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楼主: 暴力英雄
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[高端制造] 原创:中国机床工业发展历程及数控高精加工纵横谈

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 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-12 20:07 | 显示全部楼层
     目前,超精密加工技术领域里,美国MOORE公司仍然算得上是老大,目前LLNL的很多设备都是该公司提供。说起MOORE,大家都知道他们的坐标磨床很有名,你可以股沟或摆渡下“二手坐标磨床”,不是瑞士豪泽就是美国穆尔。
       该公司1997年为了适应时代发展需要,将超精密加工部门分离组成了Moore Nanotechnology system,生产研制Nanotech系列超精密机床。1999年同美国Rochester大学COM (CenterforOptics Manufacturing)加工中心合作,在美国国防部(DoD)的资助下,共同研制了Nanotech 500 FG五轴联动超精密自由曲面研磨机床,该机床集成了Nanotech系列机床的所有优点,机床床身采用整块天然花岗岩并在z轴方向配有同类材料的升降装置,用以消除系统结构和热变形;床身与地面采用空气隔振垫隔离;真空吸盘装夹,直流电机+精密滚珠丝杠驱动,Fanuc 15i数控系统,既可以单点金刚石车削有色金属、晶体和高分子材料,也可以超精密磨削光学玻璃、陶瓷、硬质合金和黑色金属,最大加工工件范围:轴对称工件6500mm ×250mm,非轴对称工件50mm×250mm×150ram,最大加工工件重量55kg,加工~b250mm高纯度铝合金或OFHC紫铜凸球面,面形精度0.2 n 5mm,表面粗糙度Ra 6nm,加工q,250mm SF12光学玻璃凸球面,面形精度0.3t~m/4,75mln,表面粗糙度Ra 10nm。机床具有多轴磨削和金刚石车削的能力,能够加工大离轴扇形零件,实现了延性方式超精密磨削(Ductile Grinding) ,加工工件具有光学表面质量,通常很少需要或不需要后续抛光。为了同该机床配套,还使用了磁流体抛光(MRF) 技术和可测量自由曲面的纳米级测量精度的坐标测量机。使用该机床能够直接磨削出共形光学零件,加工零件的面形精度优于0. 375μm( P - V 值) ,表面粗糙度优于Ra0. 002 7μm。

       这个自由曲面磨床是加工共型光学元件的关键设备,所谓共型共形光学零件Freeform Optics,就是一种高性能任意形状的光学零件,比球面、平面、轻度非球面具有更好的空气动力性能。共形光学指的是设计、制造和使用既不是平面也不是球面的光学窗口和整流罩,包括轴对称和非轴对称零件,以及与非球面、球面、圆柱面、圆锥面、平面和尖顶形状组合的零件。飞机的光学窗口和导弹上的整流罩安装有光学系统,用于导航、跟踪和侦察,其形状一般为球面和平面,这有一定的阻力。以前,设计师对此没有别的选择,但现在可以采用共形光学零件,它能够优化飞机外形以符合动力性能要求,显著减小阻力;同时能优化飞机形状,以使雷达上的(或用其他方法检测出的) 反射截面积最小,从而具有更好的隐身性能。共形光学元件替代球面光学窗口还能够提供大的视场 。这个共形光学零件最典型的就是F-35上的光电跟踪系统(EOTS)窗口!





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 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-12 20:20 | 显示全部楼层
       美国LLNL在研制美国国家点火装置NIF时 ,也是委托MOORE Nanotechnology System公司特殊定做了Nanotech VF850S机床 ,该机床是大口径KDP晶体专用加工机床,能够加工450mm×450mm的KDP晶体,透射波前是λ/4。对中国完全禁运!(捎带说明一下,目前只有2种机床能够加工大尺寸KDP,另外一种是俄罗斯超精密机床MO -600,能够加工直径为600mm的KDP晶体,但精度稍低,透射波前是λ/2)。
该公司目前的主打设备,设备后面都是加工出的元件:
Nanotech-250UPL单点金刚石2轴车床

Nanotech-450UPL单点金刚石2轴车床及碳化硅元件

Nanotech-350FG 3轴自由曲面加工机床及微透镜阵列

Nanotech-350UPM 3轴大型微铣削机床及非球面微阵列

Nanotech700UPF飞切机床及加工的普莱诺光学元件 (飞切是一种光学零件加工方法FLY CUTTING METHOD)

Nanotech HDL-2000大型卧式单点金刚石车床及加工的铜件,看看表面光洁度!


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Nighthawk 发表于 2011-4-12 20:44 | 显示全部楼层
暴力英雄 发表于 2011-4-12 20:07
目前,超精密加工技术领域里,美国MOORE公司仍然算得上是老大,目前LLNL的很多设备都是该公司提供。说起 ...

共形光学这一块儿,毛坯制备也是很关键的工序,没有合适的毛坯高精度的磨床便无法下手。像红外寻的导弹的MgF2红外窗口,毛坯是热压出来的(这些类型的陶瓷都是热压或者再烧结出来的),老兄有没有这些毛坯制备机的第一手资料?共形光学元件的制备、磨削、抛光都很有难度,可以给大家多介绍下!
 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-13 19:13 | 显示全部楼层
Nighthawk 发表于 2011-4-12 20:44
共形光学这一块儿,毛坯制备也是很关键的工序,没有合适的毛坯高精度的磨床便无法下手。像红外寻的导弹的 ...

说实话,材料和加工是两个部门,实际上是两个行业,在企业里基本上是分开做的,我不是很了解,可以慢慢找。
 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-13 19:28 | 显示全部楼层
       MOORE作为超精密加工设备制造企业,还有很多产品,也就是超精密加工附件,下面就给大家简单介绍,以方便大家了解超精密加工,这些附件都是超精密加工不可缺少的,从原理上说和传统加工方法类似,但是其中涉及到精密测量、精密控制,这些是实现超精密加工的关键。
剪切阻尼隔振系统

风淋室温度控制系统,实现工作间温度控制+/-0.1度

可拆卸垂直Y轴,具有1纳米编程能力和34皮米反馈控制精度

纳米级快速机床伺服系统

带位置控制的工作主轴

气浮轴承B轴,它采用了直接驱动无刷直流电动机旋转和高分辨率编码器,径向和轴向运动误差小于50纳米




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 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-13 19:37 | 显示全部楼层
微高度调整刀架

工具光学设置系统

空气隔振自调平系统

60000RPM空气轴承磨床及微铣附件

10000RPM空气轴承磨床/微铣床附件



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 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-13 19:41 | 显示全部楼层
3D触控探头,蓝宝石材料

工件测量及误差补偿系统(WECS)软件

NanoCAM ®三维编程软件

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nanhai13 发表于 2011-4-13 21:31 | 显示全部楼层
非常感谢楼主科普,楼主可否介绍国内一些比较好的培养数控机床工人的学校,谢谢!
kktt 发表于 2011-4-14 01:37 | 显示全部楼层
张德江在参观第十二届中国国际机床展览会时强调
大力发展先进装备制造业 为国民经济发展提供装备保障

    新华网北京4月13日电 中共中央政治局委员、国务院副总理张德江今天在参观第十二届中国国际机床展览会时强调,要深入贯彻落实科学发展观,加强技术创新,加快结构调整,推动产业升级,大幅度提高基础配套件和基础工艺水平,大幅度提高重大技术成套装备自主化、智能化、产业化水平,大力促进装备制造业由大变强,为国民经济又好又快发展提供坚实可靠的装备保障。

    4月13日下午,张德江来到中国国际展览中心,参观了中外企业展台。他仔细观看了机床主机、数控系统、功能部件等展品和“高档数控机床与基础制造装备科技重大专项”图片展,详细了解企业自主创新、质量品牌建设和生产经营情况,认真询问世界机床工具产业发展的新趋势。他指出,“十一五”期间,包括机床工业在内的我国装备制造业发展明显加快,取得了显著成绩,但创新能力、基础制造水平、国际竞争力等亟待进一步提高。

    张德江强调,装备制造业是为国民经济各行业提供技术装备的基础性和战略性产业,大力发展装备制造业是坚持走中国特色新型工业化道路的重要举措。“十二五”期间,要坚持以科学发展为主题,以转变发展方式为主线,抓住机遇,集中攻关,以提高装备制造业发展质量为重点,以促进产业优化升级为关键,加大技术改造力度,增强自主创新能力,大幅度提高基础工艺、基础材料、基础元器件研发和系统集成水平,积极培育发展高端装备制造业,形成核心技术优势,全面提升整体素质。要依托国家重点建设工程,加强重大技术成套装备研发和产业化,大规模开展重大技术装备自主化工作,切实满足国家重大工程建设和重点产业发展需要。要推动装备制造由生产型制造向服务型制造转变,推动产品数控化、生产绿色化和企业信息化。要加大兼并重组力度,优化企业组织结构,力争形成若干家具有国际竞争力的科工贸一体化大型企业集团,形成一批参与国际分工的“专、精、特”专业化零部件优势企业。

    工业和信息化部部长苗圩等一同参观了展览。

    中国国际机床展览会(CIMT)由中国机床工具工业协会主办,是四大国际机床展览会之一。本届展会由来自世界28个国家和地区的1400家机床制造商参展。
 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-14 19:42 | 显示全部楼层
K版说的机床展盛况空前,我朋友公司也派人参加,展位紧挨德马吉,展示的是强大的NC后置处理器技术
 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-14 19:52 | 显示全部楼层
本帖最后由 暴力英雄 于 2011-4-14 19:58 编辑

       美国做超精密加工设备的另外一个强人公司AMETEK Precitech Inc. 将参加中国SIOE-上海国际光电展览会 (Shangahi International Optoelectronic Exposition)和中国CIOE–中国国际光电博览会 (China International Optoelectronic Exposition)深圳(2011 年 9 月 6 日至 9 日)
       这个公司是美国新罕布什尔州基恩市的一家超精密机床制造商。公司大约有 100 名才华横溢的员工,最近竣工的办公大楼占地60,000 平方英尺。
       Precitech 是一家超精密机床制造商,于 1992 年开始运营,具有丰富的机床制造史,其前身是 1962 年成立的 Pneumo Precision。1997 年 10 月,Taylor Hobson 的 Pneumo 超精密机床部门(之前的 Rank Taylor Hobson / Rank Pneumo)与 Precitech 合并。Precitech 作为此合并公司实体的名称继续沿用。目前,所有办事处和制造工厂均位于 44 Blackbrook Road in Keene, New Hampshire(新罕布什尔州基恩市的 44 Blackbrook 大街)。
       Precitech 是美国制造技术协会 (Association of Manufacturing Technology, AMT) 的成员之一,并与多家专业协会和学术机构有着密切协作,例如,德国弗劳恩霍夫研究所 (Fraunhofer Institute) 的超精密技术研究社区 (Research Community for Ultra Precision Technology)、美国精密工程学会 (American Society for Precision Engineering, ASPE) 和欧洲精密工程与纳米技术学会 (European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, EUSPEN)。
       Precitech 已在全球推出超过 1200 款机床,主要为单晶、有色金属和黑色金属材料旋转对称和自由形态应用提供全面的超精密多轴金刚石车削、研磨、切槽和铣削机床。另外,我们还提供其他解决方 案,例如,采用快刀和慢刀伺服加工技术的伺服加工。Precitech 现已推出由 Precitech 独家设计和制造的下一代气浮主轴。我们的新型 HydroRound 静压旋转轴承专门用于 3 轴普通金刚石车削和平行研磨机床及 4 轴和 5 轴铣削和研磨机床。核心产品线包括 Nanoform®、Freeform®、Optoform® 和 Planoform®。这些系统主要应用于可见光和红外线、光学模塑成型、眼科、机械组件和光通信领域。
        这个公司有中文网站,大家可以去看http://www.precitech.com/zh
        近年来,很多做超精密加工的企业如雨后春笋般地加上了中文网页,其实就是公司雇佣了大量中国员工,并在中国成立了办事处。这说明了什么?这说明在超精加工领域已经逐渐对华开放。 建议大家去机床展看看,会收获不小。      
 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-14 20:03 | 显示全部楼层
nanhai13 发表于 2011-4-13 21:31
非常感谢楼主科普,楼主可否介绍国内一些比较好的培养数控机床工人的学校,谢谢!

       我不太了解国内数控培训情况,现在这类学校很多,不过去看的时候,可以注意下:是否有FANUC、三菱、西门子或者国产广州或华中的数控系统?因为这些都很常见,以后工作容易上手;其次看有否真实操作的机会,不是用模拟器或者简易系统代替?最好是用真正的机床能让你实际操作?
zzaa119 发表于 2011-4-14 23:06 | 显示全部楼层
上个月去看十一五成就展时,赶上领导参观封场。但也不是毫无收获,碰到一个做精密仪器的老技工,他不具体自己说是做什么,但是和光刻机等精密设备有关。从他的口中证实日本的秋田县确实存在一批作坊式小公司,用半手工的方式为日本很多大公司提供高精密工业母机所用诸如零误差轴承等零件。他说有个秋田县的工业代表团曾经去他们单位参观访问过,他们也回访过
huyue0013 发表于 2011-4-15 16:20 | 显示全部楼层
楼主的帖子太有营养了,谢谢!希望有更多的作品!!
 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-15 19:08 | 显示全部楼层
zzaa119 发表于 2011-4-14 23:06
上个月去看十一五成就展时,赶上领导参观封场。但也不是毫无收获,碰到一个做精密仪器的老技工,他不具体自 ...

具有做精密仪器传统的瑞士、德国、日本的很多企业都是中小型的,但是他们的员工很少跳槽,经年累月地呆在一个企业里专干一种或者几种活,所以手艺磨练的炉火纯青。
瑞士人为什么在钟表、机床、精密仪器等领域独领风骚?他们的祖先都是农民,当年也是从周边地区逃入山地的,冬天时候大雪封山,所以这些人就做手工艺,制作钟表零件和机械零件,逐渐的形成了传统,并产生了独特的“学徒制”职业教育模式。所以瑞士青年2/3不上大学而是做学徒,能拿工资还能学技术,使得瑞士产品的品质誉满全球。日本这类公司很多也带有家族性质,人不多,但长年在这里做,怎么着都磨练出来了。
 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-15 19:25 | 显示全部楼层
本帖最后由 暴力英雄 于 2011-4-15 19:48 编辑

       中国做超精密加工研究和设备的主要4家,北京机床所、哈工大、国防科技大、航空303(航空精密机械所),还有230厂。下面是303所的介绍。 http://www.bj303.com/1s/1s_index.html      
       北京航空精密机械研究所(单位简称:一航精密所,又名:303所)始建于1961年,系中国航空工业第一集团公司所属的综合性应用技术研究所,位于北京市丰台区南苑东路5号。研究所是航空机载设备制造技术研究开发中心,主要承担精密制造和精密检测技术及其设备的研制和开发。研究所占地面积约14万平方米,现有职工700余人,其中研究员、高级工程师150余人。研究所下设3个研究室、3个事业部、2个生产试制部、1个精密加工中心和1个高新技术开发公司。经过四十多年的发展,研究所已成为我国以精密、超精密加工技术著称的科研生产基地。目前,在超精密加工技术与设备、精密数控加工技术、数控三坐标测量机技术与设备、惯导测试与运动仿真技术与设备等技术领域处于国内领先或先进地位。所是国家首批授予进出口经营权的科研院所之一,并具有硕士学位授予权。
       研究所在精密、超精密加工技术与设备,惯导测试与运动仿真技术与设备,数控三坐标测量机技术与设备,精密检测技术与设备,环境试验技术与设备,特种加工技术与设备,工艺过程自动化技术与设备,以及长度、角度传感器技术与设备等方面进行了大量卓有成效的研究开发工作。具有光学、激光、机械、电子自动控制、液压、测试和计算机应用等多专业的综合性技术开发能力,技术实力雄厚,工艺测试手段齐全。建所40多年来,科研成果获部级以上奖励200余项。研究所设有精密制造技术航空科技重点实验室、航空精密加工制造技术中心、北京国防计量站1016校准室,拥有近1000平方米的100级和10000级超洁净、恒温、恒湿实验室,拥有品类齐全的各类加工设备300多台,其中30余台是具有世界一流水平的超精密、精密数控加工设备,还配备有品种齐全的高精度检测设备。研究所擅长开发机电一体化高新技术产品,并通过了ISO9001-2000质量体系认证。
       精密制造技术航空科技重点实验室的发展目标:成为精密制造技术的自主创新研究基地,提高应用基础研究及先期技术开发能力,为航空科技的发展和科研生产中的关键技术攻关提供技术支撑,为典型零件提供精密、超精密加工技术手段和方法。
    实验室的主要研究方向:
  1.精密制造技术理论、方法及机理研究;
  2.精密测量、测试及控制技术研究;
  3.航空微机械、微光学元件制造技术研究;
  4.航空精密制造及测量、测试装备技术研究;
  5.航空产品典型精密零件制造的适用研究。
       实验室拥有包括8名研究员和4名博士在内的三十多人的研究队伍。多年来,自行研制了超精密加工设备11台,其中9台装备在了本实验室,分别是超精密车床、超精密镗床、超精密平面磨床、超精密外圆磨床、精密金刚石刀具研磨机、超精密平面研磨机、精密端齿盘研磨机、Nanosys-300非球面超精密复合加工机床、偶件超精密磨床。使本实验室初步具备了门类较齐全的超精密加工能力。实验室还拥有形位公差测量仪、粗糙度测量仪、激光干涉测量系统等14台测试设备仪器,还拥有恒温、恒湿、超净洁净间1080平米。因此,该实验室无论在超精密加工设备的种类、精度、环境保障条件还是自行研制的超精密加工设备的数量上均居国内领先地位。
净化车间     

CJY-500超精密研磨机  
    该机床主要应用于亚纳米级超光滑平面零件,中、小型精密平面零件的超精密研磨、抛光加工。此外,通过附加工装,还可扩充应用于球和圆柱零件的超精密研磨、抛光加工。   
  主要技术指标
加工工件平面度:0.03μm/50×50mm
工件表面粗糙度:Ra 0.0003μm

COMM 超精密万能外(内)圆磨床  
    该机床主要应用于伺服、控制系统中轴、孔类零件的超精密加工,解决偶件类零件的互换性及可靠性。此外,还可应用于各种精密加工、测量系统中的精密轴系的超精密加工。
主要技术指标
最大加工工件尺寸:f250mm×500mm
工件圆度:0.1-0.3mm
加工工件圆柱度:0.5-1mm
加工工件表面粗糙度: Ra 0.02-0.005mm

Nanosys-300非球面曲面超精密复合加工机床  
    该机床具有CNC单点金刚石超精密车、飞切(铣)、以及磨削等多种加工功能,可对金属、玻璃等各种材料的零件,进行球面、非球面、和超平面等形状的纳米级超精密镜面加工。
加工工件尺寸范围:Φ300×200mm
测量、控制系统分辨率:1.25-5nm
球面加工精度:0.3μm
加工工件表面粗糙度:Ra<10nm

超精密车床  
     该机床主要用于中小型零件的超精密车削加工。                                                            
技术指标
主轴精度:0.05μm-0.1μm
导轨直线度:0.05-0.1μm/25mm
加工圆度:0.05μm-0.15μm
加工表面粗糙度:Ra 0.01-0.02μm

超精密镗床  

    该机床主要用于孔型指标要求高的零件的超精密镗削加工。                                                           
主要技术指标
主轴精度:0.05μm-0.1μm
导轨直线度:0.05-0.1μm/25mm
加工圆度:0.05μm-0.15μm
加工表面粗糙度:Ra 0.01-0.02μm

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 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-15 19:43 | 显示全部楼层
本帖最后由 暴力英雄 于 2011-4-15 19:50 编辑

       国内北京机床研究所为国内进行超精密加工技术研究的主要单位之一。北京机床研究所始建于1956年,是我国机床行业中技术实力较强的综合性研究所,主要从事高效精密立卧式加工中心、高精度数控车床、超精密数控机床与专机、数控电加工机床、精密滚珠丝杠副、气动液压技术等的研发与生产,多年来以高精、高速、高效和智能化的技术及产品服务于我国制造业。1999年转制后,在稳定发展的基础上,北京机床研究所已初步建设成一个高技术产业集团。
   全资、控股或参股的投资实体有: 北京机床所精密机电有限公司、北京工研精机股份有限公司、北京精密天工滚珠丝杠股份有限公司、北京发那科机电有限公司、北京发那科数控工程有限公司、国家机床质量监督检验中心等。
     已组建和正在组建的国家级、行业级中:国家超精密机床工程技术研究中心、精密超精密加工国家工程研究中心、机械工业柔性制造工程研究中心、机械工业精密制造工程研究中心。
        承担的行业技术服务工作主要有:全国金属切削机床标准化技术委员会秘书处、全国工业机械电气系统标准化技术委员会秘书处、全国工业自动化系统与集成标准化技术委员会秘书处、中国机床工具工业协会副理事长单位、中国机械工程学会生产工程学会秘书处等。创刊于1952年的机床杂志社也设在本所,编辑出版《制造技术与机床》。
   优势资源:
   (1)北京机床研究所在精密超精密数控机床的研发、制造和应用上有着丰富的技术积累。(2)在精密超精密数控机床性能测试、可靠性研究与评价等方面处于国内领先。(3)国家工程(技术)中心、行业工程中心可作为科技创新平台,积极推进精密超精密加工技术的工程化和中高档数控机床的产业化。
       服务领域:
       以拥有的综合技术实力和在中高档加工中心、精密超精密加工机床等技术领域保持的竞争优势,为我国各行业提供先进的制造技术与装备。该所的国家“精密超精密加工国家工程研究中心”,研制出了多种不同类型的超精密机床、部件和相关的高精度测试仪器等。例如,精度达01025μm 的精密轴承、J CS2027 超精密车床、J CS2031 超精密铣床、J CS2035 超精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机床、红外大功率激光反射镜、超精密振动2位移测微仪等,达到了国内领先、国际先进水平。
        现在北京机床所正在转制,超精密这块变成了“北京工研精机股份有限公司”,公司网站[url]http://www.jcsgy.com/jcsgy/index_jcsgy.htm[/url]
       公司位于北京市顺义区天竺空港工业开发区A区。公司在北京顺义天竺开发区建有建筑面积25974平方米的联合厂房和建筑面积1860平方米的超精楼,设有超精实验室、功能部件实验室、整机性能实验室和工艺研究实验室,用以开展整机和功能部件的性能测试与评价及机床加工工艺技术试验研究。
       公司精密超精密产品主要有:具有国际先进水平的超精密轴系、超精密数控车床、超精密数控铣床、高分辨率数控伺服进给系统、高精度数控车床等。其中超精密机床轴系精度达到≤0.05μm ,导轨精度达0.1μm /200mm,加工件(有色金属)表面粗糙度Ra达到≤0.002μm 。
       公司其他产品有:高精度圆度仪、高精度圆柱度仪、微型滚珠丝杠副产品等。
公司主要产品:
GCK-1502高精度OPC鼓基数控车床
主要特点
   GCK-1502型高精度OPC鼓基数控车床专门用于各种硒鼓、OPC鼓的高精度切削加工,具有加工精度高、加工效率高、操作简单方便、可靠性高等特点。
■ 主要结构与配置
◎ 机床采用双主轴电机同步驱动双主轴形式,主轴为空气静压结构,主轴做动平衡,转速最高可达5000r/min。
◎ 左主轴箱固定,右主轴箱由伺服电机拖动沿Z轴导轨滑动,以适应不同规格的鼓基加工。X向及Z向导轨均采用日本帖塑导轨,阻尼减振性好,精度高,寿命长,移动平稳。
◎ 各伺服轴传动均采用高精度滚珠丝杠副。
◎ 双主轴轴端配装专用夹具,根据鼓基规格不同可快速更换相应夹具。可以提供直径24、30、50、60mm的卡具。夹具工作动力为压缩空气。
◎ 切削刀架采用刀片定位及微调结构,刀片更换及调整方便。
◎ 切削冷却采用喷油雾冷却方式。
◎ 间歇润滑泵润滑导轨。
◎ 大容量独立排屑吸尘器。
◎ 数控系统采用FANUC-0i系统。

NAM-820超精密数控车床
采用具有自主知识产权,获得国家科技进步一等奖的超精密气体静压主轴,确保超高的回转精度。
X轴、Z轴采用高精度气体静压导轨,确保运动的直线性和平稳性。
采用高精度双频激光干涉仪作为位置反馈元件,确保高精度运动定位。
采用高分辨率、高速控制器及专用数控软件实现超精密数控加工。
具有车削、铣削加工功能,可以精密加工各种平面、球面.非球曲面、多面体等零件。


NANA-TM500超精密纳米级车铣复合加工机床
   主要应用于光学平面、球面及非球面零件的超精密加工,包括光学零件模具、微机电系统(MEMS)技术零件、菲涅尔镜片模具、激光反射镜、太阳能镜片等。
性能特点:
■ 运动控制的精度高。可以控制纳米分辨率移动的部件,实现纳米插补。
■ 加工应用范围较宽。通过车削和铣削加工,可以实现多种不同类型工件的高精度加工,工件的回转范围也比较大。
■ 机床结构与工艺结合紧密。该机床在结构设计中充分考虑机床加工的工艺性,充分考虑应用。
■ 机床可实现加工、检测一体化功能。
结构特点:
■ 机床溜板采用直线电机对称双驱动结构,具有纳米级运动分辨率。
■ 机床回转工作台采用空气静压轴承、高分辨率直接驱动结构。
■ 机床主轴采用高精度空气静压轴承、整体电主轴结构,带有Cs轴功能。


SPHERE200超精密球面镜加工机床
机床特点:
采用超精密气体静压主轴及回转工作台。
超高精度气动卡盘结构,保证批量加工的快速高精度定位。
可加工高精度球面镜,也可进行平面及圆柱表面的镜面加工。
固定式多刀结构,换刀精确、快速。
全闭环溜板结构,可精确检测每把刀具及回转台中心位置。
主轴带位置检测,可加工螺纹。C轴可选。
主轴卡盘可更换,满足多种工件加工。
床身及溜板特殊结构设计,具有良好的精度保持及减振特性。

SQUARE80/200/300超精密光学镜面铣床
机床特点:
机床主轴及工作台均采用空气静压技术,几何精度高,运动灵敏、平稳;
机床采用专门可靠的传动机构,保证用户良好使用;
机床结构符合人机工程学原理,方便对刀及操作;
机床具备较强的扩展功能,用户可根据需要特殊订购。
    机床可以增补如下功能:
    1 选配专用数控系统,完成纳米级运动;
    2 选配高精度分度工作台,完成多面体棱镜加工;
    3 选配专用镗刀及夹具,完成固定孔位的内孔高精度镗削加工;
    4 选配专用的微调刀架,可以完成车削加工。
根据用户工件的不同,可为用户进行专用工装夹具的选配及工艺设计。





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 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-15 19:47 | 显示全部楼层
本帖最后由 暴力英雄 于 2011-4-15 20:02 编辑

       哈尔滨工业大学精密工程研究所。哈尔滨工业大学精密工程研究所成立于1998年,其前身为成立于1963年的机械系精加工研究室,是专职从事精密与超精密加工技术研究的科研单位,80年代就开始在国内最早研究超精密加工并承担多项大型工程项目。在与学校各院系共同承担航天惯性导航测试设备研究的同时,进行超精密加工理论、超精密机床设备与刀具、超精密加工工艺、关键部件研制等研究。自1998年成立精密工程研究所以来,研究所主持承担了重点基础科研、国家自然基金委项目、863重大专项、航天系统科研项目、中国工程物理研究院惯性聚变专项、省市攻关项目等科研项目近百项,获得省部奖励十余项,发表学术论文600余篇。研究所所在学科是国家首批211工程重点建设资助学科、国家首批985重点建设资助学科、国家第一批长江学者特聘教授岗位;近几年还成为国防科技工业超精密机械加工技术研究应用中心技术依托单位、黑龙江省超精密与特种加工重点实验室、教育部超精密加工与测量技术创新团队。精密工程研究所在超精密加工学术研究领域居国内领先地位。精密工程研究所现有25人的专职研究与工程队伍,包括教授/博导7人,副教授/副研究员/高级工程师9人,工程师及讲师7人,其中15人具有博士学位,本所还另聘有15名左右高级工程师和技师。该超精密加工技术学术方向的主要科研人员还包括十余名机械制造及自动化系和航空宇航制造系的教授、副教授和具有博士学位的青年教师等。目前在研究所工作的国家杰出青年基金获得者2人,长江学者特聘教授和讲座教授3人,全国百名优秀博士论文获得者1人,教育部新世纪优秀人才1人。目前有80余名博士和硕士研究生在研究所从事相关课题研究。
1.亚微米超精密车床

    主轴回转精度:0.05μm;  导轨直线度:0.2μm/200mm;
    恒温油温控精度:0.004℃; 微量进给精度:0.05μm;
    加工的零件:尺寸形状误差≤0.2μm,Ra0.02μm。
2、非球曲面超精密磨削技术
    以超精密机床为主要技术平台在攻克了超精高速磨头、光学零 件超精密磨削工艺、微小砂轮在线修整、非球曲面超精密数控等多项关技术的基础上,在国内首次用超精密机床磨削出玻璃材料的非球曲面。  
3、ELID超精密镜面磨削技术
    国内最早开展ELID磨削技术的单位之一,在精密机床上,已实现 了光学玻璃、陶瓷、硬质合金等多种难加工材料的镜面磨削。加工零件的表面粗糙度小于10nm。哈尔滨工业大学经过几年的努力,研制成功了ELID磨削专用的脉冲电源、磨削液和砂轮,在国产机床上开发出平面、外圆和内圆ELID磨削装置,并对多种硬脆材料进行了ELID镜面磨削的实验研究。目前正积极推广普及该技术,实现产品化。国内已有十几家单位应用该技术,如230厂用于加工动压马达零件,23所用于相阵雷达互易移相单元陶瓷、微晶玻璃、铁氧体等航天材料零件加工,8358厂用于光学玻璃非球曲面加工,205所用于光学玻璃加工,华侨大学用于加工大理石,福建南安宏伟陶瓷厂用于加工陶瓷等。
ELID磨削原理

1. 喷嘴 2. 防护罩 3. 绝缘板 4. 阴极块 5、8. 砂轮 6. 电极 7. 电刷 9. 工件 10. 卡盘
日本不二越的ELID磨床,哈工大仿制类似

4、纳米加工过程的分子动力学仿真
以分子动力学和有限元为工具,通过计算加工过程分子的运动轨 迹,在分子或分子团的尺度研究纳米加工的若干基础理论问题。本项研究得到国家自然科学基金资助。
     此外, 哈工大超精密光电仪器工程研究所也从事相关研究。该所研制的UOI-ALG系列超精密气浮导轨主要用于高精度测量仪器、光学检测仪器、精密/超精密光机电一体化装备、精密/超精密机床等先进装备制造领域,是精密/超精密仪器与制造装备中保证高精度直线运动导向和定位的关键部件。

★规格与工作特性
      UOI-ALG气浮导轨已成系列,其有效行程从50mm至3000mm,截面尺寸主要有90mm×90mm,100mm×90mm,150mm×120mm,150mm×140mm,180mm×160mm,200mm×150mm,250mm×200mm等;该系列气浮导轨具有优异的直线运动精度和良好的刚度,直线运动误差小于0.03μm~0.1μm/50mm,0.05μm~0.2μm/100mm等。特殊需求可单独设计。
★结构特点
     UOI-ALG系列超精密气浮导轨主要采用花岗岩、金属或陶瓷制作,配有精密导轨基体、气浮套和高洁净空气净化器。采用多项发明专利技术进行高精度、高刚度结构设计和气体润滑及支承参数设计,使导轨兼有高精度、高刚度和高承载的特点;并使导轨工作状态平稳,在运动和定位状态下均无气体紊流振动、啸叫、噪声及高频微振等。
  ★控制特性
     分为有驱动和无驱动两种,按其需要进行驱动配置。
       UOI-AVI空气弹簧隔振基础是隔离外界高频、中频、低频及超低频振动干扰的大型专用设施,其本身的固有频率很低,可广泛应用在计量检测、精密/超精密加工以及光学测量与仪器及超精密装备装配调试、惯性仪器、超精密工作母机和超精密装备制造和使用等行业中。

★结构特点
    该设施有隔振台体、空气弹簧系统、阻尼减震系统、高度及水平姿态控制系统、气路控制系统、主动控制系统、计算机测控及软件系统等。
  ★控制特性
     该设施现有主动控制和被动控制两种控制形式,实现台体同步平衡升降调节,并可进行高度调整、水平姿态调整以及姿态偏差控制调整,其不感带值低,振幅控制在微米量级。
  ★规格与承重
     该设施台面尺寸从2m×3m至6m×15m,特殊需要可根据具体要求设计制作,超大型可达20m×50m;台体自重从十几吨到数百吨,承重从几吨到几十吨。
  ★隔振性能指标
     被动控制:
a横向固有频率0.8~1.3Hz;
b纵向固有频率0.9~1.5Hz。
     主动控制:
a双向固有频率<1Hz;
b加速度:在0~80Hz内加速度均方根值为1~10μg;
c速度:在0~80Hz内速度均方根值为2~3μm/s(美国环境科学与技术协会IEST规定工程应用最高隔振指标为3μm/s)


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 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-15 20:06 | 显示全部楼层
       另外还有中科院长春光学精密机械研究所、华中理工大学、沈阳第一机床厂、成都工具研究所、国防科技大学等都进行了这一领域的研究,成绩显著。长春光机所研制了FSGJ - 1 型数控非球面光学加工中心,它集铣磨成形、磨边、精磨抛光和检测于一体,最大加工直径为800 mm ,面形误差小于30 nm ( 均方根值) , 表面粗糙度值小于Ra 2nm
FSGJ - 1 型数控非球面光学加工中心



       国内还有一些大学进行了基础研究,但总的来说,我国在超精密加工的效率、精度可靠性,特别是规格(大尺寸) 和技术配套性方面与国外比,与生产实际要求比,还有相当大的差距。

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 楼主| 暴力英雄 发表于 2011-4-15 20:15 | 显示全部楼层
       中国还有个做超精密加工的单位,不过因为保密很少公开,这就是国防科技大学机电工程与自动化学院的精密加工实验室。他们现在在新原理的磁流变抛光(MRF)技术上做的不错。
    磁流变抛光技术的原理是:以磁性颗粒、基液、表面活性剂为基体,加入抛光粉, 混合均匀制成磁流变抛光液。在可控磁场作用下,磁流变液的链化结构发生变化,从而形成粘度可控的磁流体。利用磁流变技术加工,具有“抛光头”不会变钝或变形,流动液体实时适合零件复杂形面的变化而变化,加工效率很高等优点。
磁流变抛光原理

       磁流变抛光技术其实是苏联人最早发明,1988年,苏联白俄罗斯科学院一个研究小组就提出了用磁流体抛光光学玻璃的想法,引起美国罗切斯特大学光学制造中心(COM)的注意。开始大学光学能量实验室Laboratory for Laser Energetics (LLE)的主任Stephen Jacobs还很怀疑,后来亲自到白俄罗斯访问了这项技术发明人William Kordonski 以后彻底服了。91年苏联解体后美国人干脆把白俄罗斯这帮整锅端到美国, 1994年成立了以Kordonski为首的QED 公司,推出了“磁流变抛光”专利,从而成为全球大牛。公司网站http://qedmrf.com/
       William Kordonski ,国际磁流变研磨技术权威

       世界上唯一商业化的磁流变超精密磨床就是美国QED 公司的Q22系列磁流变抛光机床

        国防科技大研制的KDRMF-1000 磁流变抛光设备,加工Ф200mm ,1:1.6 的K9 玻璃抛物面镜,其面形误差小于λ/100(RMS),粗糙度优于0.5nm。图为KDRMF-1000 磁流变抛光实验机床。

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点评

国防科大用此技术为后盾,申请到了IC装备重大专项  发表于 2011-4-15 22:51
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