國外金剛石在光學(xué)加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
如今我們不難發(fā)現(xiàn),軍用武器系破碎機(jī)統(tǒng)中幾乎都裝備有各種破碎機(jī)生產(chǎn)線各樣的光電傳感器件,而在這些光電傳感器件中,或多或少都采用了各種樣式的光學(xué)零件。
從美國陸軍所作的一項(xiàng)調(diào)查報告的材料中我們知道,1980~1990年美國軍用激光和紅外熱成像產(chǎn)品所需要的各種光學(xué)零件就有114.77萬塊,其中球面光學(xué)零件為63.59萬塊,非球面光學(xué)零件為振動篩分機(jī)23.46萬塊,平面光學(xué)零件為18.1萬塊,多面體掃瞄鏡為9.62萬塊。拿M1坦克為例,其大約使用輸送線了90塊透鏡、30塊棱鏡以及各種反射鏡、窗口和激光元件。又如一具小小的AN/AVS-6飛行員夜視眼鏡就采用了9塊非球面光學(xué)零件和2塊球面光學(xué)零件。
從70年代開始,以紅外熱成像和高能激光為代表的軍用光學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展。軍用光學(xué)系統(tǒng)不但要求成像質(zhì)量好,而且要求體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單。這對光學(xué)加工行業(yè)是一個嚴(yán)峻考驗(yàn)。為了跟上時代發(fā)展的步伐,設(shè)計和制作出質(zhì)地優(yōu)良的光學(xué)成像系統(tǒng),光學(xué)零件加工行業(yè)于70年代開展了大規(guī)模技術(shù)革命和創(chuàng)新活動,研究開發(fā)出許多新的光學(xué)零件加工方法,如非球面光學(xué)零件的加工法。近10多年來,新的光學(xué)零件加工技術(shù)得到進(jìn)一步地推廣和普及。目前,國外較為普遍采用的光學(xué)零件加工技術(shù)主要有:計算機(jī)數(shù)控單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)、光學(xué)玻璃透鏡模壓成型技術(shù)、光學(xué)塑料成型技術(shù)、計算機(jī)數(shù)控研磨和拋光技術(shù)、環(huán)氧樹脂復(fù)制技術(shù)、電鑄成型技術(shù)……以及傳統(tǒng)的研磨拋光技術(shù)等。一.計算機(jī)數(shù)控單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)計算機(jī)數(shù)控單點(diǎn)金剛石車削技術(shù),是由美國國防科研機(jī)構(gòu)于60年代率先開發(fā)、80年代得以推廣應(yīng)用的非球面光學(xué)零件加工技術(shù)。它是在超精密數(shù)控車床上,采用天然單晶金剛石刀具,在對機(jī)床和加工環(huán)境進(jìn)行精確控制條件下,直接利用金剛石刀具單點(diǎn)車削加工出符合皮帶提升機(jī)光學(xué)質(zhì)量要求的非球面光學(xué)零件。該技術(shù)主要用于加工中小尺寸、中等批量的紅外晶體和金屬材料的光學(xué)零件,其特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、加工精度高、重復(fù)性好、適合批量生產(chǎn)、加工成本比傳統(tǒng)的加工技術(shù)明顯降低。采yzs振動電機(jī)用該項(xiàng)金剛石車削技術(shù)加工出來的直徑120mm以下的光學(xué)零件,面形精度達(dá)l/2~1l,表面粗糙度的均方根值為0.02~0.06mm。
目前,采用金剛石車削技術(shù)可以加工的材料有:有色金屬、鍺、塑料、紅外光學(xué)晶體(碲鎘汞、銻化鎘、多晶硅、鏈板式輸送機(jī)硫化鋅、硒化鋅、氯化納、氯化鉀、氯化鍶、氟化鎂、氟化鈣、鈮酸鋰、KDK晶體)無電鎳、鈹銅、鍺基硫族化合物玻璃等。上述材料均可直接達(dá)到光學(xué)表面質(zhì)量要求。此技術(shù)還可加工玻璃、鈦、鎢等材料,但是目前還不能直接達(dá)到光學(xué)表面質(zhì)量要求,需要進(jìn)一部研磨拋光。 計算機(jī)數(shù)控單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)除了可以用來直接加工球面、非球面光學(xué)零件外,還可以用來加工各種光學(xué)零件的成型模具和光學(xué)零件機(jī)體,例如加工玻璃模壓成型模具、復(fù)制模具、光學(xué)塑料注射成型模具和加工復(fù)制環(huán)氧樹脂光學(xué)零件用的機(jī)體等。該技術(shù)與離子束拋光技術(shù)相結(jié)合,可以加工高精度非球面光學(xué)零件;與鍍硬碳膜工藝和環(huán)氧樹脂復(fù)制技術(shù)相結(jié)合,可生產(chǎn)較為便宜的精密非球面反射鏡和透鏡。假若在金剛石車床上增加磨削附件或采用陶瓷刀具、安裝精密夾具和采用在-100℃低溫進(jìn)行金剛石切削等措施,此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍將可進(jìn)一步擴(kuò)大。
目前,美國亞里桑那大學(xué)光學(xué)中心已經(jīng)使用該技術(shù)取代了傳統(tǒng)的手工加工工藝,但加工玻璃光學(xué)零件時,還不能直接磨削成符合質(zhì)量要求的光學(xué)鏡面,仍然需要進(jìn)行柔性拋光。單點(diǎn)金剛石車削光學(xué)零件技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果非常明顯,例如加工一個直徑100mm的90°離軸拋物面鏡,若用傳統(tǒng)的研磨拋光工藝方法加工,面形精度最高達(dá)到3mm(5l),加工時間需要12個月,每一個拋物面鏡的加工成本為5萬美元。而采用金剛石車削方法,3個星期就能完成,加工成本只有0.4萬美元,面形精度可達(dá)0.6μm(1λ)。美國霍尼韋爾公司就用這種技術(shù)加工AN/AAD-5紅外偵察裝置的4面體掃描轉(zhuǎn)鏡。轉(zhuǎn)鏡的每一面尺寸為88.9203.2mm,每面的平直度要求為l/2,角精度為90°±42。用一臺車床,15個月就加工出了124個掃描旋轉(zhuǎn)反射鏡,質(zhì)量均達(dá)到了設(shè)計技術(shù)要求。每個旋轉(zhuǎn)反射鏡比用傳統(tǒng)的加工鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)方法加工節(jié)約費(fèi)用2770美元?;裟犴f爾公司用這種工藝生產(chǎn)了200個4面體旋轉(zhuǎn)鏡,共計節(jié)約近90萬美元。而且還為AN/AAD-5紅外偵察裝置加工了10萬個平面反射鏡,節(jié)約費(fèi)用1千多萬美元。在1980~1990年這10年間,平面(5050mm)、多面體(直徑90mm)、球面(直徑100mm)、非球面(直徑125mm)等4種軍用光學(xué)零件的加工費(fèi)用,按保守的經(jīng)濟(jì)效果計算,美國防烤妥薌平謔≡?億美元。
金剛石車削機(jī)床是金剛石車削工藝的關(guān)鍵技術(shù),沒有金剛石車削機(jī)床,就不可能實(shí)現(xiàn)金剛石車削加工光學(xué)零件新工藝。金剛石車削機(jī)床屬于高精密機(jī)床,機(jī)床的主軸精度和溜板運(yùn)動精度比一般的機(jī)床要高出幾個數(shù)量級,主軸軸承和溜板導(dǎo)軌通常采用空氣軸承和油壓靜力支承結(jié)構(gòu),機(jī)床運(yùn)動部件的相對位置采用激光位移測量裝置測定。在工件加工的整個過程中,采用激光干涉儀測量工件的面形誤差。車床上裝有反饋裝置,可以補(bǔ)償運(yùn)動誤差。金剛石車床的主要生產(chǎn)廠家是美國的莫爾精密機(jī)床公司和普奈莫精密公司。進(jìn)入90年代后,日本東芝機(jī)械公司也開始生產(chǎn)這種車床。莫爾精密機(jī)床公司生產(chǎn)銷售的主要產(chǎn)品是Moore M-18、-40非球面加工機(jī),Moore T型床身機(jī)床,Moore光學(xué)平面加工機(jī),Moore M-18油淋非球面加工機(jī)等。普奈莫精密公司生產(chǎn)出售的產(chǎn)品主要有MSG-325型、ASG-2500型、Nanoform600型、Ultra 2000型等金剛石車床。日本東芝機(jī)械公司生產(chǎn)出售產(chǎn)品是ULG-100A復(fù)合式破碎機(jī)(H)金剛石車床。
金剛石車床的價格十分昂貴,而且還不斷提高。以MSG325型車床為例,在80年代初每臺價為30~40萬美元,而到了90年代初每臺價已升高到將近100萬美元。這個價格對用戶來說是一個不小的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),推廣普及應(yīng)用有一定難度。因此,目前各國正在電振給料機(jī)積極研究開發(fā)低成本的金剛石車削機(jī)床。下面介紹幾種目前正在推廣應(yīng)用的金剛石車削機(jī)床。
(1)莫爾M-18非球面加工機(jī) 莫爾M-18非球面加工機(jī)是一種3軸計算機(jī)數(shù)控超精密加工系統(tǒng),可以使用單點(diǎn)金剛石刀具車削,也可以使用磨輪磨削,既能加工各種高精度平面、球面和非球面光學(xué)零件,又能加工模具表面和其它表面。金剛石車削和磨輪磨削相結(jié)合,擴(kuò)大了機(jī)床的加工能力。例如加工精密模具,在一臺這樣的金剛石車床就能將其加工完成。首先使用磨輪在模具基體上加工出公差一致的面形,然后鍍制無電鎳,最后使用單點(diǎn)金剛石刀具,車削無電鎳表面,完成模具的精加工。該加工機(jī)床采用了Allen-Bradley7320型、8200型或通用電器公司2000型計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng),車床的位置控制采用了Newlett-Packard5501A型激光傳感器系統(tǒng)。莫爾M-18機(jī)床的主要技術(shù)性能指標(biāo)如下: X軸行程410mm;Z軸行程230mm;空氣軸承主軸中心到工作臺面的距離為2沙石分離機(jī)械92mm,到旋轉(zhuǎn)工作臺面的距離為178mm;X軸和Z軸在全部行程上的直線性為0.5mm;X軸和Z軸在全部行程上的垂直度為1μrad;X軸Z軸在全部行程上的偏向角為0.5μrads;X軸Z軸全部行程上的定位精度1.5mm;X軸和Z軸每25.4mm行程的定位精度為0.5mm;B軸旋轉(zhuǎn)360°時的角度偏差為±3μrads;X軸和Z軸的讀數(shù)精度為5mm;B軸的讀數(shù)精度為1.3μrads;主軸的軸向誤差為0.05mm,徑向誤差為0.2mrad;機(jī)床的體積(高長寬)為177820321800mm。
(2)普奈莫MSG-325型金剛石車床 普奈莫MSG-325型金剛石車床是計算機(jī)數(shù)控型雙軸金剛石車床。機(jī)床采用一個重6t的花崗巖底座,花崗巖底座裝在壓縮空氣墊上用于隔離振動,使振動減小到2Hz。X和Z溜板都安裝在花崗巖底座上,兩個溜板相互垂直安裝,在整個行程上的垂直精度在0.76mm以內(nèi)。X溜板上裝有一個可以互換的刀架,Z溜板上裝有一個空氣軸承主軸。兩個溜板的運(yùn)動的精確位置用一個激光傳感器系統(tǒng)測定,精度為0.025mm。該機(jī)床可以加工紅外和可見光波段應(yīng)用的各種球面和非球面透鏡、菲涅耳透鏡、反射鏡、偏軸圓錐截面鏡、多面體反射鏡以及精密錄像鏡頭等光學(xué)零件。在光學(xué)零件加工過程中,可采用激光干涉儀對加工件進(jìn)行面形非接觸測量。機(jī)床的主要技術(shù)性能指標(biāo)如下:機(jī)床的主軸采用空氣軸承,在1000轉(zhuǎn)/min時,在前端測量,其徑向和軸向跳動均為0.1mm;驅(qū)動馬達(dá)為1/3HP100~2400轉(zhuǎn)/min直流伺伏服馬達(dá);采用空氣軸承的X溜板的名義尺寸為609762mm,最大行程為304mm,最大移動速度20cm/min,水平方向運(yùn)動誤差0.5mm,垂直方向運(yùn)動誤差1.27mm,精密絲杠驅(qū)動馬達(dá)1HP0~2500轉(zhuǎn)/min;Z溜板最大行程為振動篩粉機(jī)203mm,其它性能指標(biāo)均與X溜板的相同;加工工件的直徑,正常機(jī)床結(jié)構(gòu)的為356mm,大孔徑機(jī)床結(jié)構(gòu)的為560mm;加工工件的最大加工深度204mm;工件直徑為150mm時,加工工件的面形精度可達(dá)l/2。
(3)ULG-100A(H)型超精密非球面金剛石車床 該機(jī)床是日本東芝機(jī)械公司90年代產(chǎn)品,從1992年6月開始,每月生產(chǎn)2臺,每臺機(jī)床售價5000萬日元。機(jī)床主軸采用高剛性超精密空氣靜軸承,機(jī)床數(shù)控裝置具有反饋功能。它可加工各種光學(xué)零件和非球面透鏡模壓成型用金屬模具。加工精度可達(dá)0.01mm。模壓成型金屬模具利用金剛石刀具和磨輪進(jìn)行車削和研磨加工,能達(dá)到鏡面質(zhì)量。機(jī)床的主要技術(shù)性能指標(biāo)如下: 機(jī)床的X軸(研磨輪軸)最大行程為150mm;Z軸(工件軸)最大行程為100mm;研磨輪軸最高轉(zhuǎn)速為40000轉(zhuǎn)/min;研磨輪馬達(dá)1kW/40000轉(zhuǎn)/min;工件軸轉(zhuǎn)速20~1500轉(zhuǎn)/min;工件軸馬達(dá)0.25kW/3000轉(zhuǎn)/min;研磨輪主軸對輥破碎機(jī)軸向和徑向跳動0.05mm;工件主軸軸向和徑向跳動0.05mm;X軸移動直線性0.1mm/150mm;Z軸移動直線性0.1mm/100mm
&nbs皮帶運(yùn)輸機(jī)p;
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- ZSG系列高效重型振動篩廣泛應(yīng)用于礦山、煤炭、電力、冶金、建材、耐火等各行各業(yè)對大塊狀物料及中、小顆粒狀物料的分級作業(yè)。
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- ZSL系列大型冷礦振動篩機(jī)(冷礦篩)廣泛用于冶金、礦山、煤炭、港口等工業(yè)部門。
- 直線振動篩(ZS)
- ZS直線振動篩適用于燒結(jié)礦、自然礦、焦炭及其它粉狀物料的高效篩分,廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、煤炭、建材等行業(yè)。
- 振動篩分機(jī)
- YK系列圓振動篩分機(jī)(振動篩選機(jī))是固體物料分級的重要設(shè)備,廣泛應(yīng)用于礦山、建材、選煤、能源、化工等行業(yè)。
- 振動篩電機(jī)
- 振動篩電機(jī)是各類振動機(jī)械的激振源。廣泛應(yīng)用于電力、建材、糧食、煤炭、礦山、冶金、化工、輕工、鑄造、水泥等行業(yè)中。
- 直線振動篩(ZKX型)
- 直線振動篩ZKX型廣泛應(yīng)用在選煤、選礦、電力、輕工、化工、有色金屬等工業(yè)部門,對中、細(xì)粒度物料進(jìn)行干濕式篩分、脫水、脫介、脫泥。
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