[发明专利]一种石英半球谐振子纳米制造装备

说明书

本发明属于纳米制造、超精密加工、特种加工技术领域，提供了一种石英半球谐振子纳米制造装备。在原有的数控机床基础进行改造。该装备包括：数控微纳移动旋转平台、分度装置、聚焦离子束装置、化学机械抛光装置，激光干涉仪检测成像装置，辅助功能装置等。本装备可以实现一次装夹，同时完成磨削，超精密磨削，化学机械抛光，表面精度测量和离子束加工修型等几道工序，涉及到从宏观的材料去除到微观的纳米材料加工，实现的半球陀螺宏微纳一体化制造加工，使其达到表面粗糙度，圆度，圆柱度均小于100nm。

技术领域

本发明是一种石英半球谐振子纳米制造装备，涉及纳米制造领域，超精密加工领域，特种加工等领域。

背景技术

半球谐振陀螺是当代最具发展前景的陀螺，具有替代现代光纤陀螺、激光陀螺、静电陀螺、三浮陀螺的趋势，半球谐振陀螺是有高品质因数的熔融石英玻璃材料加工而成的。是现代武器系统的惯性导航制导、载体姿态稳定控制、惯性测量等单元里极重要的组成部分，惯导陀螺是一种非GPS导航陀螺，不受环境、天气、电磁等外界条件影响，也不受气象条件限制，可全天候、全天时、全地理的工作。半球谐振陀螺是固体陀螺，他没有任何转动部件，即使在长时间的工作条件下，也没有任何运动损失，导航信息更新速率高，短期精度和稳定性好。具有长寿命，高精度，高可靠度的特点。半球陀螺谐振子一种检测运动物体旋转的重要惯性元件，在空间应用领域具有独特的优势和广阔的前景。特别在航空、航天、航海、深空探测、兵器等领域起着重要作用。

半球谐振陀螺技术最复杂、最重要的部件是半球谐振子，它决定着惯导陀螺的精度和性能。半球谐振子的异形薄壳结构硬度大，脆性大，对内外球面和支撑杆的形状精度和位置精度要求很高(亚微米级)，制造难度很大，上述因素一直以来是制约半球谐振陀螺发展的瓶颈和难题。由于国外的技术封锁，据了解，中国普遍加工石英半球陀螺的方式是采用磨削的方式，这种造成应力的加工方式会对半球陀螺谐振子的性能造成很大的影响，石英半球陀螺的制造属于硬脆薄壁球壳复杂三维结构的制造，国内普遍的制造精度(球度，同轴度和圆度)大于1μm。也有许多人提出一些新的加工工艺，例如：化学机械抛光、磁场辅助抛光、超声波辅助抛光、剪切增稠抛光、磁性磨粒抛光等非传统光整加工技术，但由于设备和技术的不成熟，这些抛光工艺并没有得到广泛的开发。基于上述原因，我们自主研发了一种集磨削、化学机械抛光、激光干涉仪、离子束修型抛光为一体的数控自动化机床。

发明内容

本发明提供了一种半球陀螺谐振子纳米制造新装备。在原有的数控机床基础进行改造。该装备包括：数控微纳移动旋转平台、分度装置、聚焦离子束装置、化学机械抛光装置，激光干涉仪成像装置，辅助功能装置等。本装备可以实现一次装夹，同时完成磨削，超精密磨削，化学机械抛光，表面精度测量和离子束加工修型等几道工序，涉及到从宏观的材料去除到微观的纳米材料加工，实现的半球陀螺宏微纳一体化制造加工，使其达到表面粗糙度，圆度，圆柱度均小于100nm。

本发明的技术方案如下：

(1)数控微纳移动旋转平台：可以实现绕X、Y、Z轴回转的和水平移动；非切削时，回转工作台可以带动其上的工件进行360°范围的分度旋转，在切削时候可以实现X、Y、Z轴进行联动，加工复杂曲面，实现连续圆周进给运动。数控微纳移动旋转平台采用伺服电机驱动，精确度高，灵敏性好。可以达到移动精度小于10nm，转动精度小于0.01°

(2)分度装置：可以实现一次装夹实现多个工位的加工，实现一次装夹，同时实现磨削、化学机械抛光、离子束流抛光修型等多个工艺，减少多次装夹带来的同轴度的误差。采用气动驱动的方式，分度装置的旋转可以达到0.01°。