超精密加工機床關(guān)鍵技術(shù)與應用
傳統(tǒng)光學系統(tǒng)因時代技術(shù)所限，結(jié)構(gòu)和元件形狀都較簡單。傳統(tǒng)光學元件加工，其加工精度依賴的是工藝方法，低精度加工機床仍可達到高的光學元件加工精度效果。這類機床通常也被稱為“非確定性”（Nondeterministic）加工機床。采用傳統(tǒng)加工方法的“非確定性”加工機床只適合加工球、平面等簡單形狀和玻璃類硬脆材料的光學元件。
隨著科技的發(fā)展，特別是現(xiàn)代光電子技術(shù)、計算技術(shù)的發(fā)展，當今的光學應用系統(tǒng)無論光學元件形面的復雜性、材料的多樣性、小和大兩方面的幾何尺度都有了巨大的發(fā)展變化。傳統(tǒng)的“非確定性”加工機床和方法已不能適應現(xiàn)代光學系統(tǒng)元件加工需求：或是根本無法加工，或是加工效率極低?，F(xiàn)代超精密加工機床應運而生，它特指“確定性”（Deterministic）超精密加工機床。
超精密加工機床關(guān)鍵技術(shù)
機床系統(tǒng)總體綜合設(shè)計技術(shù)。常規(guī)機床設(shè)計與制造，各環(huán)節(jié)技術(shù)上都有很大寬容度。超精密機床各環(huán)節(jié)基本都處于一種技術(shù)極限或臨界應用狀態(tài)，哪個環(huán)節(jié)稍考慮或處理不周，就會導致整體失敗。因此，設(shè)計上需對機床系統(tǒng)整體和各部分技術(shù)有著非常全面、深刻的了解。需依可行性，從整體最優(yōu)出發(fā)，極其周詳?shù)剡M行關(guān)聯(lián)綜合設(shè)計。
高剛性、高穩(wěn)定機床本體結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造技術(shù)。特別是LODTM機床，由于機身大、自身重，承載工件重量變化大，任何微小的變形都會影響加工精度。結(jié)構(gòu)設(shè)計除從材料、結(jié)構(gòu)形式、工藝方面達到要求，還須兼顧機床運行時的可操作性。
超精密工件主軸技術(shù)。中、小型機床常采用空氣靜壓主軸方案。空氣靜壓主軸阻尼小，適合高速回轉(zhuǎn)加工應用，但承載能力較小。空氣靜壓主軸回轉(zhuǎn)精度可達0.05μm。
LODTM機床主軸承載工件尺寸、重量大，一般宜采用液體靜壓主軸。液體靜壓主軸阻尼大、抗振性好、承載力大，但液體靜壓主軸高速發(fā)熱大，需采取液體冷卻恒溫措施。液體靜壓主軸回轉(zhuǎn)精度可達0.1μm。為了保證主軸精度和穩(wěn)定性，無論氣壓源、或液壓源都需恒溫、過濾和壓力精密控制處理。
超精密導軌技術(shù)。早期的超精密機床采用氣浮靜壓導軌技術(shù)。氣浮靜壓導軌易于維護，但阻尼小，承載抗振性能差，現(xiàn)已較少采用。閉式液體靜壓導軌具有高抗振阻尼、高剛度、承載力大的優(yōu)勢。國外主要的超精密加工現(xiàn)主要采用液體靜壓導軌。超精密的液體靜壓導軌的直線度可達到0.1μm。
納米級分辨率動態(tài)超精密坐標測量技術(shù)。激光干涉測量是一種高精度的標準幾何量測量基準，但是，易受環(huán)境因素（氣壓、濕度、溫度、氣流擾動等）影響。為此，美國LLNL的LODTM坐標激光測量回路采用了真空隔離，和零溫度系數(shù)的殷鋼坐標測量框架的措施。這也是激光坐標測量方面的頂尖應用。
當今的超精密機床坐標測量系統(tǒng)大多采用衍射光柵。光柵測量系統(tǒng)穩(wěn)定性高，分辨率可達nm級。為了進一步獲得超高的位置控制特性和加工表面質(zhì)量，采用DSP細分，測量系統(tǒng)分辨率可達納米級。
納米級重復定位精度超精密傳動、驅(qū)動控制技術(shù)。為了實現(xiàn)光學級的確定性超精密加工，機床必須具有納米級重復定位精度的刀具運動控制品質(zhì)。伺服傳動、驅(qū)動系統(tǒng)需消除一切非線性因數(shù)，特別是具有非線性特性的運動機構(gòu)摩擦等效應。因此，采用氣浮、液浮等無靜摩擦效應軸承、導軌、平衡機構(gòu)成了必然的選擇。伺服運動控制器除了高分辨、高實時性要求外，控制算法模式也需不斷進步。
開放式高性能CNC數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)。從加工精度和效能出發(fā)，數(shù)控系統(tǒng)除了滿足超精密機床控制顯示分辨率、精度，實時性等要求，還需擴展在機測量、對刀、補償?shù)仍S多輔助功能。通用數(shù)控系統(tǒng)難以滿足要求。所以，超精密機床現(xiàn)基本都采用PC 運動控制器研制開放式CNC數(shù)控系統(tǒng)模式。
高精度氣、液、溫度、振動等工作環(huán)境控制技術(shù)。機床隔振及水平姿態(tài)控制。振動對超精密加工的影響非常明顯，遠駛的汽車都有影響。機床隔振需采取特殊的地基處理和機床本體氣浮隔振復合措施。機床體氣浮隔振系統(tǒng)還需具備自動調(diào)平功能，以防止機床加工中水平狀態(tài)變化對加工的影響。對于LODTM隔振要求高的機床，隔振系統(tǒng)的自然頻率要求在1HZ以下。
溫度控制。溫度對加工精度的影響非常大。因此，LODTM機床溫控要求極其高。
應用展望
超精密加工機床系統(tǒng)與技術(shù)總的發(fā)展趨勢：更高的加工表面質(zhì)量、面形精度；朝大、小尺度兩個方向發(fā)展；提高工件復雜形面、不同材料的加工適應性等。
大的尺度發(fā)展應用如適應未來空、天基強激光武器輕質(zhì)、高剛性金屬基主反射鏡加工的超大型SLODTM機床；地基超大口徑深空望遠鏡（如歐洲的Euro50(Φ50m）、OWL(Φ100m))拼接式離軸非球面鏡（數(shù)米尺寸）加工的多軸超精密磨削加工等。
近年來，太赫茲（THZ）作為一門新興技術(shù)得到了廣泛重視，是未來超精密加工技術(shù)與機床極為廣大和重要的應用領(lǐng)域。在大的尺度方面，太赫茲應用不亞于前列的大的發(fā)展需求，如太赫茲天線鏡面加工需求。在小的尺度方面，太赫茲系統(tǒng)中的微型波紋喇叭天線（毫米級復雜形狀內(nèi)腔，微米級加工精度）是未來所需解決的超精密加工難題之一。在加工面形的復雜度方面，由于太赫茲波束控制元件表面電磁特性，其設(shè)計元件面形更具復雜性，如非對稱賦形自由曲面等。在加工材料方面，太赫茲應用更具多樣性。
發(fā)展超精密加工機床系統(tǒng)，我國需重點突破解決的關(guān)鍵技術(shù)包括：高精度、高分辨率、高穩(wěn)定、大位移坐標測量系統(tǒng)，先進控制算法（自適應控制、二階動態(tài)無差控制等）的高性能多軸運動控制器，工件在機超精密測量與補償技術(shù)，超高精度環(huán)境控制技術(shù)等。
文章鏈接：中國機床商務網(wǎng) http://www.jc35.com/news/detail/32552.html
宋經(jīng)理:13705419939 