【2022先進(jin)會員（創新(xīn)十佳）】杭機(ji)股份：大口(kǒu)徑光學元(yuán)件超聲銑(xi)磨抛成套(tào)裝備

2025年12月15日(rì)，中國機床(chuáng)工具工業(yè)協會公布(bu)了“關于2022年(nián)度中國機(ji)床工具工(gōng)業協會先(xiān)進會員（十(shí)佳）的表彰(zhāng)決定”，對10家(jia)“自主創新(xin)十佳”和10家(jiā)“産品質量(liang)十佳”企業(yè)進行了表(biǎo)🐅彰，并于CIMT2023展(zhǎn)會開幕首(shou)日給獲獎(jiǎng)企業頒發(fā)了獎牌。爲(wei)了💋更好地(di)宣傳這些(xiē)先進會員(yuan)企業，協會(hui)傳媒部針(zhen)對十佳企(qi)業及其産(chan)品組織了(le)👅系列專題(ti)報道，以協(xie)會行🍓業發(fā)展部提供(gong)的資料爲(wèi)素材整理(li)成宣傳稿(gǎo)，經與相關(guān)企業确認(ren)後，在協會(huì)主辦的全(quán)媒體平台(tái)陸續公開(kāi)發✊布（排名(míng)不分先後(hou)），供業界同(tong)仁參考，以(yi)期共同進(jìn)步。

 

協會傳(chuan)媒部

一、産品亮(liang)點

浙(zhe)江青岛盈(yíng)复自动化(huà)制造有限(xiàn)公司(4G网站(zhàn))（簡稱 “杭機股份(fen)”）研發的大(dà)口徑光學(xue)元件超聲(shēng)銑磨抛成(cheng)套裝備，采(cai)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻用橋式框(kuang)架移動式(shi)結構布局(ju)，具有高剛(gang)性、高精度(dù)及強大的(de)多手段揉(róu)合功能，配(pèi)置超精密(mi)閉式靜壓(yā)回轉工作(zuò)台，可自由(yóu)統配超精(jīng)密靜壓主(zhu)軸、超聲刀(dāo)柄、磨抛頭(tou)、應力盤、磁(ci)流變組合(hé)及搖臂式(shì)☂️輪廓度儀(yí)等關鍵部(bu)件，設📧備配(pei)置有尋邊(biān)定位系統(tong)，可快速定(ding)位光學元(yuán)件坐标，提(tí)高工作效(xiao)率。設備可(kě)對 3 米(mi)級光學元(yuán)件進行超(chāo)精密銑磨(mo)加工、多自(zi)由度快速(sù)研抛及高(gao)㊙️精度測量(liàng)，完成光學(xue)元件磨削(xue)、研抛、精㊙️抛(pao)、檢測、确定(dìng)性修形的(de)全🌈部加工(gong)工藝。

設備配置(zhì)高精度絕(jue)對式光栅(shān)，保證機床(chuáng)軸系高精(jing)㊙️度㊙️；配🔴置國(guó)💞産五軸聯(lián)動數控系(xì)統，實現機(jī)床多手段(duàn)、多組合的(de)磨抛加工(gōng)技術。最大(da)限度地降(jiàng)低光學元(yuán)件在超🈲精(jing)密磨削過(guo)程中的亞(yà)🛀表面損傷(shāng)層深度，提(ti)高加工精(jing)度和效率(lǜ)。加工精度(du)爲抛光階(jiē)段面形 ≤ 10nm ，表(biǎo)面粗糙度(du)≤ 1nm RMS ；機床(chuang)精度爲直(zhi)線軸重複(fu)定位精度(du)≤ 1 µ m，靜壓(yā)主軸回轉(zhuan)精度≤0.2 µ m，靜壓轉台(tai)回轉精度(dù)≤0.5 µ m。

設備(bei)主要用于(yú)大 口(kǒu)徑非球面(miàn)反射鏡以(yi)及 SiC/Si 、光(guāng)學玻璃高(gāo)效光學元(yuán)件的磨削(xue)、磨抛精密(mi)加工及在(zài)線輪廓測(cè)量，可完成(cheng)光學元件(jiàn)磨削、研抛(pao)、粗抛、檢測(cè)、确定性修(xiū)形🌈的全部(bù)加工工藝(yi)。

設備的研(yan)制成功，打(dǎ)破國内超(chao)大口徑空(kong)間光學反(fǎn)射♌鏡制造(zào)能🏃‍♂️力瓶頸(jǐng)，爲我國航(háng)天等重點(diǎn)領域的大(da)型光學元(yuán)件加工提(tí)供關鍵設(shè)備保障，對(duì)提高我國(guo)🌏超大口徑(jing)光學元件(jiàn)加工技術(shù)起到重要(yao)促進作用(yòng)。

二、産(chǎn)品特點及(jí)技術水平(píng)

1.  産品(pǐn)結構特點(diǎn)

本機(ji)床采用龍(long)門框架移(yi)動式結構(gòu)布局，由雙(shuang)床身架、橫(héng)梁及橫梁(liáng)支座組成(chéng)一個剛性(xing)框架結構(gòu)，中間是直(zhi)✏️徑 3m 的(de)靜壓回轉(zhuǎn)工作台（ C 軸）。機床(chuang)具有 X 、 Y 、 Z 三個平動(dong)軸，橫梁沿(yan)雙床身架(jia)上的導軌(gui)做縱向運(yùn)動♍，橫梁沿(yán)左側床身(shēn)架的縱向(xiang)運動爲 Y1 軸，橫梁(liáng)沿右側床(chuang)身架的縱(zòng)向運動爲(wei) Y2 軸，橫(héng)梁通過 Y1 與 Y2 同步驅動(dòng)實現縱向(xiàng)移動。

在橫梁上(shang)有兩套橫(héng)向拖闆，橫(heng)向拖闆沿(yán)橫梁導軌(gui)做😄橫向運(yun)😍動，橫向拖(tuo)闆的橫向(xiang)運動爲 X1 、 X2 軸(zhou)。橫向拖闆(pan)前部有垂(chuí)直拖闆，垂(chuí)直拖闆沿(yán)橫向拖🧡闆(pǎn)上作垂直(zhi)升降運動(dong)，即 Z1 、 Z2 軸。

超精密非(fēi)球面磨削(xuē)主機垂直(zhí)拖闆下方(fāng)可安裝超(chao)精密磨削(xue)主軸和搖(yáo)臂式輪廓(kuo)儀測量系(xi)統，主軸與(yǔ)👣垂直拖闆(pǎn)之間安裝(zhuāng)有一擺動(dòng)分度軸 —— B1 、 B2 軸，實現(xian)各磨頭和(he)繞 Y 軸(zhou)方向± 100 °擺動。非球(qiu)面超精密(mi)銑磨設備(bèi) B1 、 B2 軸可安裝(zhuang)超精密磨(mó)削主軸和(he)搖臂式輪(lún)廓測量裝(zhuāng)置等✉️；多💔自(zi)由度快速(su)研抛設備(bèi) B1 、 B2 軸可自由(yóu)選裝小磨(mo)頭數控研(yán)抛裝置、應(yīng)力盤研抛(pao)裝置㊙️、磁流(liú)體抛光裝(zhuāng)置和搖臂(bi)式輪廓測(cè)量裝置等(děng)。

該設(she)備共有 9 個數控(kòng)軸（ 6 個(gè)直線軸、 3 個回轉(zhuǎn)軸），工作時(shí)需要進行(háng) 5 軸聯(lián)動控制。

2.  技(ji)術難點與(yǔ)創新點研(yán)究

（ 1 ）技術難(nan)點

①掌(zhǎng)握 2000mm 直(zhi)徑超精密(mì)閉式靜壓(yā)工作台設(shè)計與制造(zào)技術；掌握(wò)大直徑閉(bì)式靜壓工(gong)作台的超(chao)高精度（轉(zhuan)台回轉精(jīng)度❓≤ 0.5 μ m ）的設計(ji)、制造、裝配(pèi)方法，解決(jué)了大直徑(jing)轉台回轉(zhuǎn)精度✍️及穩(wěn)定性問題(tí)，形成關鍵(jiàn)零件加工(gong)和部件裝(zhuāng)配♉規範。

②掌握高(gao)精度靜壓(yā)回轉工作(zuò)台的全性(xìng)能測試方(fang)法，解決高(gāo)⛹🏻‍♀️精度🚩功能(neng)部件制造(zào)裝配難、檢(jiǎn)測難的問(wèn)題。

③掌握長(zhǎng)絲杠垂度(du)誤差控制(zhì)技術。由于(yu)設備 X 軸（橫向拖(tuō)闆左右運(yun)行）進給機(ji)構采用的(de)是絲杠副(fu)💞傳動，絲杠(gàng)跨度大于(yu) 6m ，爲避(bi)免絲杠垂(chui)度的影響(xiang)，需要更改(gǎi)或優化傳(chuan)動機構。采(cǎi)用螺🌈母旋(xuán)轉絲杠副(fu)傳動，并根(gen)據橫梁運(yùn)行曲線适(shì)當調整确(que)定絲杠副(fu)的支撐拉(la)力。

④設備采(cǎi)用 1 µ m級(ji)重複定位(wèi)精度直線(xian)軸進給機(jī)構設計、裝(zhuang)配工藝🧡方(fang)🔆法、規範檢(jiǎn)測方法，提(tí)高機床精(jing)度。

⑤優(yōu)化龍門框(kuang)架式移動(dòng)結構設計(jì)與制造工(gong)藝，有效♈提(tí)高非球面(mian)💯超精密銑(xi)磨設備的(de)機床精度(dù)，有效提升(shēng)多自由度(du)快速研抛(pāo)設備的各(gè)軸加速度(du)和移動速(su)度，提高設(shè)備加工效(xiào)率。

（ 2 ）技術創(chuang)新點

①高精(jīng)密靜壓工(gong)作台的設(she)計制造裝(zhuang)配調試檢(jian)測技術；

②單(dān)機床複合(hé)多手段、多(duo)工位銑磨(mo) / 研抛(pāo)功能技術(shù)，拓展功能(néng)化、模塊化(hua)、标準化設(she)計設計方(fāng)法，提高設(she)備集成化(hua)，滿足光學(xue)元件對主(zhǔ)機設備的(de)多功能要(yao)求；

③大(dà)型機床動(dòng)态和熱态(tài)特性分析(xī)及優化，掌(zhǎng)握大型機(jī)床模态變(biàn)化規律及(ji)優化方法(fa)。

（ 3 ）國内外研(yan)制情況

随着光(guāng)學制造技(ji)術的發展(zhan)，針對地基(jī)、機載大口(kou)徑望遠鏡(jing)的研究已(yi)在全球掀(xiān)起熱潮，而(er)大口徑望(wàng)遠✔️鏡的⭕需(xu)求♍對光學(xué)制造能力(li)的牽引，掀(xiān)起了全球(qiu)光學制造(zào)行業的技(ji)術創⭕新熱(rè)潮。美國 Arizona 大學、 QED 公司，德(dé)國 CARL ZIESS 、 NTG ，日本 CANON ，英國 CRANFIELD 等多家(jia)公司和研(yán)究機構均(jun1)推出了獨(du)具特色的(de)制造裝💰備(bèi)🔞和工藝，大(dà)口徑光學(xue)制造技術(shu)的研究和(he)發展已經(jing)國際化。

針對 RB ‐ SiC 等(deng)硬脆材料(liao)加工中存(cún)在的問題(ti)，從 20 世(shi)紀  90 年(nián)代開始，國(guó)外一些公(gong)司開始研(yan)究硬脆材(cai)料的超聲(sheng)加工技術(shu)，開展超聲(sheng)加工裝備(bèi)研制。如 DMG 公司開(kai)發了可用(yong)于加工陶(tao)瓷、 RB ‐ SiC 、 C/C 複(fú)合材料等(děng)難加工材(cai)料的超聲(sheng)銑磨設備(bèi)。此外，奧地(di)利  GFM 公(gong)司、德國 GEISS 公司、法(fa)國 CRENO 公(gong)司都已研(yan)發出超聲(sheng)加工專用(yong)機床，并成(cheng)功應用于(yu)🐕航空⛷️航天(tiān)制造等領(ling)域。

DMG公(gōng)司開發的(de)五軸超聲(sheng)磨削加工(gōng)中心

與國(guó)外先進水(shuǐ)平相比，目(mu)前我國航(háng)空航天制(zhi)造企業大(da)都采用傳(chuán)統的磨削(xue)方法加工(gong)光學材料(liào)構件，在加(jia)工質量、成(cheng)品率、加工(gōng)效率、工具(jù)磨損等方(fāng)面存在或(huo)多或少的(de)問題，顯示(shi)出自主研(yán)發的重要(yào)性。       

近(jìn)年來，我國(guó)經濟技術(shù)發展迅猛(měng)，國力日漸(jiàn)強盛，未來(lai)也将需要(yao)🌏建造自己(jǐ)的巨型天(tian)文望遠鏡(jing)。在地基望(wang)遠鏡中💃，近(jìn)期關于🏒我(wǒ)國 12m 天(tiān)文望遠鏡(jing)技術方案(àn)的争論正(zheng)在公開進(jìn)行，中外學(xué)者們紛紛(fen)公開發表(biao)自己的觀(guan)點，問題焦(jiao)點集中于(yú)望遠鏡⭐光(guang)學系統💁方(fāng)案的選定(ding)和國際化(hua)問題，但本(běn)質上是方(fāng)案🧡的技術(shù)實現可行(hang)性問題。

研(yán)究直接面(mian)向超大口(kǒu)徑反射鏡(jìng)的高效率(lǜ)、高精度制(zhi)造問🌂題✍️，通(tong)過高效率(lǜ)制造裝備(bei)的産業化(hua)和大口🏃徑(jing)制造工藝(yì)規範化🔴，實(shí)現大口徑(jìng)光學元件(jian)的批量化(hua)生産🥵，将爲(wèi)未來制造(zào)巨型拼接(jie)主鏡提供(gòng)強有力的(de)技術保障(zhang)。

（ 4 ）技術水平(ping)

本設(shè)備是公司(si)第三代産(chǎn)品。第一代(dai)産品已經(jīng)成功㊙️生産(chan)出🈲 4.13m 大(dà)口徑反射(she)鏡，經一代(dai)、二代技術(shù)累積，在機(ji)床性能、精(jīng)度、多手段(duàn)揉合技術(shù)方面有進(jìn)一步創新(xīn)及應用🐪。

綜合相(xiang)關技術及(jí)産品應用(yong)要求，杭機(jī)研發的非(fēi)球面超精(jīng)密銑磨設(shè)備 / 多(duo)自由度快(kuai)速研抛設(shè)備，爲我國(guó)光學産業(yè)升級、研發(fā)高💛性能光(guāng)電産品提(ti)供可靠的(de)技術保障(zhang)，補實了🤟國(guó)内自主研(yán)制大型光(guāng)學元件的(de)高精高效(xiào)生産制造(zao)體系的重(zhong)要一環，滿(man)🌈足國民經(jing)濟和國防(fáng)安全領域(yù)需求，具有(you)良好的經(jing)濟和社會(hui)效益。

三、圍(wéi)繞該産品(pǐn)所開展的(de)技術創新(xin)工作

 

1 ．采取(qǔ)項目負責(zé)制。 由(yóu)公司技術(shu)副總負責(zé)項目的實(shi)施和推進(jìn)，公司負責(ze)人🚶‍♀️參與協(xie)調項目進(jìn)展，同時督(dū)促公司配(pèi)套資金及(jí)相應的💁人(ren)力、物力全(quan)部落實到(dao)位，以保障(zhang)課題順利(li)實施⛱️。

 

2 ．制訂(dìng)項目管理(li)辦法。 确定技術(shu)資料、财務(wù)、生産流程(cheng)文檔等的(de)管理要求(qiu)；定期組織(zhi)階段考評(ping)會，檢查計(ji)劃進展，協(xie)調存在的(de)問題，保障(zhang)課題實施(shī)的時效性(xìng)；制訂項目(mu)開發時間(jian)表，确定項(xiàng)目裏程碑(bei)計劃。

 

3 ．項目(mù)任務分工(gong)明确。 對項目研(yan)發内容的(de)關鍵技術(shù)及技術創(chuang)新點進行(háng)羅列分解(jiě)，确定項目(mu)技術方案(an)和技術路(lù)線，由此組(zǔ)🤩織相💋關人(rén)員進行攻(gōng)關。定期對(dui)項目組成(cheng)員進行考(kǎo)核，并以此(ci)作爲項目(mu)獎勵依據(ju)❄️。項目獎勵(li)注重工作(zuò)🔞成果、工作(zuo)實效，有效(xiao)促進了科(ke)技人員的(de)研發積極(ji)☔性。

 

4 ．人員培(pei)養工作。 在組織(zhi)精兵強将(jiāng)的同時，帶(dài)動青年員(yuan)工參與到(dào)項目中來(lái)，從實際操(cāo)作中學習(xí)。加強與高(gao)等院校和(hé)用💯戶形☂️成(cheng)長期緊密(mì)型産、學、研(yán)、用合作模(mo)式，逐步形(xing)成大口徑(jìng)光學元件(jiàn)精密加工(gōng)制造示範(fàn)基地。并依(yī)托高等院(yuàn)校科研優(you)勢🙇🏻，建成一(yī)支以中青(qīng)年爲主的(de)精密加工(gong)技術及裝(zhuang)備研究團(tuán)隊，以及掌(zhang)握高效高(gāo)精🌏銑磨工(gong)藝、高精輪(lún)廓檢測工(gong)藝、高品質(zhì)研抛工藝(yi)的高級技(ji)術人才隊(duì)伍，推動中(zhong)國高端🍉機(jī)床裝備的(de)持續發展(zhǎn)。

 

四、産(chǎn)品應用效(xiao)果及産業(ye)化前景

大口徑(jìng)非球面産(chǎn)品應用市(shì)場規模大(dà)，相關加工(gong)、檢測等制(zhì)造設備也(yě)具有廣闊(kuo)的市場空(kong)間。該設備(bèi)可完成 2000mm 口徑以(yǐ)内反射鏡(jing)元件的高(gāo)效制造，實(shí)現 1500-2000mm 量(liang)級光學元(yuán)件的快速(sù)、高效生産(chǎn)，加工效率(lü)顯著提升(sheng)，滿足國防(fáng)、天文等領(ling)域不斷增(zeng)長的市場(chǎng)需求。

該設備的(de)研制将打(da)破國外技(jì)術壟斷，實(shi)現 2000mm 大(da)口徑非球(qiú)面反射鏡(jìng)制造高端(duān)數控機床(chuang)國産化，在(zài)✌️行業和專(zhuan)業領域發(fā)揮示範作(zuò)用，爲我國(guo)光學産✂️業(ye)升級提供(gong)可靠的技(ji)術保障，推(tui)動光學制(zhi)造業向高(gāo)檔次、高質(zhì)量方向發(fa)展。

該設備(bei)的大口徑(jìng)非球面加(jiā)工工藝及(jí)技術成果(guo)可應用于(yú)民🔞用天文(wén)觀測、減災(zāi)、氣象、國土(tǔ)資源管控(kong)、環保等方(fang)面，将産生(shēng)顯🔆著的社(shè)會效益；相(xiang)關技術成(chéng)果可應用(yòng)于測繪等(deng)方面，将在(zài)國防安全(quan)🐆方面發揮(huī)顯著作用(yong)。針對該産(chǎn)品研發功(gong)能部件和(he)加工工藝(yi)的🔆研究成(cheng)果，有望在(zai)航空工業(yè)超硬複合(he)材料加工(gong)産業得到(dao)應用，從而(er)推動周邊(biān)産⚽業技術(shù)進步。      

（ 圖文轉載(zai)自中國機(ji)床工具工(gōng)業協會 ）