 轨迹控制。借助安装在Z轴但独立于车床数控系统之外 的冗余运动轴来驱动刀具，完成车削微结构形面所需的 Z轴运动。
1.6 超精密加工的进展
美国是研究最早的国家，处于世界领先地位
NANOTECH 350FG 是由美国企业MOORE制造
英国的克兰菲尔德精密工程研究所
日本起步较晚，发展最快，以发展国防尖端技术为主要
目标。
我国在70年代末期有长足进步，80年代中期出现了具有
世界水平的超精密机床和部件
1.7 350FG的技术指标及应用
2慢刀伺服sss慢刀伺服slowtoolservo可加工复眼自由曲面离轴非球面等非轴对称面型慢刀伺服车削是对车床主轴与z轴均进行控制使机床主轴变成位置可控的c轴机床的xzc三轴在空间构成了柱坐标系同时高性能和高编程分辨率的数控系统将复杂面形零件的三维笛卡尔坐标转化为极坐标并对所有运动轴发送插补进给指令精确协调主轴和刀具的相对运动实现对复杂面形零件的车削加工
1.3 超精密加工的特点
微量切除（极薄切削）
形成综合制造工艺系统 与自动化联系十分紧密
加工检测一体化
1.4 影响超精密加工的因素
1.5 超精密加工的应用与进展
超精密加工研究范畴：（关键技术）
超精密加工方法 超精密加工刀具 超精密加工设备 超精密加工环境
超精密加工精度的在线检测及计量测试
普通车削
SSS
FTS
二、 五轴超精密加工机床的 组成
NANOTECH 350FG的组成
五轴超精密加工机床主要功能部件：
花岗岩床身
主轴（C轴）及其驱动装置
液体静压导轨XYZB及进给驱动装置 FTS装置 金刚石刀具 高速磨头 在线测量WEC 光学对刀仪等 床身示意图
Y轴未画出
2.1 五轴机床身
床身由花岗岩制成，热变形小
床身由气垫支撑，隔绝震动
2.2 气浮主轴结构
双半球空气静压轴承主轴 1—前轴承 环 2—供气孔 3—后轴承 4—定位 7—外壳
5—旋转变压器6—无刷电动机
8—多孔石墨
主轴为带C轴模式的气浮主轴
转速最高可达3000RPM 反馈精度0.07 arc seconds 重复定位精度± 1.0 arc seconds 轴向及径向跳动小于12.、超精密加工技术概述
1.1 超精密加工技术的几种方式
1.2 超精密加工定义
精密加工是指加工精度在0.1～lμ m之间，
表面粗糙度Ra在0.lμ m以下（称微米加工）
超精密加工的加工精度在0.lμ m以下，表面 粗糙度在0.02μ m以下（称为亚微米加工）
在100PSI时可以吸附大约70KG的零件
2.3 液体静压导轨
原理：将具有一定压力的润滑 油，经节流器输入到导轨面上 的油腔，即可形成承载油膜， 使导轨面之间处于纯液体摩擦 状态
XYZ为液体静压导轨,采用直线电机驱动 采用激光全息光栅尺定位，最小分辨率0.034nm 重复定位精度达300nm X轴行程350mm,Z轴行程300mm，Y轴行程150mm
2.4 B轴及磨头
Oil Hydrostatic Rotary B-axis
60K RPM PI ISO 2.25 — Motorized Air Bearing Grinding & Micro-Milling Attachments
2.5 辅助配件及应用软件
Optical Tool Setting System
普通车削
SSS 超精密切削加工形面示例
FTS
4.2 慢刀伺服-SSS
慢刀伺服（Slow Tool Servo）可加工复眼，自由曲面，离轴非球面等非轴对称面型 慢刀伺服车削是对车床主轴与Z轴均进行控制，使机床主轴变成位置可控的C轴，机 床的X、Z、C三轴在空间构成了柱坐标系，同时，高性能和高编程分辨率的数控系 统将复杂面形零件的三维笛卡尔坐标转化为极坐标，并对所有运动轴发送插补进给 指令，精确协调主轴和刀具的相对运动，实现对复杂面形零件的车削加工。慢刀伺 服车削Z轴和X轴往往同时作正弦往复运动，需要多轴插补联动。因此，在加工前需 要对零件面形进行多轴协调分析，进而确定刀具路径和刀具补偿。此外，慢刀伺服 受机床滑座惯性和及电动机响应速度影响较大，机床动态响应速度较低，适合加工 面形连续而且较大的复杂光学器件。
3.1 刀具要求及种类
刀具要求：能均匀去除不大于工件加工精度，且厚度极 薄的金属层或非金属层
刀具种类：金刚石刀具； 超精密磨削砂轮
3.2 金刚石车刀简介
金刚石刀头的特性：
颜色：有红色和绿色等多种颜色，其硬 度随颜色而不同；
硬度：显微硬度值比其他物质高许多；
热传导率：在矿物中最大。
3.3 金刚石车刀的制造
FTS加工演示视频
这种加工方法具有高频响、高刚度、高定位精度的特点。
五、超精密加工环境
超精密加工必须在超稳定的环境下进行。
超稳定环境：恒温、超净和防振。
6、超精密加工精度的检测
对加工误差进行在线检测，实时建模与动态分析预报， 再根据预报数据对误差源进行补偿，从而消除或减少 加工误差。
在0.1nm到10mm的垂直扫描范围内提供了快速、高精度 的三维表面形貌测量功能。
回顾
一、 精密与超精密加工技术概述 二、 超精密加工设备 三、 超精密加工刀具 四、超精密加工方法 五、 精密加工环境 六、 超精密加工精度的检测
THANKS!