【編者按】現(xiàn)代超精密加工機(jī)床與系統(tǒng)已應(yīng)用到當(dāng)代多個(gè)高端技術(shù)領(lǐng)域从诲，在推動(dòng)科技進(jìn)步方面發(fā)揮著重大作用果元。超精密加工機(jī)床系統(tǒng)研究與未來(lái)發(fā)展的重要性员萍，對(duì)加強(qiáng)國(guó)防建設(shè)具有重大意義腾降。

現(xiàn)代超精密加工機(jī)床與系統(tǒng)已應(yīng)用到當(dāng)代多個(gè)高端技術(shù)領(lǐng)域，在推動(dòng)科技進(jìn)步方面發(fā)揮著重大作用碎绎◇θ溃總體上，我國(guó)該項(xiàng)技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平還有較大差距筋帖。瞄準(zhǔn)未來(lái)發(fā)展方向奸晴，抓住主要矛盾，突破關(guān)鍵技術(shù)日麸，適應(yīng)發(fā)展需求寄啼，對(duì)推動(dòng)我國(guó)科技進(jìn)步，加強(qiáng)國(guó)防建設(shè)具有重大意義代箭。

光學(xué)元件因面形精度和表面質(zhì)量要求非常高诬簇，是超精密加工典型性和代表性的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)因設(shè)計(jì)、計(jì)算虑夕、加工和制造技術(shù)所限秘乍，結(jié)構(gòu)和元件形狀都較簡(jiǎn)單——光學(xué)元件形面通常為平面或球面。傳統(tǒng)的光學(xué)元件加工時(shí)沼改，采用大數(shù)崖郎、無(wú)規(guī)則軌跡控制和均化效應(yīng)等工藝，配合檢測(cè)经翻，可獲得良好的超精密加工效果写雾。這里的加工精度依賴的是工藝方法，而不苛求加工機(jī)床本身的精度竹砾。低機(jī)械精度的加工機(jī)床仍可達(dá)到高的光學(xué)元件加工精度效果蓬抖，這類機(jī)床通常也被稱為“非確定性”（Non-deterministic）加工機(jī)床。采用傳統(tǒng)加工方法的“非確定性”超精密加工機(jī)床只適合加工球面吊违、平面等簡(jiǎn)單形狀和玻璃類硬脆材料的光學(xué)元件肝浴。

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，特別是光電子技術(shù)雷猪、計(jì)算技術(shù)的發(fā)展睛竣，當(dāng)今的光學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)在適應(yīng)光學(xué)元件形面的復(fù)雜性、材料的多樣性求摇、幾何尺度的大小方面都有了巨大的發(fā)展變化射沟。傳統(tǒng)的“非確定性”超精密加工機(jī)床和工藝方法已不能適應(yīng)現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)元件加工需求——或是根本無(wú)法加工，或是加工效率極低与境。

而“確定性”（Deterministic）超精密加工機(jī)床和可控制刀具（如金剛石刀具）能以極高精度的空間運(yùn)動(dòng)軌跡直接加工成型具有光學(xué)鏡面效果的產(chǎn)品验夯。具有這種性能的機(jī)床不僅使加工效率得到了極大提高，還可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)方法難以加工處理的金屬基摔刁、光學(xué)晶體等材料及非球類復(fù)雜形面元件的超精密加工挥转。

現(xiàn)代超精密加工系統(tǒng)

超精密機(jī)床的高確定性取決于對(duì)影響精度性能的各環(huán)節(jié)因素的控制。這些控制品質(zhì)常常要求達(dá)到當(dāng)代科技的極限簸搞，如機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件（導(dǎo)軌扁位、主軸等）較高的運(yùn)動(dòng)精度和可控性（如摩擦、阻尼品質(zhì)）趁俊，機(jī)床坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)較高的分辨率域仇、測(cè)量精度和穩(wěn)定性，運(yùn)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)較高的動(dòng)剩跛、靜態(tài)加工軌跡跟蹤和定位控制精度等础恰。此外，還要求數(shù)控系統(tǒng)具有較高性能的多軸實(shí)時(shí)控制及數(shù)據(jù)處理能力优狡，機(jī)床本體的高剛性呻舆、高穩(wěn)定性和優(yōu)良的振動(dòng)阻尼绷举。為了防止環(huán)境振動(dòng)和加工中機(jī)床姿態(tài)微小變化的影響，機(jī)床還需安裝隔振芯拇、精密自動(dòng)水平調(diào)整機(jī)構(gòu)等嘉散。

環(huán)境因素對(duì)超精密加工影響巨大。特別是大型超精密加工機(jī)床對(duì)環(huán)境控制極為嚴(yán)苛双漫，包括高穩(wěn)定性地基振動(dòng)控制完憨、機(jī)床本體液體溫控、環(huán)境空氣流場(chǎng)和溫度控制刑吕。另外巫庵，以現(xiàn)有的科技手段，對(duì)聲場(chǎng)及任何可能對(duì)機(jī)床狀態(tài)產(chǎn)生微小擾動(dòng)的因素都要進(jìn)行嚴(yán)格控制端伪。

1 SPDT單點(diǎn)金剛石車床系統(tǒng)

現(xiàn)代光學(xué)確定性加工技術(shù)的核心是數(shù)控超精密加工機(jī)床右冻。其中，最具有代表性的是SPDT（Single Point Diamond Turing著拭，單點(diǎn)金剛石車削）機(jī)床纱扭。SPDT采用金剛石刀具，可直接車削加工成型達(dá)到光學(xué)級(jí)質(zhì)量的金屬基茫死、光學(xué)晶體等材料的非球曲面零件跪但。

20世紀(jì)80年代，美國(guó)為了解決天基高能激光武器峦萎、慣性約束核聚變點(diǎn)火、太空探測(cè)忆首、高能粒子加速器等國(guó)家重大工程中光學(xué)系統(tǒng)加工技術(shù)難題爱榔，專門組織在勞倫斯·利弗莫爾（LLNL）國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展了大、小多種尺寸和立糙及、臥不同類型SPDT機(jī)床系統(tǒng)研究详幽。

在LLNL研發(fā)的SPDT機(jī)床中，最具技術(shù)代表性的要數(shù)LODTM（Large Optic Diamond Turning Machine浸锨，大型光學(xué)金剛石車床）唇聘。LODTM機(jī)床系統(tǒng)投資巨大，設(shè)計(jì)方案周詳私庇，關(guān)鍵技術(shù)解決方案采用了當(dāng)時(shí)最新技術(shù)手段匿忿。至今，LODTM的某些技術(shù)指標(biāo)都難以超越舀蚕。LODTM在超精密加工技術(shù)與機(jī)床系統(tǒng)發(fā)展史上具有里程碑的示范作用执鲜。

美國(guó)在發(fā)展信息戰(zhàn)和精確制導(dǎo)裝備中，為了解決大量非球面光學(xué)晶體材料和元件的加工難題厢申，需要相當(dāng)數(shù)量的具有高效及非球面光學(xué)零件加工能力的SPDT機(jī)床鲜伶。90年代后，商品化的SPDT機(jī)床得到了重點(diǎn)研發(fā)支持和廣泛應(yīng)用。

2 XZC超精密加工機(jī)床系統(tǒng)

普通的SPDT機(jī)床主軸只進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制惨侍，因而只能加工回轉(zhuǎn)對(duì)稱類非球面零件驳鸿。對(duì)于非回轉(zhuǎn)對(duì)稱的光學(xué)自由曲面加工，這樣的SPDT機(jī)床就無(wú)能為力了箱充。

通過(guò)對(duì)SPDT機(jī)床的主軸配置高分辨率的角度檢測(cè)裝置动苍，形成可進(jìn)行轉(zhuǎn)角位置精密控制的C軸，SPDT機(jī)床可拓展成工件主軸和加工刀具運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制的XZC超精密加工機(jī)床镶骗。機(jī)床通過(guò)XZC聯(lián)動(dòng)控制可解決具有某些特征和類型的非回轉(zhuǎn)對(duì)稱的光學(xué)自由曲面元件的加工難題桶现。

（1）FTS快速刀具伺服超精密加工技術(shù)。

針對(duì)微小陣列結(jié)構(gòu)的光學(xué)自由曲面元件鼎姊，曲面曲率變化大骡和，XZC聯(lián)動(dòng)加工時(shí)刀具會(huì)產(chǎn)生非常大的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)加速度變化。因刀具安裝機(jī)床拖板大慣量和驅(qū)動(dòng)功率所限相寇，加上振動(dòng)因數(shù)慰于，XZC直接控制將會(huì)遇到很大困難。

對(duì)于矢高較小的微小陣列結(jié)構(gòu)的光學(xué)自由曲面元件加工唤衫，F(xiàn)TS（Fast Tool Servo婆赠，快速刀具伺服）加工技術(shù)是一種可行的解決方案，即在機(jī)床Z軸拖板與刀具之間安裝一個(gè)低慣量微小行程佳励、高頻響位移控制機(jī)構(gòu)（圖1）休里。依Z向加工所需行程大小和頻響要求，微位移機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)元件可選壓電赃承、音圈或小型直線電機(jī)等妙黍。FTS的控制可采取CZ隨動(dòng)控制方式。

FTS需在原數(shù)控系統(tǒng)上增加專用伺服控制系統(tǒng)瞧剖，由此增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度酷雌。由于采用隨動(dòng)方式，主動(dòng)的主軸位置控制精度要求相對(duì)不高名娶，但系統(tǒng)的隨動(dòng)精度性能要求很高游禽。

（2）S3慢速拖板伺服超精密加工技術(shù)。

某些類光學(xué)自由曲面元件雖然曲面矢高較大健娄，但曲面變化較為平緩植坝。加工這類曲面，刀具直線運(yùn)動(dòng)速度和加速度都不大流肢。這時(shí)锁销，可采用慢速拖板伺服（S3—Slow Slide Servo）超精密加工技術(shù)，即XZC聯(lián)動(dòng)加工期位。為了獲得光學(xué)級(jí)的超精密加工質(zhì)量赦牧，除了要求直線軸具有很高的控制分辨率和精度外巧糖，還特別要求C軸具有極高的角度控制分辨率（如達(dá)0.06″）和精度。

3多軸超精密自由曲面磨床

航空航天設(shè)計(jì)中胳瑟，減少阻力是最重要的蜻蒋。以前的導(dǎo)彈、飛機(jī)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師只能采用球厢岂、平面形狀光學(xué)零件設(shè)計(jì)技術(shù)光督，而球、平面形狀會(huì)引入空氣阻力塔粒。飛機(jī)和導(dǎo)彈上符合理想設(shè)計(jì)的保形窗口會(huì)大幅度地降低空氣阻力结借。

除降低阻力外，保形光學(xué)外形設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)形狀更難于探測(cè)（隱形）卒茬。保形光學(xué)有助于優(yōu)化飛行器形狀設(shè)計(jì)船老，使之對(duì)雷達(dá)和其他探測(cè)方法的反射減至最小。保形光學(xué)替代球形窗口還可提供更寬的視場(chǎng)圃酵。但是柳畔，有時(shí)為了獲得寬視場(chǎng)需采用非對(duì)稱形狀。

非球面光學(xué)比傳統(tǒng)的球面光學(xué)復(fù)雜郭赐，而保形光學(xué)在復(fù)雜性連續(xù)集上比非球面光學(xué)更復(fù)雜薪韩。

20世紀(jì)末，在保形光學(xué)需求的牽引下捌锭，國(guó)外一些重要的科研機(jī)構(gòu)和軍工企業(yè)催生研發(fā)了CDMG（Conformal Deterministic Microgrinder）多軸超精密自由曲面磨床俘陷，為光學(xué)工業(yè)提供了下一代保形光學(xué)零件的加工制造能力。這種機(jī)床可加工的保形光學(xué)零件形狀包括軸對(duì)稱和非軸對(duì)稱光學(xué)元件秋降，還可以為非球灶花、衍射或尖頂拱等形狀的組合；在材料方面筒煌，范圍從光學(xué)玻璃、紅外材料到有色金屬欺垛、晶體拱宗、聚合物和陶瓷等。

多軸超精密自由曲面磨床的另一個(gè)重要應(yīng)用隆鹤，是用于大型深空望遠(yuǎn)鏡拼接式離軸非球面反射鏡片的加工制造菜盒。

4 專用超精密加工機(jī)床系統(tǒng)

專用超精密加工機(jī)床系統(tǒng)類型很多，下面是幾種典型的專用機(jī)床汪请。

（1）KDP超精密飛切加工機(jī)床酪捏。

在激光核聚變點(diǎn)火（美國(guó)NIF、中國(guó)神光）設(shè)施中贸左，有大量的KDP（KH2PO4层锄，碳磷酸二氫鉀）晶體元件把強(qiáng)紅外激光倍頻成紫外激光酷麦，以發(fā)揮光開(kāi)關(guān)控制的作用。

這種光學(xué)系統(tǒng)中的KDP晶體元件為數(shù)百平方米的方形薄片喉恋。KDP晶體加工精度要求平面度沃饶、平行度達(dá)幾分之一λ波長(zhǎng)，表面粗糙度達(dá)1~2nm轻黑。

KDP晶體不僅加工精度要求非常高糊肤，而且由于材料加工特性工藝要求，目前只能采用單點(diǎn)金剛石飛切（單刀銑削）工藝氓鄙。

KDP超精密飛切加工機(jī)床是一種KDP加工的專用機(jī)床馆揉，對(duì)機(jī)床飛切工具主軸精度、直線導(dǎo)軌工作面的直線精度抖拦、機(jī)床穩(wěn)定性和環(huán)境溫度控制要求都很高升酣。

（2）平板顯示器背光板滾筒模具超精密加工機(jī)床和菲涅耳透鏡模具超精密加工機(jī)床。

這兩種模具專用加工機(jī)床的共同特點(diǎn)是：加工對(duì)象都是大尺寸蟋座、表面微結(jié)構(gòu)形式拗踢，并采用成型SPDT刀具加工。

背光板要求的是光學(xué)背光照明的均勻性向臀，菲涅耳透鏡產(chǎn)品現(xiàn)在一般用于照明勻光及太陽(yáng)能聚光發(fā)電等巢墅。

相對(duì)于光學(xué)成像，這兩種專用加工機(jī)床的精度要求不是特別高隆文。

超精密加工機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)

1 機(jī)床系統(tǒng)總體綜合設(shè)計(jì)技術(shù)

超精密機(jī)床尖端的設(shè)計(jì)美卒、制造技術(shù)已升華到一種藝術(shù)境界，非常規(guī)方法能及韧践。

常規(guī)機(jī)床在設(shè)計(jì)與制造等技術(shù)環(huán)節(jié)上要求相對(duì)較低轿战，而超精密機(jī)床各環(huán)節(jié)基本都處于一種技術(shù)極限或臨界應(yīng)用狀態(tài)，哪個(gè)環(huán)節(jié)考慮或處理不周就會(huì)導(dǎo)致整體失敗随象。因此载蜓，設(shè)計(jì)上需對(duì)機(jī)床系統(tǒng)整體和各部分技術(shù)具有全面、深刻的了解聪蔬，并依可行性肄绢，從整體最優(yōu)出發(fā)，周詳?shù)剡M(jìn)行關(guān)聯(lián)綜合設(shè)計(jì)无价。否則详毡，即便是全部采用最好的部件、子系統(tǒng)琳柱，堆砌方法仍會(huì)導(dǎo)致失敗耻陕。如LODTM機(jī)床設(shè)計(jì)必須對(duì)誤差源進(jìn)行周詳分析，識(shí)別其耦合機(jī)制并且以傳遞函數(shù)表達(dá)刨沦，用綜合原則對(duì)主要誤差進(jìn)行分配和補(bǔ)償诗宣。

2 高剛性膘怕、高穩(wěn)定機(jī)床本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)

尤其是LODTM機(jī)床，由于機(jī)身大梧田、自身重淳蔼、承載工件重量變化大，任何微小的變形都會(huì)影響加工精度裁眯。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除從材料鹉梨、結(jié)構(gòu)形式、工藝方面達(dá)到要求外穿稳，還須兼顧機(jī)床運(yùn)行時(shí)的可操作性存皂。

如為了獲得高穩(wěn)定性能，LODTM床身設(shè)計(jì)成高整體性逢艘，盡量減少裝配環(huán)節(jié)旦袋；整體熱處理，需解決相應(yīng)大尺寸的熱處理設(shè)備它改、工藝物轮；床體精加工時(shí)需嚴(yán)格模擬實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行精密修正等。

3 超精密工件主軸技術(shù)

中小型機(jī)床常采用空氣靜壓主軸方案引苇〔勒鳎空氣靜壓主軸阻尼小，適合高速回轉(zhuǎn)加工應(yīng)用牌鹊，但承載能力較小视以。空氣靜壓主軸回轉(zhuǎn)精度可達(dá)0.05μm己倾。

超精密機(jī)床主軸承載工件尺寸购哺、重量大，一般宜采用液體靜壓主軸蔫迅。液體靜壓主軸阻尼大人狞、抗振性好、承載力大具藐，但主軸高速時(shí)發(fā)熱多厚遗，需采取液體冷卻恒溫措施。液體靜壓主軸回轉(zhuǎn)精度可達(dá)0.1μm信粮。

工件主軸用于速度控制模式時(shí)，主軸角度編碼器分辨率要求不高趁啸。當(dāng)用于XZC位置控制模式時(shí)强缘，為了保證加工工件的表面質(zhì)量，編碼器分辨率要求非常高不傅，可達(dá)0.06″旅掂。

為了保證主軸精度和穩(wěn)定性赏胚，無(wú)論氣壓源或液壓源都需進(jìn)行恒溫、過(guò)濾和壓力精密控制處理商虐。

4 超精密導(dǎo)軌技術(shù)

早期的超精密機(jī)床采用氣浮靜壓導(dǎo)軌技術(shù)觉阅。氣浮靜壓導(dǎo)軌易于維護(hù)，但阻尼小秘车，承載抗振性能差典勇，現(xiàn)已較少采用。閉式液體靜壓導(dǎo)軌具有高抗振阻尼叮趴、高剛度割笙、承載力大的優(yōu)勢(shì)。國(guó)外主要的超精密加工現(xiàn)在主要采用液體靜壓導(dǎo)軌丰躺。超精密的液體靜壓導(dǎo)軌的直線度可達(dá)到0.1μm勉惋。

5 納米（A°）級(jí)分辨率動(dòng)態(tài)超精密坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)

早期的超精密機(jī)床坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)采用激光干涉測(cè)量方式。激光干涉測(cè)量是一種高精度的標(biāo)準(zhǔn)幾何量測(cè)量基準(zhǔn)肄琉，但是易受環(huán)境因素（氣壓丧爸、濕度、溫度洋训、氣流擾動(dòng)等）影響带超。這類因素容易影響刀具控制，從而影響工件的表面加工質(zhì)量染痊。為此细抠，美國(guó)LLNL的LODTM坐標(biāo)激光測(cè)量回路采用了真空隔離和零溫度系數(shù)的殷鋼坐標(biāo)測(cè)量框架技術(shù)。這也是激光坐標(biāo)測(cè)量方面的頂尖應(yīng)用组救。

現(xiàn)今的超精密機(jī)床坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)大多采用衍射光柵喧丛。光柵測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定性高，分辨率可達(dá)納米級(jí)辰车。為了進(jìn)一步獲得較高的位置控制特性和表面加工質(zhì)量缔直，采用DSP細(xì)分，測(cè)量系統(tǒng)分辨率可達(dá)A°級(jí)博其。

6 納米級(jí)重復(fù)定位精度超精密傳動(dòng)套才、驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)光學(xué)級(jí)的確定性超精密加工，機(jī)床必須具有納米級(jí)重復(fù)定位精度的刀具運(yùn)動(dòng)控制品質(zhì)慕淡。伺服傳動(dòng)背伴、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需消除一切非線性因素，特別是具有非線性特性的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦等效應(yīng)峰髓。因此傻寂，采用氣浮、液浮等方式應(yīng)用于軸承携兵、導(dǎo)軌疾掰、平衡機(jī)構(gòu)成了必然的選擇搂誉。

伺服運(yùn)動(dòng)控制器除了具有高分辨率、高實(shí)時(shí)性要求外静檬，在控制方程及模式技術(shù)上也需不斷進(jìn)步炭懊。實(shí)驗(yàn)證明：研制系統(tǒng)進(jìn)行曲面加工控制時(shí)，高性能伺服運(yùn)動(dòng)控制器執(zhí)行一階無(wú)差拂檩、二階有差控制侮腹，刀具軌跡動(dòng)態(tài)跟蹤有滯后現(xiàn)象。這種滯后量雖小栓属，精密加工可不計(jì)礁懂，但超精密加工中不可忽略。

7 開(kāi)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)周矢，數(shù)控系統(tǒng)除了滿足超精密機(jī)床控制顯示分辨率锣石、精度、實(shí)時(shí)性等要求沟赏，還需擴(kuò)展機(jī)測(cè)量浆酝、對(duì)刀、補(bǔ)償?shù)仍S多輔助功能提钟。因?yàn)橥ㄓ脭?shù)控系統(tǒng)難以滿足要求和爽，所以國(guó)外的超精密機(jī)床現(xiàn)在基本都采用PC與運(yùn)動(dòng)控制器相結(jié)合研制開(kāi)放式CNC數(shù)控系統(tǒng)模式。這種模式既可使數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高的軸控性能锻转，還可獲得高的功能可擴(kuò)充性儡簿。

超精加工與一般精度加工不同，加工需輔以測(cè)量反復(fù)迭代進(jìn)行稽羔。為了減少工件再定位引入的安裝誤差侍瑟，或解決大尺寸、復(fù)雜型面無(wú)有效測(cè)量?jī)x器問(wèn)題丙猬，機(jī)床在機(jī)需配置各種光學(xué)涨颜、電子測(cè)量?jī)x器和補(bǔ)償處理手段。對(duì)此茧球，PC與運(yùn)動(dòng)控制器相結(jié)合的開(kāi)放式CNC數(shù)控系統(tǒng)可發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)庭瑰。

8 高精度氣、液抢埋、溫度弹灭、振動(dòng)等工作環(huán)境控制技術(shù)

（1）機(jī)床隔振及水平姿態(tài)控制。

振動(dòng)對(duì)超精密加工的影響非常明顯揪垄。機(jī)床隔振需采取特殊的地基處理和機(jī)床本體氣浮隔振復(fù)合措施鲤屡。氣浮隔振系統(tǒng)采用具有位置控制的主動(dòng)式氣墊。LODTM機(jī)床支撐在4個(gè)氣墊上，并形成3點(diǎn)動(dòng)態(tài)可調(diào)平支撐酒来。

機(jī)床體氣浮隔振系統(tǒng)還需具備自動(dòng)調(diào)平功能，以防止機(jī)床加工中水平狀態(tài)變化對(duì)加工的影響肪凛。對(duì)于LODTM隔振要求高的機(jī)床详鲜，隔振系統(tǒng)的自然頻率要求在1Hz以下。

對(duì)于機(jī)床的液壓源邦霸、冷卻水源的脈動(dòng)也必須采取措施丹蛀，如采取脈動(dòng)濾波裝置等。

（2）溫度控制幕封。

對(duì)LODTM機(jī)床來(lái)說(shuō)春陆，機(jī)床和工件尺寸大，受溫度影響也大铁磕。在同樣的切削量和線速度下怠写，大工件的加工周期長(zhǎng)，溫度對(duì)加工精度的影響非常大剖宪。

因此竟恩，LODTM機(jī)床溫控要求非常高。如LLNL的LODTM機(jī)床雨晃，機(jī)床床體恒溫水伸坑、液壓系統(tǒng)控溫為0.0005℃，機(jī)房空氣控溫為0.003℃躺刷。

對(duì)于小型商品化的機(jī)床念脯，溫度控制要求不需太高（0.5℃）。這是因?yàn)樾×慵母咚偌庸r(shí)間短弯淘，溫度影響相對(duì)較小且易控绿店。

現(xiàn)代超精密機(jī)床研制實(shí)例——Nanosys-1000數(shù)控光學(xué)加工機(jī)床

2011年，依托于北京航空精密研究所的精密制造技術(shù)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制出Nanosys-1000數(shù)控光學(xué)加工機(jī)床耳胎。這是我國(guó)研制成功的第一臺(tái)大型光學(xué)級(jí)加工水平的LODTM機(jī)床（圖2）惯吕。

機(jī)床本體水恒溫、主軸怕午、導(dǎo)軌液壓系統(tǒng)恒溫為0.1℃废登，加工機(jī)房空氣恒溫為0.1℃。機(jī)床主要技術(shù)指標(biāo)：工件尺寸范圍大于1m郁惜；測(cè)量堡距、控制系統(tǒng)分辨率為納米級(jí)；加工面形精度為亞微米級(jí)兆蕉；加工工件表面粗糙度為納米級(jí)羽戒。

Nanosys-1000機(jī)床系統(tǒng)的特點(diǎn)是:

（1）床身本體設(shè)計(jì)成整體類龍門框架結(jié)構(gòu)，具有高剛性、高穩(wěn)定性及安裝巷况、維修赎冶、工件裝卸、加工運(yùn)行易操作性特點(diǎn)诵捏。

（2）機(jī)身整體坐落在4主動(dòng)式隔振氣墊上幌舍，形成動(dòng)力學(xué)3支撐，可隨著加工中重心改變自動(dòng)調(diào)水平罕鞭；隔振氣墊下的機(jī)床地基設(shè)計(jì)成具有橫向隔離的重力型減振形式屋孕；機(jī)床重心及工件刀具加工點(diǎn)設(shè)計(jì)在接近支持平面的位置，以最小化床身姿態(tài)變化擾動(dòng)影響驴嚣。

（3）機(jī)床主軸硕纯、導(dǎo)軌均采用液浮靜壓軸承，并根據(jù)工作狀態(tài)黔巨，主軸采用低阻尼,導(dǎo)軌采用高阻尼油握帘；Z垂直導(dǎo)軌托板設(shè)計(jì)成無(wú)干涉氣浮重力平衡機(jī)構(gòu)。

（4）機(jī)床坐標(biāo)測(cè)量采用衍射光柵測(cè)量系統(tǒng)年铝；機(jī)床采用PC與多軸運(yùn)動(dòng)控制器構(gòu)成的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)株捌。

（5）機(jī)床本體、主軸采用了無(wú)脈動(dòng)重力型水冷恒溫蟀架；液壓源采用恒溫瓣赂、恒壓、脈動(dòng)濾波技術(shù)和裝置片拍；機(jī)房設(shè)計(jì)為內(nèi)外雙層恒溫控制：為了保證控溫精度,機(jī)床運(yùn)行時(shí)煌集，內(nèi)機(jī)房處于無(wú)人狀態(tài)，操作人員在外恒溫隔離間監(jiān)控捌省。

超精密機(jī)床的未來(lái)展望

超精密加工機(jī)床系統(tǒng)總的發(fā)展趨勢(shì)是苫纤，要求更高的加工表面質(zhì)量和面形精度，加工尺寸趨于極大和極小兩個(gè)方向纲缓，同時(shí)要求復(fù)雜形面卷拘、不同材料的加工適應(yīng)性等。

在提高加工表面質(zhì)量祝高、面形精度方面栗弟，一方面繼續(xù)提高機(jī)床的精度、穩(wěn)定性工闺，另一方面通過(guò)加工工藝進(jìn)步引入復(fù)合加工功能等,如在多軸超精密自由曲面磨床上引入進(jìn)動(dòng)拋光等準(zhǔn)確定性加工功能以提高表面質(zhì)量和面形精度乍赫。

超精加工所能達(dá)到的表面質(zhì)量、面形精度與元件尺寸尾烛、形狀杭恩、材料相關(guān)踢周。未來(lái)最能反映機(jī)床精度水平的LODTM，加工精度穩(wěn)定達(dá)到悠拗，表面粗糙度在1~5nm,面形精度可達(dá)亞微米（工件尺寸≥φ1000mm）黎撤。對(duì)于具有復(fù)合加工功能的機(jī)床，輔以測(cè)量技術(shù)還可進(jìn)一步從加工工藝上提高精度尘是。

關(guān)于大尺度的發(fā)展應(yīng)用峰抽，如適應(yīng)未來(lái)空、天基強(qiáng)激光武器輕質(zhì)搭艺、高剛性金屬基主反射鏡加工的超大型SLODTM機(jī)床；地基超大口徑深空望遠(yuǎn)鏡（如歐洲的Euro50（φ50m）瘟甩、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（圖3）啤兆。

近年來(lái)，太赫茲（THz）作為一門新興技術(shù)得到了廣泛重視询崇。太赫茲頻譜介于微波與紅外之間桶棍。太赫茲的獨(dú)特性能給反隱身探測(cè)、電子對(duì)抗性宏、電磁武器群井、寬帶通信、天文學(xué)毫胜、醫(yī)學(xué)成像书斜、無(wú)損檢測(cè)、安全檢查等領(lǐng)域帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響酵使。太赫茲是未來(lái)超精密加工技術(shù)與機(jī)床廣泛和重要的應(yīng)用領(lǐng)域荐吉。

從大的尺度來(lái)說(shuō)，太赫茲應(yīng)用需求巨大,如太赫茲天線鏡面加工需求口渔。

在小的尺度方面样屠，太赫茲系統(tǒng)中的微型波紋喇叭天線（毫米級(jí)復(fù)雜形狀內(nèi)腔、微米級(jí)加工精度）是未來(lái)所需解決的超精密加工難題之一缺脉。

超精密微機(jī)械加工機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)不在機(jī)床自身尺寸痪欲。由于運(yùn)動(dòng)精度要求，這種機(jī)床尺寸不能做得太小,因而其關(guān)鍵技術(shù)在于機(jī)床結(jié)構(gòu)攻礼，如工件的裝夾业踢，在位測(cè)量、調(diào)整糠牍、對(duì)刀产掂、微型超精密刀具等。

在加工面形的復(fù)雜度方面卑我，由于太赫茲波束控制元件表面電磁特性辅及，其設(shè)計(jì)元件面形更加復(fù)雜雕乃，如非對(duì)稱賦形自由曲面等。

由于各種條件限制朴蛔，超精密機(jī)床不可能做得太大侯旬。對(duì)于硬脆材料的超大型應(yīng)用，如深空望遠(yuǎn)鏡拼接式離軸非球面鏡片可用相應(yīng)尺寸的多軸超精密自由曲面磨床加工解決盼靠，但對(duì)于太赫茲應(yīng)用的金屬基（如鋁基等）相同尺寸或更復(fù)雜面形元件擂冷，這種機(jī)床就不適宜。

關(guān)于機(jī)門的未來(lái)趨勢(shì),應(yīng)發(fā)展XZC型LODTM超精密加工機(jī)床,實(shí)現(xiàn)較大矢高大型賦形復(fù)雜曲面零件的SPDT加工能力曹略。

在加工材料方面砂裹，太赫茲應(yīng)用更具多樣性。

發(fā)展超精密加工機(jī)床與系統(tǒng)踢故，需重點(diǎn)突破解決的關(guān)鍵技術(shù)包括：高精度文黎、高分辨率、高穩(wěn)定殿较、大位移坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng),先進(jìn)控制算法（自適應(yīng)控制耸峭、二階動(dòng)態(tài)無(wú)差控制等）的高性能多軸運(yùn)動(dòng)控制器及超高精度環(huán)境控制技術(shù)等。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開(kāi)資料來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)淋纲，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享劳闹，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，也不構(gòu)成任何其他建議洽瞬。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布本涕、編輯整理上傳，對(duì)此類作品本站僅提供交流平臺(tái)片任，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)偏友。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻、圖片对供、文字如涉及作品版權(quán)問(wèn)題位他，請(qǐng)第一時(shí)間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容产场，以保證您的權(quán)益亡谭！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。