科创中国
大尺寸微结构滚筒模具超精密加工技术与装备
发布时间: 2022-11-08
基本信息
合作方式：
技术转让
成果类型：
发明专利
行业领域：
高端装备制造产业
成果介绍
在国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项课题的支持下，科研团队在国内率先开展了大尺寸微结构滚筒模具超精密加工的关键技术攻关，突破了基于光栅衍射原理的微金刚石刀具磨损状态在线监控、低转速条件下的高精度在线动平衡技术、正交叠加静压导轨的动刚度解耦等关键技术，研发成功了国内第一台大尺寸微结构辊筒模具超精密加工机床。
微结构功能表面具有特定的拓扑形状，结构尺寸一般为10-100μm，面形精度小于***μm，其表面微结构具有纹理结构规则、高深宽比、几何特性确定等特点，可以传递材料的物理、化学和光学特性。因此，微结构功能表面在显示设备、聚光光伏产业、交通标志标牌、照明等领域被广泛应用，市场需求量巨大。
成果亮点
本项目的“大尺寸微结构滚筒模具超精密加工技术与装备”：
（1）适用于辊筒类、非球面类以及平面微结构类零件的加工，最大可加工工件直径Φ600mm，最大可加工工件有效长度1800mm。可满足各类增亮膜片、用于裸眼3D显示的柱状光栅膜片等的Roll-to-Roll加工；
（2）机床床身和导轨系统均采用花岗岩材料，具有良好的热稳定性和吸振特性。
（3）头架主轴和尾架主轴均采用气体静压轴承，最高转速可达到600rpm，回转精度优于100nm，可承载1000Kg的工件。
（4）直线运动系统采用液体静压导轨，具有刚度高、阻尼特性好的优点，直线度误差在全行程小于***μm。
（5）导轨系统与主轴系统均采用伺服电机直驱方式，没有中间传动环节，运动响应快，定位精度高，具有良好的动态特性。
（6）直线运动系统（X、Z）采用高精度光栅作位置反馈系统，X、Z轴编程分辨率分别为5nm、1nm。C轴采用高精度圆光栅做角位移反馈，其编程分辨率为***角秒。
（7）采用UPCNC-2000专用数控系统，兼顾标准化、模块化和开放性的要求。
团队介绍
本项目负责人王波，男，哈尔滨工业大学精密工程研究所教授。研究方向为等离子体抛光技术、微制造技术、数控及超精密运动控制技术。在研数控机床国家重大专项课题三项、国家自然科学基金面上项目一项；近些年完成863项目、总装预研项目、国防基础预研项目、国家自然科学基金面上项目。发表学术论文40余篇，申报发明专利40余项，培养博士、硕士研究生30余名。
本成果成员张鹏，工学博士，副教授，硕士生导师，美国普渡大学访问学者。主持并参与完成了国家重大科学工程、国家科技重大专项、国家自然科学基金、中国博士后基金、黑龙江省自然科学基金等项目20多项；发表论文30余篇，其中SCI检索10篇，EI检索20多篇；申请国家发明专利36项，已授权21项。面向国家重大需求和国际学术前沿，开展了超精密加工技术、精密光机电一体化装备等方面的研究工作。主要研究方向（1）精密与超精密微细切削加工技术（2）光学元件超精密加工技术。
成果资料
产业化落地方案
成果综合评价报告
评价单位：“科创中国”军工安防与应急产业科技服务团 (中国兵工学会) 评价时间：2022-11-10
徐俊善
南京理工大学
副教授
综合评价
由哈尔滨工业大学精密工程研究所王波教授等承担的国家科技重大专项课题“大尺寸微结构辊筒模具超精密加工机床”可加工辊筒的最大长度为1500mm，最大直径为400mm，可加工最大工件质量1000Kg。运动控制分辨率5纳米，敏感方向直线度误差为2.0微米/1500mm，主轴最高转速500RPM，主轴回转精度优于50纳米。
此类机床是平板显示器中的高性能光学膜片制造所需的核心设备，用于膜片辊对辊制造过程的高精度辊筒模具的超精密加工。此外，在聚焦太阳能反光膜片、道路照明、仿鲨鱼皮减阻薄膜的制造中也有良好的应用前景。在此之前，这一类超精密加工机床的市场一直被美国的Moore公司和Precitech公司的产品垄断，并且严格限制向中国的出口。
本项目面向国家重大需求和国际科技前沿，依托国家级创新平台和国家重点实验室，瞄准具有颠覆性、探索性的关键技术领域，精准对接产业发展技术和经济需求，多项成果不仅打破了国际技术垄断，更是实现了在该领域的国际领先，填补了国内技术和产业的空白。
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