專用平面磨床

發(fā)布時間：2021-09-23

機床用途
光學玻璃是用于制造光學儀器或機械系統(tǒng)中光學元件（透鏡、棱鏡和反射鏡等）的玻璃材料的統(tǒng)稱。由于光學玻璃具有穩(wěn)定的物理化學性能和高度的光學均勻性，且耐磨性好、抗蝕性強，因此被廣泛應用于激光技術、光電通訊、航空航天以及國防工業(yè)等領域，已成為當前頂端科學技術中應用很活躍的材料之一。隨著科學技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)代光學工業(yè)對光學玻璃提出了精度高、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 需的光學玻璃為例，美國國家點火裝置（National Ignition Facility, NIF）的光學系統(tǒng)使用7000多件大口徑光學元件（口徑大于400mm×400mm）。
由于光學玻璃具有硬度高、脆性大的特點，在加工過程中很容易產(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及高效低成本加工工藝技術已經(jīng)成為國防科技、航空航天、電子信息等領域急需研究的重要課題。對于光學玻璃等硬脆材料，超精 密磨削技術是實現(xiàn)超光滑表面的很好的手段。因此，美國、德國、日本、英國等工業(yè)發(fā)達國家，對光學玻璃等硬脆材料的超精 密磨削加工技術的研究十分活躍，已開發(fā)出先進的高精度高剛度磨床，用于硬脆材料的超精 密加工技術的研究，并且相關科研成果被應用于國防及民用工業(yè)領域。近年來，光學玻璃等硬脆材料超精 密磨削裝備及工藝技術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)控機床與基礎制造裝備”科技重大專項課題“超精 密大尺寸光學玻璃平面磨床”的產(chǎn)品，專門針對大尺寸平面光學玻璃零件，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床，是此類機床設計制造的關鍵技術，為光學玻璃材料的超精 密磨削加工工藝、并在生產(chǎn)中實現(xiàn)應用提供依據(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的結(jié)構(gòu)布局方式，配備高精度運動功能部件、高分辨率測量與反饋系統(tǒng)以及高性能數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動系統(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。另外，機床配備了在位測量系統(tǒng)，可完成大尺寸光學玻璃平面度快速、精 密、可靠檢測。超精 密大尺寸光學玻璃平面磨床結(jié)構(gòu)。
工作臺面尺寸 1300×500 mm
工作臺縱向行程 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
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、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
工作臺面采用整體花崗巖結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)閉式靜壓導軌的基礎上開發(fā)了高剛性、高精度的大平面閉式靜壓導軌，以實現(xiàn)工作臺的大行程、平穩(wěn)、可靠的往復運動。工作臺采用SIEMENS直線電機進行驅(qū)動，同時為了防止直線電機的運動影響臺面，專門為直線電機設計了獨立的靜壓導軌。臺面的運動狀態(tài)由HEIDENHAIN光柵系統(tǒng)進行閉環(huán)控制，從而保證了工作臺具有高精度、快速響應的運動特性。
3）立柱、滑座與橫梁
可控制由于熱引起的機床變形，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動拖板置于橫向位移滑座上。橫向位移和垂直運動均采用SIEMENS伺服電機直接驅(qū)動高精度滾珠絲杠來完成，HEIDENHAIN光柵位置反饋。橫向位移滑座以及垂直運動拖板的導軌同樣采用的是液體靜壓導軌。另外在垂直運動拖板上配備了微量進給機構(gòu)，可以實現(xiàn)砂輪架0.1 μm的微進給。為了減少砂輪架滑座自重及其橫向位移引起的橫梁變形，在橫梁的正上方設置了卸荷裝置（卸荷橫梁）。用以承擔砂輪架滑座的大部分自重，并且通過HEIDENHAIN光柵位置反饋實現(xiàn)卸荷裝置與砂輪橫向位移滑座的運動同步，從而很大限度的減少橫梁變形對磨削加工的影響。
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)，以實現(xiàn)砂輪的高剛性、高精度回轉(zhuǎn)運動。砂輪軸采用液體靜壓 軸承支承，SIEMENS內(nèi)置式主軸電機，采用冷卻液強制冷卻主軸電機，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)測砂輪的情況并立即對可能出現(xiàn)的不平衡量進行補償。
5）測量系統(tǒng)
機床配備了激光干涉儀作為加工精度的在位測量系統(tǒng)，通過機床臺面運動和測量拖板橫向運動，使激光干涉儀的鏡頭可以掃描所有加工面積。當機床進行磨削加工時，測量橫梁可以運動到加工范圍以外。
超精 密大尺寸光學玻璃平面磨床是針對國家重要光學工程行業(yè)面臨重大需求而研究開發(fā)的，是具有國際先進水平的超精 密加工關鍵裝備。該項目的開發(fā)成功，能夠?qū)崿F(xiàn)450×1200mm光學玻璃的高 精度、高 效率磨削，工件平面度可達3μm，大大縮短了后續(xù)研磨拋光的時間，可滿足激光武器、航空航天等領域?qū)Τ��?密大尺寸平面玻璃的大批量需求，對我國天文科學、國家重 點工程和軍事裝備的發(fā)展具有重要意義，并將進一步推動我國光學和激光領域制造裝備的技術突破，提升我國相關領域的核心競爭力和創(chuàng)新能力。