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国外超精密数控机床概述--

国外超精密数控机床概述

20世纪50年代后期，美国首先开始进行超精密加工机床方面的

研究，当时因开发激光核聚变实验装置和红外线实验装置需要大型金

属反射镜，急需反射镜的超精密加工技术和超精密加工机床。人们通

过使用当时精度较高的精密机床，采用单点金刚石车刀对铝合金和无

氧化铜进行镜面切削，以此为起点，超精密加工作为一种崭新的机械

加工工艺得到了迅速发展。1962年，UnionCarbide公司首先开发出

的利用多孔质石墨空气轴承的超精密半球面车床，成功地实现了超精

密镜面车削，尺寸精度达到士0.6um，表面粗糙度为Ra0.025um，从

而迈出了亚微米加工的第一步。但是，金刚石超精密车削比较适合一

些较软的金属材料，而在航空航天、天文、军事等应用领域的卫星摄

像头方面，最为常用的却是如玻璃、陶瓷等脆性材料的非金属器件。

用金刚石刀具对这些材料进行切削加工，则会使己加工表面产生裂

纹。而超精密磨削则更有利于脆性材料的加工。

UnionCarbide公司的另一代表性产品是其在1972年研制成功

的R-0方式的非球面创成加工机床。这是一台具有位置反馈的双坐标

数控车床，可实时改变刀座导轨的转角0和半径R，实现非球面的镜

面加工。加工直径达380mm，工件的形状精度为士0.63um，表面粗糙

度为Ra0.025um。

摩尔公司(MoodSpecialTool)于1968年研制出带空气主轴的

Moori型超精密镜面车床，但为了实现脆性材料的超精密加工，该公

司又于1980年在世界上首次开发出三坐标控制的M-18AG型超精密非

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球面金刚石刀具车削、金刚石砂轮磨削机床。该机床采用空气主轴，

回转精度径向为0.075pm；采用Allen-Braley7320数控系统；X，Z

轴行程分别为410mm和230mm，其导轨的平直度在全长行程范围内均

在0.5um以内，B轴的定位精度在3600范围内是0.38um；采用金刚

石砂轮可加工最大直径为356mm的各种非球面的金属反射镜。

RankPneumo公司于1980年向市场推出了利用激光干涉仪来完

成位置闭环控制的双轴联动MSG型超精密数控车床。该车床可加工直

径350mm的非球面金属反射镜，加工表面粗糙度为R．x0.05gma1988

年，该公司又开发成功ASG2500，ASG2500T，Nanoform300型机床。

这些机床不仅能够进行超精密切削加工，而且可加工直径达300mm的

非球面反射镜。该公司以上述机床为基础，又于1990年开发出

Nanoform600，能加工直径为600rnm的非球面反射镜，工件形状精度

优于0.1um，表面粗糙度优于RQ0.01um。1996年，该公司又推出了

Nanoform250型超精密复合加工机床，不仅可进行金刚石切削、磨削

和抛光，而且能够直接磨削出符合光学表面质量和型面精度的硬脆材

料光学零件。

目前，美国从事超精密加工制造比较有名的公司、企业至少有

30家。其中最具代表性并取得重大成果的有前面提到的Union

Carbide公司LLNL(LawrenceLivermoreNationalLaboratory)实

验室。从20世纪60年代开始，LLNL实验室先后开发出DTM-1、DTM-2

型超精密机床，并于1983年9月成功地开发出代表当代超精密机床

最高水平的DTM-3卧式大型光学金刚石超精密车床。该机床可加工直

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径2100mm，重4497kg的工件；其刀架的传动装置采用摩擦驱动，利

用激光干涉仪进行位置测量；采用液体静压轴承和液体静压导轨，位

置精度可达0.013um；加工黄铜零件，表面粗糙度可达8.0.0076um。

1984年9月，LLNL实验室又与美国空军WRIGHT航空研究所等单位合

作，研制成功LODTM(LargeOpticsDiamondTurningMachine)型大

型立式超精密数控车床。该车床可加工直径1625nun的工件；采用专

门研制的7路双频激光干涉仪进行各种位置信息的测量，再通过数据

处理，提供精确的反馈信息给伺服系统，驱动刀架保证刀具相对工件

的位置，测量分辨率为0.635nmo为了保证位置伺服控制精度，采用

精密数字伺服控制方式，控制部分为内装式CNC装置。为了实现刀具

的微量进给，该机床采用压电式微位移机构，可实现纳米级微位移，

加工精度可以达0.025um。LODTM是公认的当今世界最高水平的超精

密车床之一。

与美国不同，日本的超精密加工技术