立轴圆台平面磨床:竖直安置的砂轮主轴以砂轮端面磨削工件,砂轮架可沿立柱的导轨作间歇的垂直进给运动。工件装在旋转的圆工作台上可连续磨削,生产效率较高。为了便于装卸工件,圆工作台还能沿床身导轨纵向移动。卧轴圆台平面磨床:适用于磨削圆形薄片工件,并可利用工作台倾斜磨出厚薄不等的环形工件。立轴矩台平面磨床:由于砂轮直径大于工作台宽度,磨削面积较大,适用于磨削。
随着科学技术的不断发展,现代光学工业对光学玻璃提出了精度高、需求量大等苛刻要求。从精度方面,要求光学玻璃具有面形精度高(Ra≤0.1 μm)、表面粗糙度低(Ra≤12 nm)以及亚表面裂纹少等;从需求量方面,以激光核聚变装置 所 需的光学玻璃为例,美国国家点火装置(National Ignition Facility, NIF)的光学系统使用7000多件大口径光学元件(口径大于400mm×400mm)。
由于光学玻璃具有硬度高、脆性大的特点,在加工过程中极易产生表面疵病与亚表面损伤,属于典型的难加工材料。其超光滑表面成形技术及低成本加工工艺技术已经成为科技、航空航天、电子信息等领域急需研究的重要课题。对于光学玻璃等硬脆材料,超精密磨削技术是实现超光滑表面的佳手段。
因此,美国、德国、日本、英国等工业发达国家,对光学玻璃等硬脆材料的超精密磨削加工技术的研究十分活跃,已开发出的高刚度磨床,用于硬脆材料的超精密加工技术的研究,并且相关科研成果被应用于及民用工业领域。近年来,光学玻璃等硬脆材料超精密磨削装备及工艺技术研究已被列为资助的科研内容。
立柱、滑座与横梁,可控制由于热引起的机床变形,立柱和横梁采用花岗岩制成。砂轮横向位移滑座置于固定的横梁上、安装砂轮架的垂直运动拖板置于横向位移滑座上。横向位移和垂直运动均采用SIEMENS伺服电机直接驱动滚珠丝杠来完成,HEIDENHAIN光栅位置反馈。横向位移滑座以及垂直运动拖板的导轨同样采用的是液体静压导轨。
砂轮架,开发了转速范围广、高刚性、砂轮静压主轴系统,以实现砂轮的高刚性、回转运动。砂轮轴采用液体静承支承,SIEMENS内置式主轴电机,采用冷却液强制冷却主轴电机,砂轮主轴配备了砂轮平衡装置,配套的管理控制程序能在循环中连续监测砂轮的情况并立即对可能出现的不平衡量进行补偿。
机床配备了激光干涉仪作为加工精度的在位测量系统,通过机床台面运动和测量拖板横向运动,使激光干涉仪的镜头可以扫描所有加工面积。当机床进行磨削加工时,测量横梁可以运动到加工范围以外。超精密大尺寸光学玻璃平面磨床是针对国家重要光学工程行业面临重大需求而研究开发的,是具有国际水平的超精密加工关键装备。
该项目的开发成功,能够实现450×1200mm光学玻璃的、率磨削,工件平面度可达3μm,大大缩短了后续研磨抛光的时间,可满足激光武器、航空航天等领域对超精密大尺寸平面玻璃的大批量需求,对我国天文科学、和军事装备的发展具有重要意义,并将进一步推动我国光学和激光领域制造装备的技术突破,提升我国相关领域的核心竞争力和创新能力。