專用平面磨床

發(fā)布時(shí)間：2021-09-23

機(jī)床用途
光學(xué)玻璃是用于制造光學(xué)儀器或機(jī)械系統(tǒng)中光學(xué)元件（透鏡、棱鏡和反射鏡等）的玻璃材料的統(tǒng)稱。由于光學(xué)玻璃具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性能和高度的光學(xué)均勻性，且耐磨性好、抗蝕性強(qiáng)，因此被廣泛應(yīng)用于激光技術(shù)、光電通訊、航空航天以及國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域，已成為當(dāng)前頂端科學(xué)技術(shù)中應(yīng)用很活躍的材料之一。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代光學(xué)工業(yè)對(duì)光學(xué)玻璃提出了精度高、需求量大等苛刻要求。從精度方面，要求光學(xué)玻璃具有面形精度高（Ra≤0.1 μm）、表面粗糙度低（Ra≤12 nm）以及亞表面裂紋少等；從需求量方面，以激光核聚變裝置 所 需的光學(xué)玻璃為例，美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置（National Ignition Facility, NIF）的光學(xué)系統(tǒng)使用7000多件大口徑光學(xué)元件（口徑大于400mm×400mm）。
由于光學(xué)玻璃具有硬度高、脆性大的特點(diǎn)，在加工過(guò)程中很容易產(chǎn)生表面疵病與亞表面損傷，屬于典型的難加工材料。其超光滑表面成形技術(shù)及高效低成本加工工藝技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)防科技、航空航天、電子信息等領(lǐng)域急需研究的重要課題。對(duì)于光學(xué)玻璃等硬脆材料，超精 密磨削技術(shù)是實(shí)現(xiàn)超光滑表面的很好的手段。因此，美國(guó)、德國(guó)、日本、英國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)光學(xué)玻璃等硬脆材料的超精 密磨削加工技術(shù)的研究十分活躍，已開發(fā)出先進(jìn)的高精度高剛度磨床，用于硬脆材料的超精 密加工技術(shù)的研究，并且相關(guān)科研成果被應(yīng)用于國(guó)防及民用工業(yè)領(lǐng)域。近年來(lái)，光學(xué)玻璃等硬脆材料超精 密磨削裝備及工藝技術(shù)研究已被列為資助的科研內(nèi)容。
H402-AZ數(shù)控專用平面磨床就是“高 檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)課題“超精 密大尺寸光學(xué)玻璃平面磨床”的產(chǎn)品，專門針對(duì)大尺寸平面光學(xué)玻璃零件，如激光（釹）玻璃、熔石英等加工的需要而研制開發(fā)的超精 密大尺寸平面磨削加工機(jī)床，是此類機(jī)床設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵技術(shù)，為光學(xué)玻璃材料的超精 密磨削加工工藝、并在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用提供依據(jù)。
主要參數(shù)
H402-AZ數(shù)控專用平面磨床采用龍門式臥軸矩臺(tái)的結(jié)構(gòu)布局方式，配備高精度運(yùn)動(dòng)功能部件、高分辨率測(cè)量與反饋系統(tǒng)以及高性能數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)剛度高、力熱穩(wěn)定性好和加工精度高的特點(diǎn)。另外，機(jī)床配備了在位測(cè)量系統(tǒng)，可完成大尺寸光學(xué)玻璃平面度快速、精 密、可靠檢測(cè)。超精 密大尺寸光學(xué)玻璃平面磨床結(jié)構(gòu)。
工作臺(tái)面尺寸 1300×500 mm
工作臺(tái)縱向行程 0~1700 mm
砂輪垂直行程 0~240 mm
滑座橫向行程 0~960 mm
砂輪直徑 270~350 mm
砂輪寬度 40 mm
砂輪轉(zhuǎn)速 8000 rpm
砂輪切削速度 20～120 m/s
工件較大質(zhì)量（含夾具）300 kg
機(jī)床加工零件規(guī)格450 mm×1200 mm
加工工件表面粗糙度Ra≤10 nm
加工工件的面形精度（表面平度）PV3 μm
主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1）高剛度高穩(wěn)定性床身
床身采用整體花崗巖結(jié)構(gòu)，由于花崗巖具有高阻尼、小振動(dòng)、熱穩(wěn)定性佳等特性，可以保證磨床高剛度和高穩(wěn)定性。
2）工作臺(tái)
工作臺(tái)面采用整體花崗巖結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)閉式靜壓導(dǎo)軌的基礎(chǔ)上開發(fā)了高剛性、高精度的大平面閉式靜壓導(dǎo)軌，以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的大行程、平穩(wěn)、可靠的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)采用SIEMENS直線電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，同時(shí)為了防止直線電機(jī)的運(yùn)動(dòng)影響臺(tái)面，專門為直線電機(jī)設(shè)計(jì)了獨(dú)立的靜壓導(dǎo)軌。臺(tái)面的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由HEIDENHAIN光柵系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，從而保證了工作臺(tái)具有高精度、快速響應(yīng)的運(yùn)動(dòng)特性。
3）立柱、滑座與橫梁
可控制由于熱引起的機(jī)床變形，立柱和橫梁采用花崗巖制成。砂輪橫向位移滑座置于固定的橫梁上、安裝砂輪架的垂直運(yùn)動(dòng)拖板置于橫向位移滑座上。橫向位移和垂直運(yùn)動(dòng)均采用SIEMENS伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)高精度滾珠絲杠來(lái)完成，HEIDENHAIN光柵位置反饋。橫向位移滑座以及垂直運(yùn)動(dòng)拖板的導(dǎo)軌同樣采用的是液體靜壓導(dǎo)軌。另外在垂直運(yùn)動(dòng)拖板上配備了微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)砂輪架0.1 μm的微進(jìn)給。為了減少砂輪架滑座自重及其橫向位移引起的橫梁變形，在橫梁的正上方設(shè)置了卸荷裝置（卸荷橫梁）。用以承擔(dān)砂輪架滑座的大部分自重，并且通過(guò)HEIDENHAIN光柵位置反饋實(shí)現(xiàn)卸荷裝置與砂輪橫向位移滑座的運(yùn)動(dòng)同步，從而很大限度的減少橫梁變形對(duì)磨削加工的影響。
4）砂輪架
開發(fā)了轉(zhuǎn)速范圍廣、高剛性、高精度砂輪靜壓主軸系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)砂輪的高剛性、高精度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。砂輪軸采用液體靜壓 軸承支承，SIEMENS內(nèi)置式主軸電機(jī)，采用冷卻液強(qiáng)制冷卻主軸電機(jī)，砂輪主軸配備了砂輪平衡裝置，配套的管理控制程序能在循環(huán)中連續(xù)監(jiān)測(cè)砂輪的情況并立即對(duì)可能出現(xiàn)的不平衡量進(jìn)行補(bǔ)償。
5）測(cè)量系統(tǒng)
機(jī)床配備了激光干涉儀作為加工精度的在位測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)機(jī)床臺(tái)面運(yùn)動(dòng)和測(cè)量拖板橫向運(yùn)動(dòng)，使激光干涉儀的鏡頭可以掃描所有加工面積。當(dāng)機(jī)床進(jìn)行磨削加工時(shí)，測(cè)量橫梁可以運(yùn)動(dòng)到加工范圍以外。
超精 密大尺寸光學(xué)玻璃平面磨床是針對(duì)國(guó)家重要光學(xué)工程行業(yè)面臨重大需求而研究開發(fā)的，是具有國(guó)際先進(jìn)水平的超精 密加工關(guān)鍵裝備。該項(xiàng)目的開發(fā)成功，能夠?qū)崿F(xiàn)450×1200mm光學(xué)玻璃的高 精度、高 效率磨削，工件平面度可達(dá)3μm，大大縮短了后續(xù)研磨拋光的時(shí)間，可滿足激光武器、航空航天等領(lǐng)域?qū)Τ��?密大尺寸平面玻璃的大批量需求，對(duì)我國(guó)天文科學(xué)、國(guó)家重 點(diǎn)工程和軍事裝備的發(fā)展具有重要意義，并將進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)光學(xué)和激光領(lǐng)域制造裝備的技術(shù)突破，提升我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力。