[01345124]φ1500大尺寸超精密非球面车磨复合加工机床及应用工艺

激光核聚变装置、高能激光、红外热成像、卫星用光学系统、大型天文望远镜、医疗影像设备等国家重大工程及国防尖端技术对高精度大尺寸光学非球面元件（Φ400mm以上）具有极大的需求。由于大尺寸非球面在国防军事等领域的应用,相关的加工技术及装备的研究和开发多属于严格保密范畴,国外发达国家对我国实行严格技术封锁和设备禁运。当前国内的精密、超精密制造及其装备技术与国外相比仍然存在阶段性差距,技术整体水平落后于发达工业国家。因此,加强超精密加工装备及其关键技术开发和应用研究,才能解决国外禁运和替代进口的技术瓶颈问题,提升我国相关领域的核心竞争力和创新能力。本项目针对国家重大科学工程和军用工业对中大尺寸高精度光学零件的重大需求,以西安交通大学取得的装备技术成就为依托优势,吸收国内优势单位的研究力量和技术成果,将超精密加工和光学应用技术相结合,通过对装备开发、工艺技术及检测评价等环节的重点解决,面向未来,提炼出适合中国非球面制造的数字化、高效的磨削工艺路线,为先进光学制造技术奠定基础。 大尺寸光学非球面镜是很多光学系统的关键技术元件,如何高效率、高精度的实现大尺寸光学非球面镜的加工是一个世界难题：大尺寸非球面元件大多是硬脆性材料,加工困难,效率低;同时大尺寸非球面元件的加工需要大型加工机床,对机床的精度和稳定性要求高。本项目在国家重大科技专项“φ1500大尺寸超精密非球面车磨复合加工机床及应用工艺”（2011ZX04004-061）的资助下,设计并研制了基于阶梯横梁的可加工Ф1500mm非球面光学元件的车磨复合加工机床,研究了机床设计制造、装夹技术、刀具修整、机床环境影响、在线检测、误差补偿、程序自动化生成等。1)形成了高精度大尺寸非球面光学硬脆性材料零件整体加工质量的超精密加工技术;2)形成了零件整体加工质量的超精密车磨复合机床优化设计和制造技术;3)开发了超精密机床主轴的高精度与高刚性技术、在线精密动平衡技术、无齿槽效应控制技术等;4)开发了运动轴的纳米级分辨率驱动与定位技术、机床整体结构与运动状态的纳米量级稳定技术;5)研制了基于小孔节流多油腔闭式静压平面止推轴承和小孔节流多油腔圆柱面径向轴承的工作转台;6)开发了大尺寸非球曲面的加工工艺技术、支撑与装卡一体化技术,在线检测测试方法、数据处理及误差补偿技术;7)形成了机床的高减振与隔振技术、热稳定技术、纳米级机床的环境控制技术、机床精度误差与工件精度误差的纳米级数据采集与分离技术;8)设计制造了高精度两轴杯形砂轮修整装置,完成了平面和圆弧砂轮的高精度修整;9)完成了高自动化程度的计算机辅助制造软件开发等。 本项目形成了整套大尺寸光学非球面加工技术和装置,填补了国内空白,整体水平处于国际先进,对于打破发达国家对此类高端加工设备的技术封锁,以及提高我国在光学加工领域的核心竞争力和整体技术水平具有重要意义。