三轴超精密单点金刚石车床SGDT350研制

文章介绍了基于静压支承技术自主研制的三轴超精密单点金刚石车床SGDT350。机床采用模块化设计,构建了开放式控制体系,成功实现了机床的高精度运动。经实测机床主轴回转跳动≤50nm,导轨直线度允差≤0.3μm/250mm,加工φ75mm口径SR250mm铝合金凸球面面形PV值达0.24μm,表面粗糙度Sa值达3.5nm,表明了机床具有较好的运动精度和加工性能。     

一种用于液体静压导轨的高精密液压站设计

液体静压导轨是精密超精密加工机床的重要功能单元,液压站是液体静压导轨正常工作的必要辅助单元。液体静压导轨要保持高的精度,液压站必须能够为静压导轨提供压力非常稳定的润滑油输入。设计一种用于液体静压导轨的高精密液压站,该液压站利用变频电机驱动精密齿轮泵供给润滑油,利用全闭环反馈调节装置控制润滑油的稳压输出。实际测量证明:该液压站的输出压力稳定精度可达±0.05%,应用于超精密机床上的液体静压导轨取得了良好的效果。     

精密机床负压吸附导轨的研究

介绍了负压吸附导轨的工作原理,针对精密机床开式静压方式工作过程中存在的漂移和运动不稳定问题,提出采用负压发生器与小孔节流流量控制器相结合的新型负压吸附静压支承技术,建立了负压吸附导轨计算模型,并对气膜刚度进行了分析计算,保证了精密机床开式静压导轨所需的气膜厚度和刚度。并将该技术应用到机床导轨中,应用表明:提高了机床运动稳定性及工件的加工精度。     

液体静压功能部件发展及应用

主要阐述了液体静压功能部件包括静压导轨、静压丝杠、静压主轴、静压转台的发展现状以及在高端数控金属切削机床上的应用。     

精密数控车床静压导轨的设计

介绍液体静压导轨应用于精密机床的优点,根据DLM系列精密数控车床的整体结构方案及其导轨的工况确定了静压导轨的结构方案；分析DLM系列精密数控车床的静压导轨受载情况,得到各油腔的支反力,并完成静压导轨各个参数的计算.     

一种新型精密加工机床

采用静压主轴、静压导轨、气浮轴承等高新技术,对菲涅尔透镜模具进行精密加工.     

现代超精密加工机床的发展及对策

超精密加工机床是实现超精密加工的重要机械装备。介绍了当前国内外超精密机床的发展现状,从系统的角度分析了影响机床加工精度的因素,并对我国超精密加工机床的研发提出了一点建议。     

超精密空气静压主轴的模态试验分析

以超精密空气静压主轴为研究对象,运用模态试验方法分析其动力学特性,获得结构的模态参数及径向、止推轴承气压变化对转子各阶频率的影响,为修正主轴的动力学仿真模型提供了参考,为评价和优化主轴性能、提高静压支承技术水平提供了支持。     

超精密机床液体静压导轨静动态特性研究

高精度高刚度导轨是实现脆性材料高效高表面完整性加工的前提条件。以超精密机床的液体静压导轨为研究对象,设计了液体静压导轨结构,建立了导轨的三维模型与数学模型,并通过数值仿真,预测出不同参数条件下液体静压导轨的静态特性与动态特性。开展了超精密机床液体静压导轨静动态特性实验,验证模型的可靠性,结果表明模型预测值与实验测量结果相近,表明模型可靠,为实现脆性材料的高效高表面完整性加工奠定了理论基础。     

基于PMAC的大型超精密车铣机床数控系统开发

以自行研制的基于工业PC机和PMAC卡的大型超精密车铣机床的开放式数控系统为对象,详细介绍了其硬件构成及控制、通讯原理,以及软件的结构和功能,简述了系统软件的编程。并分析了系统超精密定位和反馈检测性能,其能很好满足所装备的大型车铣机床的超精密定位和位置跟踪要求,实现机床的超精密、大行程的车铣加工。     

三坐标精密运动平台的设计

在超精密切削、磨削、特种加工中,大行程驱动与高精度进给是难以解决的矛盾,也是多坐标超精密加工的难点.本文以三维结构的超精密加工为对象,进行了适合超精密三维结构特种加工运动平台的设计,实现了较大行程的三维精密运动.该精密运动平台也是研制超精密加工机床的基础.     

高锰钢精密超精密镜面加工技术及试验研究

目的 利用ELID磨削技术对ZGMn13Cr2高锰钢进行精密超精密镜面磨削加工试验研究,解决其加工性能差的问题,以提升表面质量,采用二次回归通用旋转设计试验,探究不同试验因素对ZGMn13Cr2高锰钢加工表面质量的影响规律,并对各因素工艺参数进行优化。方法 对MSG-612 CNC超精密成型平面磨床进行ELID磨削工艺模块化改造后,采用240#、W10粒度的金属结合剂金刚石砂轮对直径f50 mm、厚度10 mm的样件进行ELID磨削加工,对比两种粒度砂轮的加工效果。应用二次回归通用旋转设计进行工艺试验,搭建表面粗糙度二次回归数学模型,探究不同试验因素对工件表面质量的影响程度,使用判定系数R2检验二次回归模型对实际情况的拟合程度。最后,由lingo软件对二次回归数学模型进行优化,得出ZGMn13Cr2高锰钢ELID磨削各试验因素工艺参数的最佳组合。结果 经W10金属结合剂金刚石砂轮加工后,样件获得较高精度的镜面效果,两种粒度所加工的样件表面均无烧伤。判定系数R2检验二次回归模型对实际情况的拟合度为99.24%,模型的预测结果对实际加工有指导意义。优化得出的最佳工艺参数组合为：砂轮线速度35 m/s,电解电压90 V,砂轮进给量2 μm,电解间隙0.734 mm。结论 ELID精密超精密镜面磨削加工技术可大幅提高ZGMn13Cr2高锰钢的加工效率和加工精度,减少工件表面烧伤,在高锰钢磨削加工方面具有良好的应用价值。     

三维微细电火花加工精密运动系统的设计研究

提出一种新的、可用于多种微细加工的、低速、多自由度并具有纳米精度的三维极微细电火花加工系统.初步构建出极微细电火花加工机电系统功能模块,实现极微细电火花三维加工过程的监测与控制;优化加工系统的控制和基本的工艺参数设置;达到纳米级电火花加工的关键技术途径.     

A New Method for Evaluating Error Motion of Ultra Precision Spindle

Conventional measuring methods for evaluating error motion of spindle rotation are inadequate to meet the current needs of ultra precision spindle bearing systems.In this paper, therefore, a new measuring method for spindle rotational accuracy based on a three points method was proposed. This method made it possible to reduce considerably the time and effort required in measuring the spindle rotational accuracy. Measurement of error motion to the nano-meter order was attained. Furthermore, this method was proved to be an effective method for measuring the out-of-roundness of a testpiece.     

超精密车削刀具偏置校正方法的研究

刀具偏置的校正是超精密车削的首要任务,对提高超精密车削效率及精度具有非常重要的意义。传统的刀具偏置校正方法由于缺乏理论指导,存在校正效率低、精度低的缺点,即使利用国外进口软件进行辅助校正,也存在一些问题。对超精密车削中金刚石刀具偏置造成的车削误差展开理论分析,在理论分析的基础上,给出提高刀具偏置校正精度及效率的原则,提出一种新的刀具偏置校正方法——泰曼格林干涉仪在线检测法,并用实验证明其准确性。     

超精密晶圆减薄砂轮及减薄磨削装备研究进展

在芯片制程的后道阶段,通过超精密晶圆减薄工艺可以有效减小芯片封装体积,导通电阻,改善芯片的热扩散效率,提高其电气性能、力学性能。目前的主流工艺通过超细粒度金刚石砂轮和高稳定性超精密减薄设备对晶圆进行减薄,可实现大尺寸晶圆的高精度、高效率、高稳定性无损伤表面加工。重点综述了目前超精密晶圆减薄砂轮的研究进展,在磨料方面综述了机械磨削用硬磨料和化学机械磨削用软磨料的研究现状,包括泡沫化金刚石、金刚石团聚磨料、表面微刃金刚石的制备方法及磨削性能,同时归纳总结了软磨料砂轮的化学机械磨削机理及材料去除模型。在结合剂研究方面,综述了金属、树脂和陶瓷3种结合剂的优缺点,以及在晶圆减薄砂轮上的应用,重点综述了目前在改善陶瓷结合剂的本征力学强度及与金刚石之间的界面润湿性方面的研究进展。在晶圆减薄超细粒度金刚石砂轮制备方面,由于微纳金刚石的表面能较大,采用传统工艺制备砂轮会导致磨料发生团聚,影响加工质量。在此基础上,总结论述了溶胶–凝胶法、高分子网络凝胶法、电泳沉积法、凝胶注模法、结构化砂轮等新型工艺方法在超细粒度砂轮制备方面的应用研究,同时还综述了目前不同的晶圆减薄工艺及超精密减薄设备的研究进展,并指出未来半导体加工工具及装备的发展方向。     

Multifunctional structure solutions for Ultra High Precision (UHP) machine tools

This paper aims to study innovative structure solutions for Ultra High Precision (UHP) Machine Tools (MT) within machining applications at micro/mesoscale level (10–10 000 μm range). There are many aspects that can affect the accuracy of UHP machining performance. The most important issues are related to the static, dynamic and thermal behaviour of the machines. This paper shows a complete study and thermal testing validation on a set of prototypes (plates and beam) based on sandwiches with core made of metal foam (open cells) material impregnated by phase change materials. The proposed multifunctional structure (which provides high stiffness to weight ratio, good damping properties together with thermal stability) consists of a machine tool part, a beam (Z-axis) of a precision milling machine. The authors have designed, realised and tested prototypes developing thermal trials and then evaluating the experimental data. The trials consisted to test the prototype thermal stability when the environmental temperature varies in a specified range (20–50 °C), in order to assess the PCM proprieties to absorb heat and maintain performances for a long duration. Furthermore, a numerical-experimental validation through finite element analysis on the beam prototype is presented.     

端面超精密车削中的面型误差辨识技术研究

为分析超精密车削过程中典型干扰因素对面型精度的影响机制以及这些干扰因素所造成面型误差的特性，基于国产超精密机床Nanosys600对Al6061进行单点金刚石车削实验。通过切削-面型轮廓测量-面型轮廓滤波-分析的迭代过程，辨识和排查了加工过程中的误差来源。在进行环境温度调控和更换导轨工作区域后，滤波后的面型轮廓波峰波谷差值由1 510 nm降低到203 nm。     

高精度双伺服环控制定位系统的研究

为满足高精度数控加工设备的需求，本文在分析压电陶瓷输入—输出非线性关系，比较电压和电荷控制方式优劣的基础上，利用具有高速运算能力的DSP处理器为控制器，实现了一个双伺服环定位控制系统。实际运用表明：该系统达到较高的控制精度和运行效率。