Металлообработка_2015

реклама
г. Москва, ЦВК «Экспоцентр».
16-я Международная выставка «Металлообработка-2015»
26 мая 2015 года
ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ»
научно-исследовательский инструментальный институт
www.vniiinstrument.ru
Российская Федерация, 107023, Москва, Б. Семеновская ул., д.49
Тел.: (495) 366-94-11; факс: (495) 366-92-77.
5-й Международный научно-технический форум
«Современные тенденции в технологиях и конструкциях металлообрабатывающего
оборудования»
г. Москва, ЦВК «Экспоцентр».
16-я Международная выставка «Металлообработка-2015»
26 мая 2015 года
Г.В. Боровский, Генеральный директор
ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ»
ОАО «ВНИИинструмент» Центр ультрапрецизионного
станкостроения и уникальных
технологий наноточной
обработки.
1
Создание Всесоюзного научно-исследовательского
инструментального института.
(ПОСТАНОВЛЕНИЕ № ГОКО 4347с от 16 октября 1943 г. Москва, Кремль).
2
Основные направления деятельности и развития
ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ».
проведение комплексных научно-исследовательских, опытно-конструкторских и инновационнотехнологических работ (НИОКТР=R&D&E) в области обрабатывающих технологий, автоматизированного
оборудования и наукоёмкого инструмента, обеспечение их освоения и серийного выпуска российскими
предприятиями станкоинструментальной промышленности;
создание инновационных технологий высокоточной обработки сложных деталей из металлических и
композиционных материалов, разработка и реализация «под ключ» проектов технологического
перевооружения предприятий, поставка, пуско-наладка и сервисное обслуживание в течение всего
жизненного цикла завершенных экологически чистых технологических систем, обеспечивающих
повышение производительности до 10 и более раз, сокращение энергопотребления и производственных
площадей в 2-3 раза;
разработка максимально детализированных заданий на специальное высокопроизводительное оборудование
для гарантированного достижения показателей инновационных технологий при минимальной
себестоимости;
создание комплексных отечественных инновационных решений (разработка технологических процессов и
изготовление ультрапрецизионных технологических модулей с ЧПУ, сверхвысокоточного контрольноизмерительного оборудования, специального инструмента из сверхтвердых материалов, специальной
технологической оснастки) для ультрапрецизионной обработки алмазным точением, фрезерованием и
шлифованием особо точных ответственных деталей из труднообрабатываемых материалов с точностью
формы P-V<100 нм и оптическим качеством поверхности Rа  5 нм;
исследование процессов резания металлических и композиционных материалов с получением объективной
информации для научно-обоснованной оптимизации параметров технологических процессов обработки
деталей машин и характеристик необходимого оборудования;
разработка конструкций, технологий изготовления и производство наукоёмких инструментов из
наноструктурных, субмикронных и ультрадисперсных материалов, в т.ч. со специальными покрытиями, для
высокопроизводительной экологически чистой обработки;
стандартизация и сертификация инструмента и инструментальных материалов, метрологическая и
патентная экспертиза;
проведение технологического аудита предприятий, экспертиза проектов техперевооружения предприятий и
предложений по закупкам оборудования, прежде всего, за счет средств госбюджета, обеспечивающих
сокращение инвестиционных расходов, повышение качества проектов и результатов их реализации.
3
Основные принципы разрабатываемых проектов
технологического перевооружения.
Основная цель технологического перевооружения – обеспечение уровня производственнотехнологического потенциала предприятий, гарантирующего выпуск высокотехнологичных изделий
новой техники, конкурентоспособных на внутреннем и внешнем рынках.
В основу разрабатываемых проектов заложены следующие основные принципы:
Максимальной концентрации и автоматизации операций на специальных гибких
многокоординатных станкоинструментальных комплексах с ЧПУ;
унификации архитектуры и конструкций оборудования, систем управления и
организационных решений;
создания и применения новых и комбинированных прогрессивных методов обработки;
применения специального инструмента из ультрадисперсных и наноструктурных твердых
сплавов и сверхтвердых материалов на всех операциях механической обработки;
высокая энергоэффективность.
Синергический эффект, обеспечивающий получение отдачи от реализации проектов
техперевооружения, многократно превышающей вложенные средства, может быть получен только по
схеме «новый продукт → новые технологии и оборудование → новое производство по выпуску
этого продукта».
4
Уникальные технологии, оборудование и инструмент
для ультрапрецизионной наноточной обработки.
Особенности ультрапрецизионной обработки
•Станок
• точность - 1,0…0,1 мкм;
• разрешающая способность - 0,01…0,0001 мкм;
• уровень относительных колебаний - не более 0,01 мкм;
• опоры основных узлов: аэростатические, гидростатические;
• материал базовых узлов: натуральный гранит, керамика,
полимербетон, инварный чугун;
• встроенные синхронные линейные и круговые
маловиброактивные двигатели;
• система виброизоляции с частотой менее 5 герц;
• специальные приводы, система ЧПУ и датчики обратной
связи.
•Компоненты и технологии
• специальная СОТС, как правило в распыленном виде;
• вакуумное крепление заготовки;
• встроенные средства контроля инструмента и детали;
• термостабилизированное, особо чистое помещение;
• специальные, развязанные фундаменты;
• резание в квазипластичном режиме в наноразмерном
диапазоне толщины срезаемого слоя;
• инструмент с остротой режущей кромки 0,1…0,01 мкм;
• однородный, мелкозернистый (менее 1мкм) и чистый
материал заготовки.
•Особенности обработанных деталей
• субмикронная точность;
• зеркальное качество поверхности;
• миниатюрные размеры по трем координатам (менее 1 мм);
• возможность изготовление микроструктуры на больших
деталях.
5
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Области использования ультрапрецизионных технологий и
оборудования
Точная механика
• Измерительная техника
Аэростатические
• Спектрометрические
подшипники
решетки
Корпуса и зажимные
• Испытательные
элементы
наконечники
Информационная техника • Линзы Френеля
Оптика для сканеров
• Концентраторы для гелеоВидеоголовки
энергетики
Платы памяти
• Приборы дорожного
Предметы потребления
регулирования
Ювелирная обработка
• Осветительная техника
Корпуса часов и часовая
• Оборонная техника
механика
• Инфракрасные линзы и
зеркала
Лазерная техника
Резонаторные зеркала ▪ лучеформирующая оптика
Микролинзы
Новые области использования ультрапрецизионных
технологий и оборудования
Структурированные
• Интегрированная
поверхности свободной
микрооптика
формы
• Коммуникационная техника
• Информационная техника
Микроопоры
• Медицинская техника
Микроинструменты и
• Минимально-инвазивная
пресс-формы
хирургия
Штампы
•
Эндоскопия
Литье под давлением
• Искусственные хрусталики
Микромеханика
и контактные линзы
Приводная техника
• Микроструктурные
Управляющая техника
реакторы
Обработка труднообра• Химическая индустрия
батываемых материалов
• Зеленые технологии
Стекло, керамика, сталь
• Микроохладители
Корпуса моноблочных
• Высокомощная техника
резонаторов и стандартов
частоты
Оборудование, созданное в ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ»,
для ультрапрецизионной наноточной обработки.
Ультрапрецизионный модуль
для обработки асферических
поверхностей
«АСФЕРИКА-Ф3»
6
Контроль обработанной
поверхности встроенным
бесконтактным
датчиком OS 500
Реализация ультрапрецизионной обработки
в ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ».
1.
Обработка матрицы линзы Френеля
для изготовления концентраторов
солнечного света в гелеоэнергетике
(шаг канавок 300 мкм,
Rz<0.05 мкм)
4.
Ультрапрецизионная контрольная
оправка для юстировки
особо точного оборудования
(нецилиндричность <100 нм
на 100 мм)
7
2.
3.
Барабаны для полиграфической
промышленности,
отражатели для светотехники
(Rz<0.05 мкм, P-V<2 мкм на 100 мм,
нецилиндричность 1мкм на L300 мм)
Обработка асферического
зеркала
(Rz <0.05 мкм, P-V <1 мкм
на Ø 100 мм)
5.
Фрезерование линейной матрицы
Френеля для получения эффекта
объемного телевидения
(цилиндрические канавки глубиной
10 мкм, шаг 1 мм, Rz<0.05 мкм )
6.
Фрезерование деталей
холодильника для
фотографирования поверхности
земли из космоса (Rz<0.05 мкм,
материал - Aмг-6)
Разработка и освоение производства гаммы ультрапрецизионного
оборудования
в ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ» на период до 2020 года.
ВАЖНО! Все ключевые комплектующие уникального оборудования (шпиндели,
приводы, датчики перемещений, система ЧПУ) – российские разработки и
изготовление.
Ультрапрецизионные многокоординатные мастер-станки для сверхточной финишной обработки
плоскостей
кареток
и
сферических
поверхностей
шпиндельных
узлов
создаваемых
ультрапрецизионных станков;
Ультрапрецизионный
обрабатывающий
центр
для
алмазной
лезвийной
крупногабаритных (до 1000х300 мм) плоских деталей из цветных металлов и сплавов;
обработки
Ультрапрецизионный фрезерный обрабатывающий центр для алмазного микрофрезерования
плоских крупногабаритных кристаллов типа KDP (дигидрофосфат калия);
Ультрапрецизионный
токарно-фрезерно-шлифовальный
обрабатывающий
центр
для
наноразмерной обработки алмазным лезвийным монокристаллическим и шлифовальным
инструментом оптических материалов в режиме квазипластичного резания;
Ультрапрецизионный шлифовально-заточной обрабатывающий центр для формирования режущей
кромки и заточки радиусных ультрапрецизионных резцов из сверхтвердых материалов;
Ультрапрецизионный обрабатывающий центр для обработки деталей типа тел вращения сложной
формы методом алмазного точения с наложением ультразвука;
Ультрапрецезионный токарный обрабатывающий центр
осесимметричных деталей металлооптики диаметром до 300 мм;
для
изготовления
асферических
Ультрапрецизионный токарно-центровой обрабатывающий центр для обработки деталей типа тел
вращения длиной до 1000 мм с возможностью на несения на поверхность микроструктур.
8
Пилотный образец ультрапрецизионного фрезерного модуля с ЧПУ
для обработки крупногабаритных деталей металлооптики
длиной до 1000 мм мод. «Фреза – 1000».
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
9
Основные технические
характеристики модуля мод.
«Фреза – 1000»:
наибольшая длина обрабатываемого
изделия – 1000 мм;
наибольшая ширина обрабатываемого
изделия – 350 мм;
диапазон частот вращения фрезерной
головки – 50…3000 об/мин;
диапазон скоростей перемещения по
линейным осям – ось Х 0,1…1000
мм/мин, ось Z 0,01…100 мм/мин;
дискретность задания перемещений по
линейным осям – ось Х 10 нанометров,
ось Z 1,0 нанометр.
Отличительные особенности модуля мод. «Фреза – 1000»:
станина из натурального гранита (изготовитель ОАО «Ставропольский инструментальный завод»);
основные исполнительные узлы шпиндель и суппорта осей X и Z на аэростатических опорах с пористым
дросселированием;
комплектный маловиброактивный синхронный электропривод главного движения встроенного исполнения;
комплектный линейный синхронный электропривод подач с голографическими датчиками обратной связи
по положению с разрешающей способностью 1 нанометр;
система ЧПУ «Микрос-12» с архитектурой промышленного компьютера и полностью оригинальным
программным обеспечением;
самоустанавливающиеся виброизолирующие пневмоопоры с собственной частотой не более 3 Гц.
Создание инновационной технологии, разработка и изготовление
технологического комплекса с ЧПУ, состоящего из двух модулей:
для прецизионной и ультрапрецизионной обработки зеркал и
корпусов моноблочных резонаторов лазерных гироскопов.
 Новая технология позволит в разы снизить трудоемкость обработки
особоответственных оптических деталей, исключить использование
агрессивных технологических сред, заменить высококвалифицированный
ручной труд на операциях травления и полирования автоматизированной
обработкой шлифованием;
 Новая технология позволит на порядок увеличить объем выпуска изделий в
течение 3-5 лет (в н.в. в США уже производится около 17 000 кольцевых
лазерных гироскопов, а в РФ – 1 000 шт.)
 Новая технология шлифования сверхтвердых и хрупких оптических
материалов основана на использовании эффекта пластического алмазного
шлифования в дополнении с непрерывной электрохимической правкой
алмазного круга «ECD – шлифование» (Electro Chemical In-Process Dressing).
10
Основные этапы ECD – шлифования.
Зерна алмаза
Процесс ECD – шлифования основывается на
электрохимическом процессе растворения металла
Рис. 1 – Новый
связки круга. Протекающий ток между шлифовальным
шлифовальный круг.
кругом (анод) и угольным электродом (катод)
освобождает ионы металла и преобразует их в оксиды
и гидроксиды.
На рис.1 изображен не заправленный круг на
Рис. 2. – Стандартная правка металлической связке с зернами алмаза или
(вскрытие алмазных зерен)
кубического нитрида бора.
Металлическая
связка
кругом SiC.
3
- Ионы
t = 15 - 25% от d3
Предварительная
ECD – правка
Рис. 3. – Готовый к работе
алмазный круг
после ECD – правки.
- Ионы
Слой оксидов
и гидрооксидов
Управляемый
ECD – процесс
правки
Алмазное
зерно в связке
11
Выпавшее
алмазное зерно
(впадина)
t = 100 – 120% от d3
Рис. 4. – Регулируемый
ECD – процесс выпадания
изношенных (стершихся)
алмазных зерен и
обновления режущих
кромок новых
выступающих зерен.
На рис.2 происходит обычная правка кругом из
зеленого карбида кремния. Средняя величина
выступания зерен алмаза составляет 15…25% от
среднего диаметра зерен.
На рис.3 показан круг, который прошел
подготовительную правку. Он находился в контакте
6…8 минут, плотность тока составила 3 ампера на см2.
Среднее выступание зерен составляет 100…120% от
среднего диаметра зерен круга. С данными
показателями начинается процесс ECD – шлифования
детали.
На рис.4 представлен процесс выкрашивания алмазных
зерен в ходе обработки. Процесс правки протекает
одновременно с процессом обработки под
воздействием тока плотностью 0,1…2 ампера на см2.
Параметры тока являются функцией отношения
величины съема материала и износа шлифовального
круга. Данный метод обеспечивает высокие параметры
качества шлифования в течение длительного периода
времени.
Общий вид установки для обработки хрупких материалов с
использованием метода непрерывной электролитической ECD –
правки шлифовального круга.
12
Лабораторный стенд для обработки оптических деталей
по методу ECD – шлифования.
Создаваемый технологический
комплекс с ЧПУ будет состоять
из двух модулей:
• Прецизионный модуль с ЧПУ
для предварительной обработки
оптических деталей,
обеспечивающий шероховатость
поверхности не более 80
нанометров и погрешность
формы не более 1 мкм;
• Ультрапрецизионный модуль с
ЧПУ для финишной обработки,
обеспечивающий шероховатость
поверхности не более 10
Ангстрем и погрешность формы
не более 100 нанометров.
Установка
фильтрации
электролита
13
Бабка
изделия
Электрод
Алмазный
шлифовальный
круг
Бабка
шлифовального
круга
Пример обработки детали 16 х 16 х 2 мм
из кристаллического кварца.
Шероховатость
поверхности Ra 2 нм.
Точность формы 0,04 мкм
на длине 10 мм.
14
Скачать