哈工大和哈工大深研院在超精密加工方面的状况

哈工大和哈工大深研院在超精密加工领域的状况杜建军哈工大深圳研究生院HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool超精密加工技术是机械制造领域的重要方面，它的发展是尖端技术的基础，它的成就将是推动整个科技向更高层次发展的重要手段。“财富”杂志上有这样一句话“超精密加工技术对光学元件的作用犹如当初集成电路对电子元件的作用”，非常形象地说明了超精密加工对整个社会和经济发展的重要性。1哈工大深研院在超精密加工领域的状况HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool哈工大深研院在超精密加工领域的状况哈工大深研院在精密超精密加工方面开展了深入的研究，开展了用于超精密和超高速加工领域的气体润滑技术研究，开发了超精密机床的精密气浮主轴、精密气浮导轨、超高速气浮电主轴，以及单点金刚石超精密数控车床和基于并联机构的抛光机等等，建立了相应的实验和检测环境。为沈阳第一机床厂开发的超精密车床气浮刀架轴(加工菲涅耳透镜，已成功实现产业化)(1)超精密车床气浮刀架轴的研制HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool)静态偏摆测试(1μm)5)刀具夹持力矩测试(100N·cm)哈工大深研院开发成功的15万转气浮电主轴3)动态偏摆为4μm1哈工大深研院在超精密加工领域的状况1)超高速气浮电主轴照片(用于PCB板微小孔钻削加工)2)激光测速照片（图中转速为11427x10万转，即11万转左右）激光光点(红)(2)超高速气浮电主轴的研制HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool哈工大深研院在超精密加工领域的状况本提升项目的技术指标为：z加工零件的表面粗糙度：30nm；z主轴回转精度：轴向50nm，径向50nm；z主轴最高转速：2000rpm；zX轴、Z轴行程：140mm；z直线光栅分辨率：1nm；z导轨直线度（敏感方向）：0.3μm/全行程；(3)用于小型光学零件加工的单点金刚石超精密数控车床的研制联合深圳航天科技创新研究院，开发成功了加工对称回转面的超精密车床，样机在哈工大深研院。HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool主轴工件刀具总体布局图(a)俯视图ZX(b)前视图主轴刀具(如想快刀加工，安装FTS模块)c)三维视图床身ω空气弹簧空气弹簧导轨主轴d)机床隔振HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool气浮主轴的创新结构方案(a)传统的气体轴承主轴(b)本项目采用的气体轴承主轴系统(已申请专利，申请号：201110104637.1，正在审批中)抽真空通道轴向气膜主轴新结构方案的特点：(1)主轴箱与轴承一体化设计；(2)只有3个零件；(3)装配容易；(4)尺寸稳定性好。主轴配备高性能旋转电机和高角度角度编码器，实现主轴的静密角度控制。1哈工大深研院在超精密加工领域的状况HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool气浮导轨的创新结构方案新构型的气浮导轨的溜板不容易变形，精度保持性好。导轨，尤其是Z向导轨，配备高性能直线电机和高精度光栅尺，实现导轨的高精度位置控制和动态响应。(a)传统的气体静压导轨构型（溜板在气体压力的作用下，容易变形，精度保持性不好）(b)本项目拟采取的气体静压导轨构型（正在申请专利）1哈工大深研院在超精密加工领域的状况HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool超精密车床其它辅助技术的研究(a)真空吸盘示意图(b)刀架示意图真空吸盘采用如下图(a)所示的结构示意图，可以吸附不同直径的工件、吸附能力强等优点。刀架采用如下图(b)所示的结构示意图，具有可微调刀具的高度、夹持刚性强等优点。1哈工大深研院在超精密加工领域的状况HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool)球面车削补偿前(PRt=0.4150μm)b)球面车削补偿后(PRt=0.2267μm)哈工大和香港理工大学已经开发了基于Nanoform200超精密车床的误差补偿软件（补偿后的加工精度可以提高50%），可以将该成果直接应用于本项目的超精密车床。x主轴马达刀具OwOTZO1工件XOO3O2O4zz向溜板x向溜板1哈工大深研院在超精密加工领域的状况HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool联合深圳航天科技创新研究院，开发成功了加工对称回转面的超精密车床，样机在哈工大深研院。a)转轴b)气浮轴承c)轴承内孔b)气浮导轨哈工大深研院研制成功的加工对称回转面的超精密车床1哈工大深研院在超精密加工领域的状况HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool项目组与香港理工大学联合开发成功的“Nanoform300超精密虚拟车床及其检测系统”1哈工大深研院在超精密加工领域的状况(4)开发了超精密虚拟车床及其检测技术HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool(5)实验室具有高精度的测试和检测平台(a)TaylorHobson圆度仪(c)转子动平衡仪(d)动态信号分析仪实验室具备的测试和检测平台(b)TaylorHobson轮廓度仪(e)双频激光干涉测量仪1哈工大深研院在超精密加工领域的状况HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool哈工大在精密超精密加工领域居于全国领先地位，为国家的国防、航空航天和民用领域研发了多台超精密加工设备，并开展了基础理论研究和超精密加工工艺研究。2哈工大在超精密加工领域的状况主要研究方向(1)基础理论研究；(2)纳米加工技术；(3)超精密加工工艺与设备；(4)金刚石刀具刃磨技术；(5)精密非标设备；(6)微系统制造技术；HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool哈工大在超精密加工领域的状况极薄切削技术研究在对分子动力学仿真技术、极薄切削机理等方面进行深入研究的基础上，实现了3nm厚的极薄切削。接近世界最高水平1nm。HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool（ºC）(b)温度场(a)切屑形状应变ε(c)塑性应变应力σ（MPa）(d)等效应力直角切削切屑形成的三维仿真HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool（ºC）(b)温度场(a)切屑形状应变ε(c)塑性应变应力σ（MPa）(d)等效应力斜角切削切屑形成的三维仿真2哈工大在超精密加工领域的状况HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool国内最早研究ELID磨削技术的单位。在精密机床上，已实现了光学玻璃、陶瓷、硬质合金等多种难加工材料的镜面磨削。加工零件的表面粗糙度Ra≤10nm，已在23所、205所、230厂等单位应用。ELID磨削技术2哈工大在超精密加工领域的状况HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool主轴回转精度：0.05　m导轨直线度:0.2　m/200mm恒温油温控精度:0.004　C微量进给精度：0.05　m加工的零件精度：0.2　m加工的零件:Ra≤0.02　m鉴定结论：国内领先,国际先进。获部级一等奖超密精加工机床的研制2哈工大在超精密加工领域的状况HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool哈工大在超精密加工领域的状况该机床可以实现大型平面的超精密铣削加工。主要技术指标：主轴回转精度：0.05μm导轨直线度:0.2μm/600mm超精密铣床HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool小型超精密加工机床2哈工大在超精密加工领域的状况HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool直径为Ф7µm的微细电极微细长轴的SEM照片2哈工大在超精密加工领域的状况HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool、螺距为10螺纹2哈工大在超精密加工领域的状况HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool圆弧刃金刚石刀具刃磨与检测技术研制了国内首台六轴超精密圆弧刃金刚石刀具刃磨机和首台金刚石刀具刃口检测仪。技术指标：圆弧半径精度：0.1　m；刃口半径检测精度：30nm。国内领先。2哈工大在超精密加工领域的状况HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool精密非标设备的设计与制造将现代设计理论及方法应用于国防非标设备的研制中，完成了42台套国防大型精密非标设备，为我国战略武器（DF31)、载人航天工程（神州-1号）、杀手锏武器（巡航导弹、巨浪-2号）、战术武器（HY-6号）的研制、打破国外禁运做出了重要贡献。2哈工大在超精密加工领域的状况HarbinInstituteofTechnolo