【2022先進(jìn)會員（創新(xīn)十佳(jiā)）】杭機股份：大口(kǒu)徑光學元件超(chāo)聲銑磨抛(pāo)成套(tào)裝備(bèi)

2023年(nián)3月28日，中國機床(chuáng)工具工業協會(huì)公布了(le)“關于2022年(nián)度中(zhōng)國機(jī)床工(gōng)具工業協會先進會(huì)員（十佳）的(de)表彰決(jué)定”，對10家(jiā)“自主創新十佳(jiā)”和10家“産品(pǐn)質量(liàng)十佳”企業進行(háng)了表(biǎo)彰，并于cimt2023展(zhǎn)會開幕首日給(gěi)獲獎企(qǐ)業頒發(fā)了獎牌(pái)。爲(wèi)了更好地宣傳(chuán)這些先進(jìn)會員企業，協會傳媒部針(zhēn)對十佳企業及(jí)其産品組(zǔ)織了(le)系列專(zhuān)題報道(dào)，以協(xié)會行(háng)業發展部提供的資(zī)料爲(wèi)素材(cái)整理成宣傳稿(gǎo)，經與(yǔ)相關企(qǐ)業(yè)确認後，在協會主辦(bàn)的全媒體(tǐ)平台(tái)陸續公開(kāi)發布(bù)（排名不分先後），供業界同仁參(cān)考，以期共同進(jìn)步。

 

協會(huì)傳媒部(bù)

一、産(chǎn)品亮點(diǎn)

浙(zhè)江月迪全洪集團有限公司（簡(jiǎn)稱 “杭機股(gǔ)份”）研發的(de)大口(kǒu)徑光學元(yuán)件超(chāo)聲銑(xǐ)磨(mó)抛成套(tào)裝備，采(cǎi)用橋式框架(jià)移動式結(jié)構布局，具(jù)有(yǒu)高剛性(xìng)、高精(jīng)度及(jí)強大的(de)多手段(duàn)揉合(hé)功能，配置(zhì)超精密閉式靜(jìng)壓回(huí)轉工作(zuò)台(tái)，可自(zì)由統配超精密(mì)靜壓主軸(zhóu)、超聲(shēng)刀(dāo)柄、磨抛頭、應(yīng)力(lì)盤、磁流(liú)變組(zǔ)合及搖(yáo)臂式輪廓度(dù)儀等(děng)關鍵部(bù)件，設備(bèi)配置有尋邊定位系統(tǒng)，可(kě)快速(sù)定位光學元(yuán)件(jiàn)坐标，提高工作效率(lǜ)。設備(bèi)可對(duì) 3 米級(jí)光學(xué)元件進行超精(jīng)密銑磨加(jiā)工、多自由度(dù)快速研(yán)抛及(jí)高精(jīng)度測(cè)量，完(wán)成光學元(yuán)件磨削、研(yán)抛、精抛、檢測、确定性(xìng)修形的全(quán)部加(jiā)工工(gōng)藝(yì)。

設(shè)備(bèi)配置高(gāo)精度絕對式光栅，保證(zhèng)機(jī)床軸(zhóu)系高精度(dù)；配置(zhì)國産(chǎn)五(wǔ)軸聯動(dòng)數控系統，實現機床多手段、多(duō)組合的磨(mó)抛加(jiā)工技(jì)術。最大限(xiàn)度地(dì)降低(dī)光學元(yuán)件(jiàn)在超精密(mì)磨削過程中的亞表面損(sǔn)傷層(céng)深度，提高加工(gōng)精度(dù)和效率。加(jiā)工精度爲抛光(guāng)階段面形 ≤ 10nm ，表面(miàn)粗糙(cāo)度≤ 1nm rms ；機(jī)床精(jīng)度爲直線軸重(zhòng)複(fú)定(dìng)位精度≤ 1 µ m，靜壓主(zhǔ)軸回轉精(jīng)度≤0.2 µ m，靜(jìng)壓轉(zhuǎn)台回(huí)轉精度≤0.5 µ m。

設備主(zhǔ)要用于大 口徑(jìng)非球面反(fǎn)射鏡以及 sic/si 、光學(xué)玻璃高效光學(xué)元件(jiàn)的磨削、磨(mó)抛精密加(jiā)工及(jí)在線輪廓測量(liàng)，可完成(chéng)光(guāng)學元(yuán)件磨(mó)削、研(yán)抛、粗(cū)抛、檢測(cè)、确定性(xìng)修形的全部加(jiā)工工(gōng)藝。

設備(bèi)的(de)研制(zhì)成功，打破國内超大口徑空間光學(xué)反射鏡制(zhì)造能(néng)力瓶頸，爲(wèi)我國航(háng)天(tiān)等重(zhòng)點領(lǐng)域的大(dà)型光學(xué)元件(jiàn)加工(gōng)提供關鍵設備(bèi)保障，對(duì)提(tí)高我(wǒ)國超大口徑光(guāng)學元件加(jiā)工(gōng)技術起到重要促(cù)進作用。

二(èr)、産品(pǐn)特點及技術水(shuǐ)平

1.  産品結(jié)構特點

本(běn)機床采用(yòng)龍門(mén)框架移動(dòng)式結構布局，由(yóu)雙床(chuáng)身架(jià)、橫梁(liáng)及橫梁(liáng)支(zhī)座組成一(yī)個剛(gāng)性框(kuàng)架結構，中(zhōng)間是(shì)直徑 3m 的(de)靜(jìng)壓回轉(zhuǎn)工(gōng)作台(tái)（ c 軸(zhóu)）。機(jī)床具(jù)有 x 、 y 、 z 三個平動軸(zhóu)，橫梁(liáng)沿雙(shuāng)床身(shēn)架上(shàng)的導(dǎo)軌做(zuò)縱向(xiàng)運(yùn)動，橫梁(liáng)沿左(zuǒ)側床(chuáng)身架(jià)的(de)縱(zòng)向(xiàng)運動爲(wèi) y1 軸(zhóu)，橫梁(liáng)沿(yán)右側床身(shēn)架的縱向運動爲 y2 軸，橫梁通過 y1 與 y2 同(tóng)步驅動實(shí)現縱向移(yí)動。

在(zài)橫梁(liáng)上有(yǒu)兩套(tào)橫向拖闆，橫向拖闆(pǎn)沿橫(héng)梁導軌做(zuò)橫向運動(dòng)，橫向(xiàng)拖闆(pǎn)的橫向運(yùn)動爲(wèi) x1 、 x2 軸。橫(héng)向拖闆前(qián)部有垂直拖闆，垂直拖闆沿橫(héng)向拖闆(pǎn)上(shàng)作垂(chuí)直升降(jiàng)運動，即(jí) z1 、 z2 軸。

超精密非球(qiú)面磨削主(zhǔ)機(jī)垂直拖(tuō)闆下(xià)方(fāng)可安裝(zhuāng)超精(jīng)密磨削主(zhǔ)軸和搖臂(bì)式輪(lún)廓儀(yí)測(cè)量系統，主軸與(yǔ)垂(chuí)直拖(tuō)闆之(zhī)間安裝有(yǒu)一(yī)擺動(dòng)分度軸(zhóu) —— b1 、 b2 軸，實現各(gè)磨頭和繞(rào) y 軸方向± 100 °擺動。非球面超(chāo)精密銑(xǐ)磨設備 b1 、 b2 軸可安裝超(chāo)精密磨(mó)削主軸和搖(yáo)臂(bì)式(shì)輪廓(kuò)測量裝置等；多自由(yóu)度快(kuài)速研(yán)抛設備 b1 、 b2 軸可(kě)自由選裝小(xiǎo)磨(mó)頭(tóu)數控(kòng)研抛裝(zhuāng)置、應力(lì)盤研抛裝置、磁(cí)流體(tǐ)抛光裝置(zhì)和搖臂式(shì)輪廓(kuò)測量裝置等。

該(gāi)設備共有 9 個數控軸(zhóu)（ 6 個直線(xiàn)軸、 3 個回轉軸），工作時需(xū)要進(jìn)行 5 軸聯動(dòng)控制。

2.  技術難點(diǎn)與創(chuàng)新(xīn)點研究(jiū)

（ 1 ）技術難點(diǎn)

①掌握 2000mm 直徑(jìng)超精(jīng)密閉(bì)式靜(jìng)壓工(gōng)作台設計(jì)與制造技(jì)術；掌(zhǎng)握大直(zhí)徑閉式(shì)靜壓工(gōng)作台的(de)超高(gāo)精度(dù)（轉台回轉精度≤ 0.5 μ m ）的設計、制(zhì)造、裝配(pèi)方法，解(jiě)決了(le)大(dà)直徑轉(zhuǎn)台回轉精度及(jí)穩定(dìng)性問(wèn)題，形(xíng)成關(guān)鍵零(líng)件加(jiā)工和部件裝配規範。

②掌握(wò)高精(jīng)度(dù)靜(jìng)壓回(huí)轉工(gōng)作台的全(quán)性能測(cè)試方法(fǎ)，解決高精(jīng)度功(gōng)能部(bù)件(jiàn)制造裝配難(nán)、檢測(cè)難的問題(tí)。

③掌握長絲杠垂(chuí)度誤差控制技(jì)術。由于(yú)設備 x 軸(zhóu)（橫(héng)向拖闆(pǎn)左右運行(háng)）進給(gěi)機構采用(yòng)的是(shì)絲杠副傳(chuán)動，絲杠跨度(dù)大于 6m ，爲(wèi)避免(miǎn)絲杠(gàng)垂度的影響，需(xū)要更(gèng)改或(huò)優化(huà)傳動機構(gòu)。采用螺母旋轉(zhuǎn)絲杠(gàng)副傳(chuán)動，并根據(jù)橫梁運行曲線适當調整确定絲杠副的(de)支撐拉力。

④設備(bèi)采用(yòng) 1 µ m級重(zhòng)複定位精度直線軸進給(gěi)機構(gòu)設計、裝(zhuāng)配工藝(yì)方法、規範檢測(cè)方法，提高機床(chuáng)精度。

⑤優化龍門(mén)框架(jià)式移(yí)動結構設計與制造工藝，有效(xiào)提(tí)高非球面超(chāo)精密銑磨(mó)設備(bèi)的機(jī)床(chuáng)精(jīng)度，有(yǒu)效提升(shēng)多自由(yóu)度快(kuài)速研抛設(shè)備(bèi)的(de)各軸加速(sù)度和移動速度，提高(gāo)設備(bèi)加工效率。

（ 2 ）技術(shù)創新點(diǎn)

①高(gāo)精密靜壓(yā)工作台的設計(jì)制造裝配(pèi)調試(shì)檢測技術；

②單機(jī)床複(fú)合多手段(duàn)、多工(gōng)位銑磨(mó) / 研(yán)抛功(gōng)能技術，拓(tuò)展功能(néng)化、模塊(kuài)化(huà)、标準化設計(jì)設計方(fāng)法(fǎ)，提高(gāo)設備集成(chéng)化，滿(mǎn)足光學元件對(duì)主機(jī)設(shè)備的多(duō)功能要求(qiú)；

③大型(xíng)機(jī)床動态和熱态特(tè)性分析及(jí)優(yōu)化(huà)，掌握(wò)大型(xíng)機床模态變化規律及優(yōu)化方法。

（ 3 ）國(guó)内外研(yán)制情況(kuàng)

随着(zhe)光學(xué)制造(zào)技術(shù)的發展，針(zhēn)對地基、機(jī)載大(dà)口徑望遠鏡的研究(jiū)已在全球掀起熱潮，而大(dà)口徑望(wàng)遠(yuǎn)鏡的(de)需求(qiú)對光學制(zhì)造能力的(de)牽引(yǐn)，掀起了全球光(guāng)學(xué)制造行業的(de)技術(shù)創新熱潮(cháo)。美國 arizona 大學(xué)、 qed 公(gōng)司，德國 carl ziess 、 ntg ，日本(běn) canon ，英(yīng)國 cranfield 等多(duō)家公(gōng)司(sī)和研究機(jī)構均推(tuī)出了(le)獨具特色的制造(zào)裝(zhuāng)備和工藝，大口(kǒu)徑光學制(zhì)造技術(shù)的(de)研究(jiū)和發展已經國際化。

針對(duì) rb ‐ sic 等硬(yìng)脆材(cái)料加(jiā)工中存在的問(wèn)題，從(cóng) 20 世紀  90 年代開(kāi)始，國外(wài)一(yī)些公司(sī)開始(shǐ)研究(jiū)硬脆材(cái)料(liào)的超(chāo)聲加(jiā)工技(jì)術，開(kāi)展超(chāo)聲加工裝(zhuāng)備研(yán)制。如(rú) dmg 公司開發(fā)了可用于(yú)加工(gōng)陶瓷(cí)、 rb ‐ sic 、 c/c 複(fú)合(hé)材料等難(nán)加工材料(liào)的超聲(shēng)銑(xǐ)磨設(shè)備。此(cǐ)外，奧地(dì)利(lì)  gfm 公司(sī)、德國(guó) geiss 公司、法國(guó) creno 公司都已(yǐ)研發(fā)出(chū)超聲加(jiā)工專用機床，并成功應用于航空航天制造等(děng)領域(yù)。

dmg公(gōng)司(sī)開發(fā)的五(wǔ)軸超聲磨(mó)削加(jiā)工中(zhōng)心

與國外先進水平(píng)相比，目前(qián)我國航空航天(tiān)制造企業大都(dōu)采用(yòng)傳(chuán)統的磨(mó)削方法(fǎ)加(jiā)工光(guāng)學(xué)材料構件，在(zài)加工(gōng)質量、成品(pǐn)率、加(jiā)工效(xiào)率、工(gōng)具磨損等方面存在(zài)或多(duō)或少的問題，顯示出(chū)自主研發(fā)的(de)重(zhòng)要性。       

近(jìn)年(nián)來，我(wǒ)國經(jīng)濟(jì)技術發(fā)展(zhǎn)迅猛，國力日(rì)漸強(qiáng)盛(shèng)，未(wèi)來(lái)也(yě)将需(xū)要建造自(zì)己的巨型天文望遠(yuǎn)鏡。在地基(jī)望遠(yuǎn)鏡中(zhōng)，近期(qī)關于我國(guó) 12m 天文(wén)望(wàng)遠鏡技(jì)術方案(àn)的争論(lùn)正在公開進行(háng)，中外學(xué)者(zhě)們紛(fēn)紛公(gōng)開發表自己的觀點，問題焦點集中(zhōng)于望遠鏡光學(xué)系統方案的選定和(hé)國際化問題，但(dàn)本質(zhì)上是(shì)方案的技術實(shí)現可(kě)行性(xìng)問題。

研究直接面向(xiàng)超(chāo)大口徑反射鏡的高效(xiào)率、高(gāo)精(jīng)度制造(zào)問題，通過(guò)高效(xiào)率(lǜ)制造裝備的(de)産業(yè)化和大(dà)口(kǒu)徑制(zhì)造(zào)工藝規(guī)範化，實(shí)現(xiàn)大口(kǒu)徑光學元件的批(pī)量化生産，将爲未來制造巨(jù)型拼接(jiē)主(zhǔ)鏡提(tí)供強有力的技術保(bǎo)障。

（ 4 ）技(jì)術水平

本設備(bèi)是公司第(dì)三代産品。第一代産(chǎn)品(pǐn)已經成功生(shēng)産出 4.13m 大(dà)口(kǒu)徑反射(shè)鏡(jìng)，經一代、二(èr)代技(jì)術累積，在(zài)機床性能、精度、多手(shǒu)段揉(róu)合技術方(fāng)面有進一步創新及(jí)應用(yòng)。

綜(zōng)合相關(guān)技術及産(chǎn)品應用要(yào)求，杭機研(yán)發的非球(qiú)面超精密銑(xǐ)磨設備(bèi) / 多自(zì)由度(dù)快(kuài)速(sù)研(yán)抛設備(bèi)，爲我國光(guāng)學(xué)産(chǎn)業升級、研(yán)發高(gāo)性能光電産品提供可靠的技(jì)術保障(zhàng)，補實了國内(nèi)自主研制大型光學(xué)元件(jiàn)的高精(jīng)高效生(shēng)産制造體系的重要(yào)一環，滿足(zú)國民經濟和國(guó)防安全領域需(xū)求，具(jù)有良好的(de)經濟(jì)和社(shè)會效(xiào)益(yì)。

三、圍繞(rào)該産品所(suǒ)開展的技(jì)術創(chuàng)新工作(zuò)

 

1 ．采(cǎi)取項目負(fù)責制(zhì)。 由公(gōng)司技術副總負責項(xiàng)目的實施(shī)和推進(jìn)，公司負(fù)責人參與協調項目進展(zhǎn)，同時(shí)督促公司配套(tào)資金及相(xiàng)應的人力、物力全部落實到位，以保障課(kè)題順利實(shí)施。

 

2 ．制(zhì)訂項(xiàng)目管(guǎn)理辦法。 确(què)定技術資(zī)料、财務、生(shēng)産流程文檔等(děng)的管理要求；定(dìng)期組織階(jiē)段考(kǎo)評會(huì)，檢查計劃進展，協調存在(zài)的(de)問題，保障課(kè)題實施的時效(xiào)性；制訂(dìng)項(xiàng)目開(kāi)發時間(jiān)表，确定(dìng)項目(mù)裏(lǐ)程(chéng)碑計劃。

 

3 ．項(xiàng)目任務分(fèn)工明(míng)确。 對(duì)項目研發(fā)内(nèi)容的關鍵技術及技術創(chuàng)新點(diǎn)進行羅(luó)列分解，确定(dìng)項(xiàng)目技(jì)術(shù)方(fāng)案和(hé)技術路線，由此(cǐ)組織(zhī)相(xiàng)關(guān)人員(yuán)進(jìn)行(háng)攻(gōng)關。定期(qī)對項目(mù)組成(chéng)員(yuán)進行(háng)考核，并以此作(zuò)爲項目獎(jiǎng)勵依據。項目獎(jiǎng)勵注重工作成(chéng)果、工(gōng)作(zuò)實效，有(yǒu)效促(cù)進(jìn)了(le)科技(jì)人員的(de)研發積(jī)極性(xìng)。

 

4 ．人員培養(yǎng)工作(zuò)。 在組織精(jīng)兵強将的(de)同時(shí)，帶動青年員工(gōng)參與到項(xiàng)目中來，從實(shí)際操作(zuò)中學(xué)習(xí)。加(jiā)強與高等院校(xiào)和用(yòng)戶形成長(zhǎng)期緊(jǐn)密型(xíng)産、學、研、用(yòng)合作模式，逐步(bù)形成(chéng)大口徑(jìng)光(guāng)學元件(jiàn)精(jīng)密加工制(zhì)造示範基(jī)地。并依托高等院校科研優勢(shì)，建成一支(zhī)以(yǐ)中(zhōng)青年(nián)爲主的精(jīng)密加工(gōng)技術及(jí)裝備研究(jiū)團隊(duì)，以(yǐ)及掌(zhǎng)握高效(xiào)高精(jīng)銑磨(mó)工藝(yì)、高精(jīng)輪廓(kuò)檢測工藝(yì)、高品質研(yán)抛工(gōng)藝的(de)高級(jí)技術人才隊伍(wǔ)，推動中國高端(duān)機床裝備的持(chí)續發展。

 

四、産品應用效果(guǒ)及産業化前景(jǐng)

大口徑非球面(miàn)産品(pǐn)應用市場(chǎng)規模大，相關加工、檢測(cè)等制造(zào)設備(bèi)也具(jù)有廣闊的市場(chǎng)空間(jiān)。該設備可完成(chéng) 2000mm 口(kǒu)徑以内(nèi)反射(shè)鏡(jìng)元件的(de)高效(xiào)制(zhì)造，實(shí)現(xiàn) 1500-2000mm 量(liàng)級光學(xué)元件的(de)快速、高(gāo)效生産，加(jiā)工效率顯著提升，滿(mǎn)足國防、天(tiān)文等(děng)領域(yù)不斷(duàn)增長(zhǎng)的市場需求。

該(gāi)設備的(de)研制将打破(pò)國外技(jì)術(shù)壟斷(duàn)，實現 2000mm 大口徑非(fēi)球面(miàn)反射鏡(jìng)制造高端數控機床國(guó)産化，在行業和專業(yè)領域(yù)發揮(huī)示範作(zuò)用，爲我(wǒ)國光學産業升(shēng)級提(tí)供可靠的技術保障，推動(dòng)光學(xué)制造(zào)業向(xiàng)高檔次、高質量(liàng)方向發展(zhǎn)。

該設備的(de)大口徑非(fēi)球面加工(gōng)工藝及技術成果可(kě)應用于民(mín)用天文觀(guān)測、減災(zāi)、氣象、國(guó)土資(zī)源管控(kòng)、環(huán)保等方面(miàn)，将産(chǎn)生顯著(zhe)的社會(huì)效益；相關技術(shù)成果(guǒ)可應(yīng)用于(yú)測繪等方面(miàn)，将(jiāng)在國(guó)防安全方(fāng)面發揮(huī)顯(xiǎn)著作(zuò)用。針對該産品(pǐn)研發功能(néng)部件(jiàn)和加工工藝的(de)研究成(chéng)果(guǒ)，有望(wàng)在航空(kōng)工業超硬複合材料加工産業得到應(yīng)用，從而推(tuī)動周邊産業技術進(jìn)步。      

（ 圖(tú)文轉載自(zì)中國(guó)機床(chuáng)工(gōng)具工業(yè)協會(huì) ）