上世紀(jì)80年代,美國(guó)LLNL(Lawrence Livermore National Laboratory)公司研制出大型超精密車床用于軍工產(chǎn)品的生產(chǎn),在此基礎(chǔ)之上,經(jīng)過若干年的發(fā)展,出現(xiàn)了超精密切削加工技術(shù)。
而日本早在80年代末,就把超精密切削加工技術(shù)和微加工技術(shù)作為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。到了90年代中期,進(jìn)入大規(guī)模研發(fā),93年已研發(fā)出精度控制在1nm的多軸加工裝置。隨著光學(xué)與IT技術(shù)的結(jié)合及光電技術(shù)的發(fā)展,對(duì)光學(xué)元件加工要求越來越高,更進(jìn)一步推動(dòng)了精密切削加工技術(shù)的發(fā)展。近年來,日本推出了更高精度的納米加工機(jī)床及專用加工機(jī)床、加工中心等,如日本Sodick公司的高精度Ultra NANO 100,定位精度達(dá)到0.5nm,形狀精度為2-3nm。如日本不二越公司制造的NANO ASPHER,則是專用于加工高精度透鏡模具,透鏡用于最新銳的DVD及手機(jī)等。
日本不二越公司制造的NANO ASPHER 手機(jī)、DVD、數(shù)碼相機(jī)等各種數(shù)碼產(chǎn)品的性能不斷提高而價(jià)格急速下降,這完全得益于光電技術(shù)的發(fā)展和光學(xué)元件加工技術(shù)的提高。用于光信號(hào)控制的透鏡、反射鏡、光柵、棱鏡等這些元件都是塑料加工品或玻璃制品,批量生產(chǎn)這些元件的模具精度左右這些產(chǎn)品的質(zhì)量。光學(xué)元件的特征是產(chǎn)品微小,表面形狀、結(jié)構(gòu)等都要求微米及或納米級(jí)加工精度。光學(xué)元件是以波長(zhǎng)為單位的(如面粗糙度為波長(zhǎng)的1/20等)。隨著數(shù)碼機(jī)器越來越小,對(duì)元件和模具的加工精度要求會(huì)越來越高。生物醫(yī)療領(lǐng)域也是如此。
現(xiàn)在納米技術(shù)已走入每個(gè)人的日常生活中,民用數(shù)碼機(jī)器的多數(shù)元件是用納米加工機(jī)床加工出來的,可以說微米—納米形狀零件已隨處可見。
超精密切削加工,除了光學(xué)加工,也在其他多個(gè)行業(yè)得到應(yīng)用,市場(chǎng)不斷擴(kuò)大,相關(guān)的技術(shù)也在加速提升,而技術(shù)的提升,又增加了更多的需求。隨著市場(chǎng)的擴(kuò)大,納米機(jī)床的價(jià)格會(huì)不斷下降,這又使得更多的行業(yè)使用納米加工機(jī)床。
納米機(jī)床案例
納米機(jī)床主要用于光學(xué)部件及半導(dǎo)體加工,按用途可分為:半導(dǎo)體加工機(jī)床,如半導(dǎo)體晶片磨光機(jī);光學(xué)元件加工機(jī)床,如加工菲尼爾(Fresnel)元件、導(dǎo)光板等;球面、非球面加工機(jī)床,如加工球面、非球面透鏡的成型模具;難切削材料加工機(jī)床,如加工水晶、陶瓷、磁盤、磁頭等。納米機(jī)床主要應(yīng)用領(lǐng)域有民用光學(xué)元件,如光盤、CCD-CMOS成像透鏡,液晶導(dǎo)光板模具;通信用光學(xué)元件,如光傳導(dǎo)用高可靠性透鏡模具等;機(jī)械零件超精密加工,如半導(dǎo)體儲(chǔ)存元件微電路的加工等。
日本FANUC公司經(jīng)過20年的研發(fā),開發(fā)出了高精度高速加工光學(xué)元件的5軸納米機(jī)床。加工精度直線軸為1nm,旋轉(zhuǎn)軸為0.00001°。能進(jìn)行車、銑、磨、鉆加工以及開槽、加工光學(xué)模具等,主要用于加工光學(xué)元件,如光柵鏡、導(dǎo)光板、球面鏡、非球面以及光學(xué)元件的模具。