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原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-02 原文发表时间:2007-07-03 人气:1

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超精密加工的监控方案保证了工艺的稳定性以及工件的表面质量和精度。

反射器、显示器或衍射光学元器件所使用的显微构造的塑料薄膜的质量主要受到具有超精密表面成形模具的影响,这些模具在注塑或热加工过程中用于产品的复制。

使用具有规定几何形状切削刃的单晶体金刚石刀具,对这种有色金属模具的结构进行刨削、车削和铣削加工。

这种超精密的切削加工的加工时间往往要持续几天,甚至长达几个星期,以实现对这些表面面积达到好几平方米的扁平或圆柱状的工件进行结构加工。具有恒定表面质量保障的工艺稳定性受到金刚石刀具磨损的影响,这种磨损不仅直接影响结构几何形状的精度,也会影响其表面精度。目前,只是在一个完整的加工流程后才会对损坏的成形模具进行鉴别,这就导致产生巨大的废品成本,特别对于中小型企业来说,这往往使他们达到财务承受能力的极限。


制造用于生产微型薄膜结构或显示器的成形模具是一个长时间复杂的工艺过程

使用具有规定几何形状切削刃的单晶体金刚石刀具,对这种有色金属模具的结构进行刨削、车削和铣削加工。

这种超精密的切削加工的加工时间往往要持续几天,甚至长达几个星期,以实现对这些表面面积达到好几平方米的扁平或圆柱状的工件进行结构加工。具有恒定表面质量保障的工艺稳定性受到金刚石刀具磨损的影响,这种磨损不仅直接影响结构几何形状的精度,也会影响其表面精度。目前,只是在一个完整的加工流程后才会对损坏的成形模具进行鉴别,这就导致产生巨大的废品成本,特别对于中小型企业来说,这往往使他们达到财务承受能力的极限。

重复精度达到200nm或更小

Frauenhof生产技术研究所(IPT)为金刚石车削以及钻削和刨削加工开发了适用的工艺监控和自动化方案,这种方案可以实现完全自动化的更换刀具以及在加工过程中对金刚石磨损标记的监控。这样,可以确保在长达数日的切削加工中仍达到很高的工艺稳定性和均衡的表面质量。

和目前采用的精度范围为2~5mm的常用的精密装夹技术不同的是,新的方案可以达到光学制造技术所要求的200nm或更高的重复精度。通过安装附加的组件,可以完全自动地辨别刀具切削刃在亚微米范围的损坏情况,在必要的情况下可以更换磨损的刀具,并且接着以亚微米的精度测量由于换刀而引起的位置偏差,并借助机器控制装置将其纠正。目前生产技术研究所已经在一台机床上装备了这些附加组件,正在设计第二台。

生产技术研究所制造了一台UHM型超精密加工中心,该中心可以通过使用单晶体金刚石刀具对面积达到1m2的光学表面进行车削、铣削和刨削的组合加工(图1)。该研究所又和工业界的伙伴合作进行了第二台机床的设计,用来加工直径达600mm、长度达2000mm的具有光学表面质量的辊筒状工件。


图1 在这台加工中心上可以对工件进行超精密的车削、铣削和刨削等组合加工

这两台机器都配备了自动化刀具更换系统,该系统由一台高分辨率的CCD(计算机控制数码)照相机和一个用于换刀的转塔或一个曲臂机器人组成。在这些机器上对工件进行加工,由于超精密加工技术中切削量和进给量很小的原因而往往要延续数周的时间,因此会产生渐进式的刀具磨损。

毫无偏差地放大金刚石刀具的刀尖

通过使用一台Sony -HRC 照相机可以获得1024 × 768像素( Pixel )的单幅尺寸为4.65 ×4.65 mm的照片。在照相机上使用可放大10倍的遥控对中的镜头可以在聚焦距离为48mm时得到一个 0.49 mm × 0.37 mm的有效视野,从而可以对金刚石刀尖进行分析。由于镜头可以毫无偏差地放大,一个单一的像素就反映了4.65mm× 4.65mm的尺寸,因此达到了光学可分辨度的极限。

通过安放在照相机对面同样是遥控对中的发光二极管(LED)可以提高视野内的感光度。为了在加工中不受污物和环境因素的影响(图2),整个装置安装在一个带保护盖的结构紧凑的壳体内。此外,壳体可以在4个自由度进行定向,以便使在光学光程中的成象误差减到最小。
 
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