《精密和超精密加工技术(第3版)》第4章精密和超精密加工的机床设备

第1节 精密和超精密机床发展概况
二、超精密机床进一步发展的规划
3.中国精密机床和超精密机床的发展情况 1987年北京机床研究所研制成功加工球面的JSC027型超精密车床。后来又研制成功JSC-035型数控 超精密车床。1998年,北京机床研究所制成的加工直 径800mm的NAM-800型CNC超精密金刚石车床(图 4-1)和SQUARE-200型等超精密铣床,哈尔滨工业大 学研制成加工直径300mm的CNC超精密车床, 2006 年,哈尔滨工业大学研制成加工KDP晶体的大平面超 精密飞刀切削机床(图4-2)。
第4章 精密和超精密加工的机床设备
4.1 精密和超精密机床发展概况及 4.2 典型超精密机床的简介 4.3 精密主轴部件
4.4 床身和精密导轨部件 4.5 进给驱动系统 4.6 微量进给装置
4.7 机床运动部件位移的激光在线检测系统 4.8 机床的稳定性和减振隔振
4.9 减少变形和恒温控制
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第1节 精密和超精密机床发展概况
二、超精密机床进一步发展的规划
2.日本提出的“超超精密机床”规划 日本也在原来超精密机床的基础上,再进一步 规划更高精度的机床。按日本的提法,也就是 研制“超超精密机床”。表4-2是日本提出 的该规划的各项指标。 该规划主要围绕提高超精密机床精度性能而 提出的设想,共有13个子课题,并已在20世纪 内完成。该规划是以纳米级精度作为目标的。
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第1节 精密和超精密机床发展概况
二、超精密机床进一步发展的规划
表4-1是POMA规划对精度的具体要求,该规 划已经实现。例如,美国Moore公司现在生产 的Nanotech-500FG五轴数控超精密机床的 主要精度指标都已达到上述要求。
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表4-1 美国POMA规划的要求精度(单位:μm)
第1节 精密和超精密机床发展概况
一、发展情况
精密机床是实现精密加工的首要基础条件。 1）美国：50年代首先发展了金刚石刀具的超精密切 削技术，并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机 床；1983～1984研制成功大型超精密金刚石车床 DTM－3型和LODTM大型超精密车床。 2）英国：1991粘研制成功大型超精密机床 OAGM2500。 3）日本：现在在中小型超精密机床生产上已经具有 一定的优势，甚至超过了美国。 4）中国：JCS－027超精密车床、JCS－031超精密 铣床、JCS－035超精密车床等。
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第1节 精密和超精密机床发展概况
二、超精密机床进一步发展的规划 1.美国POMA计划要求的精度 美国Union Carbide公司、Moore Special Tool 公司和美国空军兵器研究所一起于20世纪90年代 制订了一个形状精度0.1μm,加工直径为800mm 的大型球面光学零件的超精加工规划,即举世闻名 的POMA规划(Point One Micrometer Accuracy)。它对机床提出了极严格的要求。
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第1节 精密和超精密机床发展概况
二、超精密机床进一步发展的规划
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表4-2 日本提出的“超超精密机床
二、超精密机床进一步发展的规划
3.中国精密机床和超精密机床的发展情况 我国在20世纪60年代起开始发展精密机床, 经过40多年的努力,现在我国的精密机床生产 已具有相当规模,不仅大部分品种都已能够生 产,而且在精度质量上也已达到一定的水平。 例如昆明机床厂、宁江机床厂和汉川机床厂 能生产多种坐标镗床,有立式的并且有卧式的, 都已装有精密数控系统,坐标镗床的定位精度 达到±(2~5)μm。
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二、典型超精密机床简介
Moore 车床 该机床可高精度地加工各种光学部件和激光光学 系统的各种反射镜。其加工精度见表。
表4-3 Moore车床加工的激光反射镜精度(1976年) 2020/12/29
二、典型机床简介
Ex-Cell-O公司的2m镜面立式车床
1976年美国Ex-Cell-O公司开发了加工金属反射镜直径 达2m的金刚石镜面切削车床。Ex-Cell-O公司原来已拥 有最高精度的滚动轴承机床的制造技术,但对于加工直径 为2m的光学部件来说,滚动轴承机床加工的反射镜达不到 要求的精度,因而开发了新的空气静压轴承回转轴的超精 密车床,制成用双半球结构空气轴承主轴的Ⅱ-G型卧式车 床,和用端面止推轴承、半球空气静压轴承主轴结构的ⅢB型立式车床。这种立式车床主轴的径向圆跳动为 0.10~0.13μm,轴向圆跳动为0.15~0.18μm,2000r/min 运转8h的温升在5.6℃以内,径向刚度为361N/μm。Los Alamos科学实验室(LANL)使用这种车床切削8个波束 CO2激光Helicos系统上的金属反射镜,均达到要求的精度。
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二、典型超精密机床简介
Moore 车床
由Moore 3型坐标测量机改 造而成。采用卧式主轴， 三坐标精密数控，消振和 防振措施，加强恒温控制等。 M-18AG型超精密非球面车床， 基本结构同Moore 3，采用空 气静压轴承主轴、气浮导轨、 双坐标双频激光测量系统、 优质铸铁床身，有恒温油浇 淋机和空气隔振垫支承。
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第1节 精密和超精密机床发展概况
二、超精密机床进一步发展的规划
3.中国精密机床和超精密机床的发展情况 我国超精密机床的生产和研制虽已取得不小的成绩, 但和国外相比仍有相当大的差距。要从国外引进受 保密、禁运的限制,只能靠自己开发研究,因此必须大 力加强我国自己的开发研究能力。
图4-1 NAM-800型CNC超精密金刚石车床 2020/12/29
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第1节 精密和超精密机床发展概况
二、超精密机床进一步发展的规划
3.中国精密机床和超精密机床的发展情况 宁江机床厂还生产连续轨迹数控坐标磨床,定位精度 ±2μm。重庆机床厂生产高精度滚齿机,武汉重型机 床厂生产大型高精度滚齿机。重庆机床厂、武汉机 床厂、上海机床厂等均研制成功高精度蜗轮母机,使 加工的蜗轮精度明显提高。上海机床厂和秦川机床 厂生产多种磨齿机,其中Maag型磨齿机可加工4~5级 精度的齿轮,汉中机床厂生产螺纹磨床和高精度蜗杆 磨床。国内现在有多家工厂生产三坐标测量机, 都已 批2020量/12生/29 产多种规格的三坐标测量机,据用户反映性能 良好。
图4-2 加工KDP晶体的大平面超精密飞刀切削机床
第2节 典型超精密机床的简介
二、典型超精密机床简介
Union Carbide 公司 的半球车床
能加工直径ϕ100mm的半球，达到尺寸精 度±0.6μm，表面粗糙度Ra=0.025μm。
精密空气轴承主轴采用多孔石墨制成 轴衬，径向空气轴承的外套可以调整 自动定心，可提高前后轴承的同心度， 以提高主轴的回转精度。