超精密加工机床及其新技术发展

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1、超精密加工机床及其新技术发展李圣怡　戴一帆　彭小强　　摘　要：介绍了超精密加工技术、应用背景、发展动向以及超精密加工关键技术的一些最新成果。从超精密加工技术推广应用的角度阐述了其精度目标、模块化、廉价化发展趋势，同时就如何发展超精密加工技术全面介绍了目前机床模块化部件、传动系统、检测环节、数控系统和环境控制等领域的最新研究水平和成果。　　关键词：超精密加工；机床；超精密数控；误差检测　　中国分类号：TH161，TH-39　　文献标识码：A　　文章编号：1001-2486(2000)02-0095-06Ultra-precision

2、MachineToolsandDevelopmentoftheLatestTechnologyLIShen-yi，DAIYi-fan，PENGXiao-qiang(CollegeofMechatronicsEngineeringandAutomation,NationalUniv.ofDefenseTechnology,Changsha410073,China)　　Abstract：Thispaperdescribesultra-precisionmachiningtechnologytogetherwithitsapplicat

3、ionbackgroundandthelatestdevelopmentofitskeypoints.　　Theaccuracytargetandthetrendofmodularizationandlowcostaredescribedindetailfromtheviewofspreadingapplicationofultra-precisionmachiningtechnology.Undertheconsiderationofpromotingtechnologylevel,thelatestachievementsin

4、somekeytechnologiesarereviewed.Thesekeytechnologiesincludemodularcomponent,actuatingsystem,measurementtechnology,CNCsystemandenvironmentcontrolling.　　Keywords：ultra-precisionmachining；machinetools；ultra-precisionnumericcontrol；errormeasurement1　超精密加工技术的特点　　超精密加工目前尚无统一

5、的定义，在不同历史时期、不同的科学技术发展水平的情况下，有不同的理解。通常我们认为被加工零件的尺寸精度和形位精度达到零点几微米，表面粗糙度优于百分之几微米的加工技术为超精密加工技术。　　超精密加工技术是以高精度为目标的技术，它必须在综合应用各种新技术，在各个方面精益求精的条件下，才有可能突破常规技术达不到的精度界限，达到新的高精度指标。实现超精加工的主要条件应包括以下诸方面的高新技术：(1)超精密加工机床与装、夹具；(2)超精密切削刀具，刀具材料，刀具刃磨技术；(3)超精密加工工艺；(4)超精密加工环境控制（包括恒温、隔振、洁净控

6、制等）；(5)超精密加工的测控技术。　　80年代，美国UnionCarbide公司、Moore公司和美国空军兵器研究所等制定了一个以0.1μm形状精度、加工直径为800mm的大型球面光学零件超精加工为目标的超精密车床研究计划——举世闻名的POMA(PointOneMicrometerAccuracy)计划。该计划所产生的影响十分深远，其指标至今也尚未过时，90年代日本学者在此基础上提出了今后努力要达到的目标值，如表1所示。表1　POMA计划的精度目标值和今后的精度目标值Tab.1　TheaccuracytargetofPOMApl

7、anandthefutureaccuracytarget误差原因今后的目标精度（μm）POMA计划值（μm）位置检测精度0.0050.05定位精度0.0050.01偏摆、府仰、摇摆(0.05rad/s)0.02直线度0.020.02轴向跳动0.0050.02径向跳动0.0050.02主轴延伸0.0250.05主轴驱动0.010.01热影响0.0250.05工件装夹0.0250.05形状综合精度0.050.1美国LLNL实验室开发了一系列超精密实验研究型机床，1984年研制成功的大型光学金刚石车床LODTM是迄今为止精度最高的大型超

8、精密机床［1］。该机床可加工直径为2.1m、重4.5t的工件。采用高压液体静压导轨在1.07m×1.12m范围内直线度误差小于0.025μm（在每个溜板上装有标准平尺，通过测量和修正来达到），位移误差不超过0.013μm（用氦屏蔽光路的激光干涉仪来