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超精密非球面数控磨床相关技术及应用
来源:西安鼎盛广源机械 日期:2019-1-7

超精密非球面数控磨床,广泛应用于照相机、光学仪器、通信、天文及军工等行业的非球面透镜研磨。

非球面透镜在照相机、光学仪器、通信、天文及军工等行业应用十分广泛。传统的加工方法是先通过一些专用设备粗磨后再经过精密研磨和精密抛光来完成。其大部分工作是通过手工进行的。在加工中由于要反复地进行测量和修磨,加工周期长、成本高,而且不易获得高精度,对操作者技能的要求也很高。

由于目前国内还无法提供该类产品,根据用户的要求,北京东华精机高新技术有限公司研制成功了DHM一500U超精密非球面磨床。传统方法加工一片非球面透镜大约需2~3个月的时间,而采用该磨床磨削一片非球面透镜大约只需7—10天。

该磨床的主轴、磨头、溜板和转台全部采用液体静压结构,可以达到很高的精度和刚度。X、Z、B三轴全部采用超精密级光栅作全闭环反馈。通过X、Z、B三轴联动可实现非球面类零件的超精密级磨削加工。

1.机床主要结构.机床的实际结构图见图1,图2为其加工原理图,磨头将装在转台上。实际加工中一般采用输点法,即根据非球面的函数,计算出一系列点的坐标值,将其输人系统,各运动轴将根据各点的坐标联动实现对非球面零件的加工。这样做的好处是可省去系统的计算时间,有利于提高加工精度。

(l)液体静压主轴本磨床的主轴、磨头、转台全部采用6腔半球式结构,见图3。其优点是对均化椭圆误差和三棱圆误差均有利,可以获得很高的回转精度。因为常规加工方法的形状误差多数为椭圆误差和三棱圆误差。

(2)液体静压导轨本磨床的导轨采用闭式矩形结构,毛细管节流。见图1,闭式结构的优点是精度高、刚度大、精度稳定性好,但制造难度大。这种结构经过仔细调整可以获得优于1μm/300mm的导轨直线度。本磨床的导轨直线度为0.5μm/280mm。

(3)驱动单元本磨床采用高精度的滚珠丝杠作为驱动单元,但由于其固有的特点,会产生周期性的摆动。解决的办法是采用卸荷结构。

(4)联动性能及脉冲相应要加工出理想的零件,机床一定要有很好的联动性能和脉冲相应。首先,机床应移动灵活,不应该有爬行。其次,各传动环节应有足够的刚度。另外,应仔细调整系统的相关参数。该磨床的脉冲响应曲线。可以看出,它的脉冲响应性能很好,没有出现丢步和爬行的现象。

(5)线加工精度检测及补偿在加工中,由于一些因素会影响加工精度,本磨床配备了在线检测装置。利用测量的误差来修正程序,以便得到理想的加工精度。

(6)机床隔振环境振动会对机床的加工质量有很大影响,在精密加工特别是超精密级的加工中,机床必须很好的隔振。实践证明,采用气体减振弹簧能起到很好的减振效果。采用气体减振弹簧隔振成本低,安装十分方便。

2.应用简介

(l)本磨床的最大加工直径为此φ50mm。可用于加工各类凸非球面镜及凹非球面镜。当加工凸非球面镜时,砂轮外圆的母线是直线,而加工凹非球面镜时,砂轮外圆的母线是弧线。加工中,可采用单点接触磨削,也可采用多点分别接触磨削,只是加工函数有些变化。加工时,首先应确定砂轮中心与转台中心的距离、砂轮的直径及砂轮回转轴线的初始角度。这些数值和非球面透镜的函数共同确定了x、z、B三轴联动的函数。本磨床也可用于其他一些超精密级零件的磨削加工,只是加工过程要简单一些。图9所示为非球面透镜的实际加工情况。

(2)本磨床去掉磨头,装上刀架,便是一台超精密级的数控车床。

(3)本磨床主要技术指标:

主轴回转精度:0.1μm;

砂轮轴回转精度:0.1μm;

转台回转精度:0.1μm;

导轨直线度:0.5μm/280mm;

X、Z轴定位精度:±0.5μm;

转台定位精度:±3";

移动分辨率:0.1μm;

加工件面形精度:±2μm/φ500mm。

 
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