汽车行业的超精密加工解决方案

Precitech的创新技术允许汽车行业的许多主要超精密应用。这些包括Precitech的高加速度快速刀具伺服（FTS）和用于在前照灯光学模具上开发自由形状的高速Levicron铣削主轴。

为了制造用于航空航天或汽车应用的平视显示器（HUD）模具纳米形态^®700超或纳米形态^®1000英镑，是满足用户需求的理想位置。当配备具有C轴和自适应控制技术（ACT）的HD-160主轴时，当今市场上没有其他解决方案适合此应用。

这个自由的^®L5轴机床和Levicron的HSK25快速换刀系统^®可用于制造汽车信号灯嵌框和反射器的角立方体模具。此外，Precitech在红外制造技术方面的悠久历史和知识促进了诸如用于行人/动物检测的激光雷达系统和自动引导汽车等汽车红外应用。

用途:头灯光学模具

目标:

显示在镀镍钢上高速加工透镜阵列

过程：

使用纳米形式^®X（Freeform L、Nanoform 700或Nanoform L 1000）和快速工具伺服（FTS500），用于在非球面镀镍钢模具上加工凹面非球面，用于汽车前照灯光学模具

金融时报详情：

• 行程：500µm
• 峰值加速度：200米/秒^2.
• 典型光洁度:< 5 nm Ra
• 典型形式：<0.3µm PV

零件详情：

• 尺寸：65 x 55毫米
• 材料:夹
• 形状:凹asphere

工具详细信息：

• 前角：0°
• 半径:0.505毫米

流程详情：

• 冷却液：OMS
• 主轴速度：500毫米/分钟（恒定表面速度）
• 每转进给量：4µm/rev

结果

• 加工时间：3小时
• 表面光洁度：
  2.15 nm Rq (0.08 mm高斯滤波器)
  1.74 nm Ra（0.08 mm高斯滤波器）
• 形状精度：<1µm PV
• 化妆品：很好

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实现技术- FTS

与其他供应商相比，Precitech在全球使用的快速刀具伺服（FTS）系统更多。在过去二十年中，Precitech提供了500多个FTS系统。FTS系统提供了一种快速制造自由曲面的技术，包括：光管理微结构、透镜阵列、接触镜和激光准直器中的复曲面光学和机械特性。FTS切削通常比其他伺服刀具切削方法（如慢速刀具伺服）快10-15倍。

概述

三种模式	富时1000	FTS 500	富时70
长途行走	1000µm≈100 Hz 250µm≈ 200赫兹	500µm≈ 141赫兹 250µm≈ 200赫兹 62.5µm≈ 400赫兹	70µm≈ 100赫兹
峰值加速度	200米/秒2.	200米/秒2.	3000米/秒2.
典型的表单	<0.6µm PV	< 0.3µm PV	< 0.3µm PV
典型饰面	< 9 nm Ra	<5 nm Ra	< 3 nm Ra
伺服带宽	1000赫兹	1000赫兹	900赫兹
快速通信控制系统
操作系统：	Windows 7
DSP：	Sharc以ADSP
典型位置命令更新率:	20至35千赫
D到A转换器:	18位，超低噪音
更新时间抖动：	< 50纳秒
图形用户界面：	基于Windows的UPx样式
两个可选包
基准库–编程对象，定义常用基准（对齐）标记的切割路径
具有混合区和动态刀具补偿的20阶非球面透镜阵列

Precitech FTS装置可集成到所有Precitech超精密纳米系统和Freeform系统中。FTS系统由Precitech独家的Fastcom III FTS快速命令生成器控制。

Fastcom III控制是在双向通信与主UPx控制。当FTS程序运行时，作业人员与UPx控制完全交互。Fastcom完全支持Precitech DIFFSYS CAM软件。曲面可以通过数学表达式、位图或点云(最多1,000,000个点)来定义。

通过数学表达式定义曲面的好处包括：

• 生成刀具路径命令时，不会在点云中较低分辨率点之间进行插值，从而生成更精确的曲面
• 没有“点云”相关的表面大小或单独特征的精细定义的限制

使能技术–Levicron主轴

Levicron主轴有两种配置:ASD-Cx具有气动夹头系统，ASD-H25具有行业标准的HSK25接口，能够应用现成的超精密解决方案，快速更换工具，节省成本和时间。供应60000和80000 rpm的模型，Levicron锭子允许更快的制造和更高的质量水平，比其他商业锭子。低误差运动，热稳定性，准确快速的刀具更换，长而轻的轴设计，和强大的轴承系统，允许快速芯片到芯片的时间和材料去除率所需的高生产率的工业过程。

• 提高生产效率，降低刀具费用，最高可达100000 rpm，可选HSK25快速更换刀具界面
  • 快速且重复地将刀具置于1µm以内的中心位置，小型刀具不需要平衡，从而缩短了芯片间的时间
  • 由于高功率和强大的轴承设计，擅长快速去除材料
• 提高表面光洁度异步误差运动小于30纳米
• 减少主轴浸泡时间，在五分钟内达到热稳定性
  • 集成对称薄膜冷却系统对径向生长的限制
  • 受自补偿设计限制的轴向增长（轴承座在+Z方向的增长被轴在-Z方向的增长抵消）
• 在任意转速下均能准确运转，轴设计保证所有固有频率均在工作转速范围之外
  • 没有什么“甜蜜点”

主要规格
速度	60 K, 80 K, 90 K，和100 K RPM选项
最大轴功率（取决于配置）	2.1-4.2千瓦（2.8-5.6马力）
轴向刚度	最高可达60 N /µm
轴向承载力	高达550 N
径向刚度	高达40纳米
径向承载能力	高达330 N
误差运动	轴向误差小于30 nm的异步运动

用途:平视显示模具

目标:

显示在任一纳米形状上加工平视显示器（HUD）模具时可达到的表面光洁度和形状精度^®700 ultra或Nanoform^®采用自适应控制技术（ACT）和HD160高容量工件保持主轴的L 1000机床平台

过程：

自由形式XZC金刚石车削，采用自适应控制技术，消除X和Y轴上重复出现的主轴位置误差

零件详情：

• 材料：黄铜

流程详情：

• 工具：单点金刚石工具
• 刀具半径：1.5毫米
• 进给速度：2.5µm/rev
• 主轴转速:200 rpm
• 完成传球时间：176分钟
• 冷却液：无味矿物酒精（OMS）
• 对角线宽度：192毫米
• Z轴偏移：1.5 mm（每转两次）

结果：

• 边缘附近的表面光洁度：1.31 nm Ra
• 中心附近的表面光洁度：0.744 nm Ra
• 形状错误：0.79µm PV

状态R.M.S.=0.1127（µM）P-V=0.7869（µM）

部分照片

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样本1-near中心

样本1-outside边缘

使能技术：大型机架机床、大容量主轴、C轴和自适应控制技术（ACT）

用户寻求制造用于航空航天或汽车应用的平视显示模具，Nanoform^®700超或纳米级^®L 1000，独特定位，满足用户需求。

当配备具有C轴和自适应控制技术（ACT）的HD-160主轴时，当今市场上没有其他解决方案适合此应用。

HD-160的阻尼和刚度结果提高了表面光洁度和大型零件和夹具的能力。HD-160具有170公斤(375磅)的额定负载能力。Precitech的C轴和高分辨率编码器，反馈分辨率为0.010弧秒，伺服调谐算法允许严格控制主轴的旋转位置。结果是能够制造高精度的自由形状与更好的表面光洁度使用XZC加工。最后，自适应控制技术(ACT)，由Precitech独家提供，使用独特的学习算法来消除X和Z轴位置重复的错误。这允许用户提高主轴速度，减少制造时间，同时提高形式误差。

Nanoform 700 ultra

纳米级L1000

• 适应重型和大型部件
  HS 160主轴
• 制造非旋转对称的自由形状
  扶轮C轴
• 强化成形，减少加工时间
  自适应控制技术

关键机器规格	Nanoform 700 ultra	纳米级L1000
摆动能力	700毫米(27.5英寸)直径。	最大摆动1米(39英寸)直径。
表面光洁度	<1.0 nm Ra	<1.25 nm Ra
形状精度	<0.125微米P-V	<0.125微米P-V

未激活ACT的跟踪错误

在ACT活动时发生错误

用途:角方模具

目标:

展示了多刀具铣削加工的一个角落立方体阵列和汽车反射器的应用

过程：

采用HSK25快速更换工具系统的自由形式4轴XYZC铣削。完成加工过程所需的刀具安装在单独的刀架中。刀架的平衡质量和跳动允许在无需重新进行刀具设置过程的情况下对其进行更改。

零件详情：

• 材料:铝

工具详细信息：

• 四个半径为0.3至0.75 mm的硬质合金球头铣刀，以逐渐加深角隅体图案
• 一个0.3mm半径的金刚石球头铣刀，用于精加工

流程详情：

• 主轴转速：
  四个粗加工道次16000-50000 rpm（每一步增加）
  60000转/分时完成一次
• 进给速度：200毫米/分钟

加工时间：

四次粗加工800分钟。总共2170分钟。

结果：

立方体上的光学质量表面和锐角

用途:超声波辅助加工钢模具镶件

• 材料：硬化钢52 HRC
• 30毫米直径:
• 深度：7毫米
• 表面光洁度：1.1纳米Ra
• 形状精度：61纳米PV

使技术:Nanoform^®X带Son-X超声波刀架

在许多汽车成型应用中，考虑到钢的硬度和耐热性，使用钢可能是有利的。带有son-X超声波刀架的Nanoform X可直接加工钢模具，形状精度小于200 nm PV，表面光洁度小于2 nm Ra。通常情况下，切割钢时所经历的异常金刚石刀具磨损使其难以用作模具材料。使用超声波刀架，刀具磨损与其他有色金属相当。Nanoform X的燕尾式滑块设计带来更大的动态刚度。与其他金刚石车削机相比，son-x设备具有更好的表面光洁度。

实现技术-自由形式^®L五轴超精密机床

Precitech在Ametek现场验证的大型框架平台上集成了创新的垂直轴，提高了精度和灵活性。使用自由形L，客户可以微磨，金刚石车削，微磨和槽非旋转对称表面。添加这第三个线性轴为用户提供了创建自由曲面的灵活性，这可能无法实现使用两个线性轴加工。

• 行业领先的摆动和负载能力
• 灵活创建具有三个线性和最多两个旋转CNC轴的自由几何图形
• 五轴自由度，三轴性能Y轴和主轴设计，热稳定性最高
• 热控制外壳选项确保长时间切割零件时的精度
• 降低灵敏度的振动使其积分TMC MaxDamp^®隔离系统
• 能够在X轴上制造大小零件的辅助主轴

主要规格
将性能	表面粗糙度<1.5 nm Ra 形状精度<0.125微米P-V
铣削性能	表面粗糙度<10 nm Ra (< 3 nm是可达到的最佳材料和切割条件) 形状精度<0.2微米P-V
极限载荷能力	100 psi供气压力下91千克（200磅）
标准摇摆不定的能力	B轴上的650 mm直径–配备温控室时可扩展至700 mm

使用光栅飞剪进行60小时稳定性试验，导致36 nm rms形状误差（50 mm x 50 mm镍磷）

Y Z车削测试结果为0.83 nm的Ra表面光洁度(镍磷)

启用技术–Levicron的HSK25快速换刀系统

由于无法找到适合超精密加工的商用HSK25刀架，Levicron制定了独特的工艺来制造自己的刀架。他们使用超精密主轴研磨刀架（参考以下结果）。

UTS-x：60.000 rpm时的平衡质量G 0.3 mm/s
行业标准：25.000 rpm时的G2.5 mm/s
UTS-x：静态刀具跳动<0.8µm TIR
行业标准：3微米TIR

HSK快换刀具界面测试，距离主轴前部180 mm，显示0.5微米跳动

通过4 x 90°反向平衡进行换刀可重复性测试

自动HSP换刀超精密加工

表格精度重复性测试

工艺，60 KRPM微铣削：

• 将刀具插入主轴
• 减少测试部分
• 正确的刀具半径、x中心和刀具高度
• 重新切割零件，形状=0.15µm
• 取下工具并重新插入，形状=0.1µm
• 取下工具并重新插入，形状=0.12µm

本信息来源、审查和改编自Precitech提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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