超精密加工机的現状与加工实例
 

作者【日】洪 榮杓

1. 前言
通过超精密加工可以加工复杂的形状，注意以下事实：它在材料选择上具有高度自由度。
应用对象正在扩展到各个领域。
在本报告中，介绍Fanac 开发的超精密5轴机床。
以Bonano为例，超精密加工所需的功能并说明了应用程序状态及其处理示例。

2。超精密五轴纳米加工机Robo Nano的功能，
图1显示了超精密5轴纳米加工机ROBONANO的外观。
本机可同时控制3个直线轴和2个旋转轴的5轴控制。可选铣削主轴，车床主轴，纳米安装在加工机上的超精密形状测量仪Nanocheck实现超高速往复运动而无后坐力的穿梭装置通过安装支持各种超精密加工。
所有滑动部件均由静压空气支承组成，其线性轴为直线电机，内置同步伺服电机的旋转轴无需接触即可直接驱动。机床没有导致问题的固体摩擦，并且向轴承供应了空气。由于空气管道中的气流分层，因此每个轴的振动最小，高重复性和平滑度该操作成为可能。操作机体时消耗量，因为轴承中没有摩擦功率小至5 W或更小，并且将发热抑制到0.1°C或更小。此外，供应给静压空气轴承的压缩空气的温度当控制到：0.01°C并安装在约1°C的恒温室中时但是，在实际执行处理的区域中，温度为0.01°C的房间它与安装时一样稳定。在普通机器中，如果长时间使用，轴承会磨损并磨损。存在精度降低的问题，但是ROBONANO的轴承表面接触。无需使用静压轴承即可满足使用条件的空气继续供应，即使长期使用后轴承也会磨损。
无需维护。

3.在超精密模具加工中的应用
3.1 Fanac的超精密镜片模具加工技术
作为精密镜片模具的条件表面粗糙度为PV 0.02mm以下必须为镜面，并通过抛光技术确保准确性。另一特点，为了减少步骤，消除了抛光过程。它很有用，并且在Robo Nano中分层并且具有机械摩擦平稳的静压空气支承，无振动且振动最小的空气轴承和线性支承，间隙为1 nm，旋转轴为1 / 1,000,000度分辨率的Fanac纳米伺服电机控制技术进行控制，用于实现上述无需抛光的精密镜面切削。
精密镜片模具的另一条件是PV 0.2 mm或更高。有必要确保以下形状精度。刀刃不规则，存在轮廓误差，如果按原样加工，该凹口将出现在镜片模具中。凸面被转移。应用超精密机上测量技术，通过以进给率为单位进行校正，以消除上述误差的影响。可以确保PV的形状精度为0.2 mm或更小。
图2显示了专用于RoboNano的超精密机上测量设备Nanocheck。显示了通过微点测量的状态。将纳米检查仪安装在robonano上并进行处理。它是一种接触式测量机，无需拆卸模具即可实现形状测量。像robonano一样，纳米检查仪的分辨率为1 nm。它由空气支承滑轨组成。它在Robo Nano上准确测量模具的加工误差，可以进行校正处理。对于消除处理错误并提高模具精度，是必不可少的。
由于扫描工件的整个表面以进行三维形状测量，即使像典型的光学透镜那样具有轴对称的形状，以至没有对称性也可以。甚至可以测量弯曲形状。此外，Robo Nano的附在轴上的旋转纳米检查仪，甚至可以在陡峭的斜坡上进行测量。可以控制旋转，以使测头垂直于测量表面。倾斜度大于或等于80°的模具，例如蓝光镜头可以进行高精度的测量。固定了常规测量仪器的方向使用相同的测量方法，测量精度会随着倾斜角度的增加而降低。这些纳米检查仪器的测量由CNC控制。可以直接从CNC屏幕进行操作。

3.2超精密镜片模具的加工实例
对于精密镜片模具，可用于常规车削处理的球体。除了表面和非球面镜片模具，还需要铣削加工。有用于透镜阵列的模具。ROBONANO可以同时进行5轴控制（3个直线轴和2个旋转）的加工。结合铣削主轴的铣削可以加工各种超精密镜片模具。

图3用于旋转的蓝光镜头显示了球面透镜模具。镜头的末端具有陡峭的倾斜角度，很常见很难测量和校正，但是在纳米检查仪器的旋转机器上通过使用测量功能，探头垂直于测量表面进行测量。

图4显示了超小型便携式铣削加工的示例。显示了用于大量生产透镜模具以及透镜阵列的模具。
专用的加工/测量功能，用于加工透镜阵列模具，它使加工程序变得容易。对于一般透镜形状的测量，仅测量中心横截面，并使用校正程序。与撞锤创建不同，此功能使用螺旋路径，可以在镜头的整个表面上进行测量。该旋涡校正应用于直径为f0.8 mm的300个镜头模具。已应用于加工超精密镜片模具的形状精度确认PV为0.1mm。

图5显示了激光打印机等使用的非轴对称自由度。显示了弯曲的透镜模具。尽管形状复杂且不对称Robo Nano和3D全尺寸机上测量技术带来的高精度是安全的。

3.3 Fanac的导光板模具加工技术
细小凹槽和点的成型，例如导光板和衍射栅。该工作由专用的可选穿梭装置Shuttle-Unit完成【注】。数字无反冲超高速拉伸处理中的往复装置的外观显示。往复装置中的某些工具高速往复运动有滑轨和副滑轨。在两滑轨的端部，各有一个磁铁，但它们在同一极彼此面对，滑块之间产生排斥力。工具类高速行驶时由于磁铁的排斥力而产生的反作用力该结构通过沿相反方向移动行驶来消除反冲力。并且因为支承是空气支承，所以是无摩擦无发烧。因此，它的行程为200毫米，是最好的。每秒可以高速和高精度地在5分钟内加工500,000个微型凹槽。
加工凹槽时，单晶会附着在梭子上用压电元件驱动钻石刀具进行单向牵引过程以在返回行程中离开。水平安装除了在平面上加工细槽外，垂直安装也可以在旋转辊的表面上加工细槽。

3.4导光板模具的加工实例
图7显示了用于智能手机面板的指南。显示了用ROBONANO处理光学片材模具的示例。可以在平面上调整大小数十万个奇怪的点被处理。
导光板模具中点的深度取决于距光源的距离。它是可变的。由于Robo Nano的超精密定位而变得均匀
实现精密间隔和深度。

图8使用了90度张开角度的钻石刀具。
显示了处理后的衍射光栅的SEM照片。材质为镀铜，间距为2.4毫米。山脊上没有毛刺，
可以将其处理成一个循环。沿加工方向测量的表面精度具有Ra 0.6 nm的良好值

4。用超精密加工机加工超精密零件
Robo Nano不仅需要用于光学组件的模具，而且也适用于机械零件的加工。机器人纳米空气轴承零件就是一个典型的例子，图9显示了Robo Nano空气轴承。它显示了轴承零件的加工方式。空气轴承由于必须确保以纳米为单位的轴承间隙，因此轴承要求表面具有高的形状精度和表面粗糙度。通过弹出完成。但是，重复进行处理和测量。返回并确保目标准确性需要大量人力。但是，加工精度也取决于工人的技能。为了解决这个问题，用ROBO NANO加工了轴承表面。这样可以确保零件的准确性，减少人力并稳定质量。问题解决了。
用于上述手机中作为超精密加工机的加工对象容易想象镜头模具之类的小零件适用于加工边长约为200毫米的较大零件用作超精密加工机器Robo Nano的关键组件使用。

5。超精密模具加工技术与精密成型技术的合作
通过超精密纳米加工制成的模具永远不会直接商业化。实际上是通过使用模具的注射成型而成型的。
超精密模具加工技术，因为它将用作产品遵循上述要求的精密注塑技术是绝对必要的。
Fanac已使用电动注塑机Roboshot培育了很长时间。我们拥有极高的精密注塑技术和超精密的模具加工。
超精密模具加工与精密成型之间的协调非常重要，而且精密模具获得更好的成型产品，并获得成型的反馈培养加工技术成为可能。
图10显示了Fanac显示了电动注塑机Roboshot的概述。
Fanac Robo shot具有超高精度的模具夹紧能力，因此具有很高的精度。通过透镜成型和超高速注射实现薄壁导光板成型。以下是Robo Nano，Robo Shot的超精密模具加工精密注塑成型的一个例子。图11显示了镜头，

图12是导光板的一个示例。

6。结论
以Fanac Co.，Ltd.的超精密5轴机床Robo Nano为例我们解释了超精密加工机的现状和加工实例。
在开发之初，它是由一家研究机构引入并用于新目的的。
Robo Nano，过去几年一直在处理原型零件作为一种趋势，一般公司都使用它来处理批量生产的产品。
获得的机会正在增加。不仅在最初要求精度的光学领域，而且还要求通信和自动
通过响应汽车和医疗等新领域的需求，
我们认为，可以期待对精密加工机的新需求。

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注：
光学电子领域中的穿梭装置
我们开发了用于微细槽高速加工的穿梭装置Shuttle-Unit，以1.2m / s的速度驱动梭子，
每秒往复运动3次，由于其无反冲结构，Shuttle Unit可以防止反冲作用返回到机器的主体，
该装置不仅可以加工微槽，还可以加工Shuttle上的PZT执行器以高频率驱动切削工具时会产生微小的凹痕，然后在5分钟内加工500,000个微型凹窝。这次，我们尝试加工更复杂的形状，例如交叉槽，带图案的凹坑阵列和0.3μm棱锥图这些加工样品表明了实际的用途。

下一篇介绍穿梭装置（机构）。