技术简介
航空航天、科学仪器等工业领域对复杂光学零件以及光学系统的结构、性能和成像质量等有着日益增加的需求。与传统的回转对称光学曲面相比，光学自由曲面给光学设计人员提供了较大的设计自由度，使用一个或者少数几个自由曲面镜就可以代替多个球面、非球面光学元件，在提高光学性能的同时，缩减了光学系统尺寸，减轻了光学系统重量，并降低了成本，因此，受到国内外研究人员的广泛关注。单点金刚石超精密车削是自由曲面加工的一项重要方法，超精密车削比传统加工环境污染小，加工效率高，一致性好，且与传统加工相比生产成本低。
该技术以科学仪器等光学关键零件的制造为目标，通过对光学设计、模具超精密加工设备、加工用金刚石加工刀具及超精密车削加工工艺、热成型技术等研究，最终提供高精度低成本的单点金刚石车削产品和可靠的国产化加工设备及工艺，并且提供包括精密导轨零件、精密主轴零件、加工专用金刚石刀具等的加工设备及工艺。
在总体设计方面，单点金刚石精密车削设备采用T型结构布置，按照三轴设计（直线轴X、直线轴Z以及工件轴C）。为了扩展设备的应用范围，设计时预留了Y轴及B轴的接口。X、Z轴均可采用液体静压导轨，并采用直线电机驱动技术，保证导轨的运动直线度和定位精度，同时设备具有慢拖板伺服控制功能，也可以增加快速刀具伺服系统，极大地提高设备的扩展性。为提高设备的通用性，增加C轴的位置伺服控制功能，这样可进行微结构和复杂曲面零件的超精密加工工艺技术研究。设备的控制系统采用基于UMAC运动控制卡的数控系统，具有良好的开放性和可靠性。技术指标
最大加工工件尺寸：Φ300、Φ600、Φ1000技术特点
国内在超精密车削加工方面的研究还比较落后。随着近几年对超精密机床设备的引进，国内部分院校和研究机构开始对超精密车削加工进行研究，但尚处于起步阶段，未形成加工能力，我国在复杂面形光学元件特别是自由曲面光学元件的应用方面受到很大限制，技术尚未成熟。
该技术以科学仪器等光学关键零件的制造为目标，进行超精密机床和部件研制与生产，具备高精度的空气轴承和液体静压导轨研制技术，具备被普遍认为是高效精密低成本的光学自由曲面加工创成方法的基于慢拖板刀具伺服以及快速刀具伺服的金刚石超精密车削技术，可以进行平面、球面、非球面以及自由曲面和微阵列结构的加工，可以提供设备、加工工艺以及解决方案，设备科实现三轴、四轴以及五轴联动，最大加工工件尺寸由300mm到600mm，最大可对1000mm的工件进行加工。技术水平
国际先进
应用领域和范围
光学领域、精密医疗器械、科学仪器等。
专利状态
已申请专利3项
技术状态
小批量生产、工程应用阶段
合作方式
合作开发
投入需求
3500万元
转化周期
1.5年
预期效益
基于本技术研制的多轴超精密车削加工设备集成了基于直线电机驱动的小流量液体静压导轨、超精密位置伺服控制主轴、慢拖板伺服控制技术、快速刀具伺服控制技术、精密液压伺服控制技术、超精密主轴在线动平衡技术等先进技术，整机的技术指标和技术水平在国内处于领先地位。这些先进技术也可应用于超精密数控加工设备及超精密检测设备的研发，为超精密基础元部件的研制提供了技术支撑。
本技术中的关键技术——快刀伺服加工技术及慢拖板伺服加工技术可用于自由曲面以及微结构微特征功能表面的超精密加工工艺，具有极广阔的应用前景。这将是超精密加工技术的重要应用领域。
高精度单点金刚石车削技术不仅具有很好的经济效益，同样具有深远的社会效益，对我国机械设计与制造水平的提高具有重要的理论意义和实用价值。
