光学玻璃的精密加工技术

对光学玻璃的高效精密特种加工技术进行了分析.对ELID法、激光加工、超声磨削以及精密铣削的最新研究进展进行了综述.介绍了采用ELID技术和控制加工工艺参数,使砂轮单个磨粒的最大切削深度小于脆性材料的临界切削厚度,实现了脆性材料的塑性加工,并得到精密光滑的表面;在加工非球曲面时,使零件的精加工抛光量降到最低.采用激光加工...     

ELID镜面磨削硬质合金的工艺参数实验研究

随着国防尖端技术的迅速发展,许多具有独特性能的新材料得到了日益广泛的应用,如光学玻璃、硬质合金。但采用传统磨削工艺加工这些材料很难得到良好的表面质量。在线电解砂轮修整(ELID)磨削技术是一项新的、高效的磨削方法,它有效地实现了许多难加工材料的超精密加工和高效加工。针对硬质合金的特性,用ELID磨削方法应用于硬质合金的精密加工,通过实验研究ELID磨削中工艺参数对加工表面的影响规律,找到了在一定条件下优化的工艺参数。     

微波铁氧体基片高效磨削技术研究

针对微波铁氧体基片的功能要求、材料特性和磨削工艺特点,通过大量实验分析了铁氧体基片ELID磨削与普通磨削的磨削力对比结果和形成原因,以及磨削力随工艺参数的变化规律,在此基础上,对ELID磨削效率、表面质量及磨削中出现的问题和解决途径进行了深入研究。实验结果表明,ELID磨削方法适用于微波铁氧体基片的高效磨削,保证了表面加工质量,将ELID磨削技术与平行研抛工艺结合起来,能够形成微波铁氧体基片精密高效的批量生产能力。     

光学玻璃超精密镜面磨削表面质量影响试验研究

在线电解砂轮修整(ELID)磨削技术是一项新的、高效的磨削方法,可用于许多难加工材料的超精密加工和高效加工。采用ELID磨削方法对光学玻璃进行精密加工,通过实验研究了ELID磨削中电解电流和电压对加工表面的影响,得到了一定条件下优化的电解频率、电解电压参数。结果表明:在较高的电解频率下,加工工件的表面质量较好,但电解频率过高,表面质量会出现下降;加工工件的表面质量随着电解电压的增大有降低的趋势;在本文试验条件下,电解频率为100kHz,电解电压为60V时,加工表面质量最好。     

超声振动铣削光学玻璃材料铣削力研究

工件材料在切削加工过程中所产生的铣削力对加工稳定性、加工的成品率以及工件质量有着十分重要的影响。对光学玻璃这种典型的硬脆性材料,使用传统的铣削方式难以得到高效精密的加工,超声铣削加工是一种特别适用于非金属材料以及难加工材料的加工方式。首先建立了超声振动铣削光学玻璃材料的平均铣削力模型,从理论上得出超声振动铣削加工可有效的降低加工过程中的铣削力这一结论,并用实验验证了这一结论。实验结果表明,与普通铣削加工相比,超声铣削加工明显的降低了切削加工过程中产生的切削力,提高了加工的稳定性等。     

KDP晶体超精密加工技术的研究

通过对KDP晶体等脆性材料的塑性域切削进行理论分析，研究实现脆性材料塑性域切削的条件。激光核聚变KDP晶体的3项主要技术指标是：表面粗糙度、波纹度和透射波前。通过分析影响这3项技术指标的因素。提出了实现KDP晶体精密加工的超精密机床和工艺参数。通过理论分析与实验。研究了晶向、刀具前角、刀具圆弧半径和进给量等参数对表面粗糙度的影响，最终给出KDP晶体精密加工的最佳工艺参数。     

硬质合金ELID镜面磨削的试验研究

硬质合金具有硬度高、强度好、耐腐蚀和耐磨损的特点,采用传统方法难以满足精密及超精密加工的技术要求,而且工序多、效率低、成本高。本文采用在线电解修整（ELID）技术对硬质合金进行精密镜面加工。通过试验,分析了磨削深度、电极间隙、占空比、电解电压对硬质合金表面粗糙度的影响规律,并得到了优化的EI。ID磨削工艺参数。使用优化后的ELID磨削工艺参数加工硬质合金材料可获得较低的表面粗糙度。     

光学脆性材料的金刚石切削加工

重点对脆性材料的超精密研磨、抛光加工技术及超精密磨削加工技术和超精密切削加工技术进行了分析研究。分析表明,硬脆材料光学元件主要应进行超精密研磨、抛光及超精密磨削加工;软脆材料光学元件主要应进行金刚石切削加工。对软脆材料金刚石切削进行了试验设计,指出了光学脆性材料的金刚石切削加工过程不同于金属加工过程,通过控制切削条件可以实现脆性材料塑性域加工,提高光学脆性材料的表面加工质量。     

ELID磨削工艺参数对磨削力的影响

小口径非球面玻璃透镜因具有极高的成像质量和成像分辨率而被广泛应用于中高档镜头中。在线电解修整(Electrolytic In-Process Dressing,ELID)磨削作为高效的镜面磨削方法被广泛应用于硬、脆等加工材料的镜面磨削。在精密平面磨床上安装喷嘴电解ELID磨削系统对硬质合金材料进行了喷嘴电解方式ELID磨削试验研究。实验分析了磨削力随着砂轮转速、工作台进给速度、磨削深度三个磨削工艺参数变化的规律。同时,相同的磨削参数下,比较喷嘴电解方式ELID磨削和普通磨削的磨削力研究。试验结果表明,喷嘴电解方式ELID磨削能明显降低磨削力,与普通磨削相比较,能更好的实现硬质合金材料的超精密磨削加工。     

光学玻璃塑性模式超精密磨削加工的研究

利用超精密磨床磨削加工6种典型的光学玻璃,先从理论上研究了脆性材料脆塑转变的临界值,然后对脆性材料作了大量磨削实验,实验结果表明,超精密磨削脆性材料时存在着断裂模式,断裂与塑性模式、塑性模式,这些模式主要由砂轮磨粒的切削深度进行控制,该磨削表面粗糙度与磨粒尺寸的大小,砂轮的进给量及玻璃的材料有关,当光学玻璃在塑性模式磨削时,其表面层不会产生任何裂纹缺陷,利用超精密磨床进行磨削加工,获得的表面粗糙度Ra低于5nm。     

Characteristics of chip generation by ultrasonic vibration cutting with extremely low cutting velocity

Recently, mirror-surface machining of brittle materials such as ferrite, glass, and optical plastics has become more important, as these materials are used in optical communications and precision devices. Non-ferrous metals such as aluminium and copper were readily turned with diamond tools, but as the need for both infra-red and reflective optics escalated, the need to machine brittle materials arose. In this paper, ultrasonic vibration cutting at 20 kHz at extremely low cutting velocity for the precision machining of brittle plastics used for optical lenses is suggested and tested. The mechanism of chip generation, and characteristics of surfaces in the ductile mode, machined by ultrasonic vibration cutting are investigated. As a result, when micro cutting by ultrasonic vibration, it was confirmed that the chips generated by ductile mode cutting are obtained at 1/40 of the critical cutting velocity of the ultrasonic vibration cutting system, which is an extremely low cutting velocity.     

电镀金刚石砂轮高效精密修整及熔融石英磨削试验研究

大尺寸光学玻璃元件主要采用细磨粒金刚石砂轮进行精密/超精密磨削加工,但存在砂轮修整频繁、工件表面面形精度难以保证、加工效率低等缺点。采用大磨粒金刚石砂轮进行加工则具有磨削比大、工件面形精度高等优点,然而高效精密的修整是其实现精密磨削的关键技术。采用Cr12钢对电镀金刚石砂轮(磨粒粒径151 μm)进行粗修整,借助修整区域聚集的热量加快金刚石的磨损,可使砂轮的回转误差快速降至10 μm以内。结合在线电解修锐技术,采用杯形金刚石修整滚轮对粗修整后的电镀砂轮进行精修整,砂轮的回转误差可达6 μm以内,轴向梯度误差由6 μm降至2.5 μm。通过对修整前后的金刚石砂轮表面磨损形貌成像及其拉曼光谱曲线分析了修整的机理。对应于不同的砂轮修整阶段进行熔融石英光学玻璃磨削试验,结果表明,砂轮回转误差较大时,工件材料表面以脆性断裂去除为主;随着砂轮回转误差和轴向梯度误差的减小,工件表面材料以塑性去除为主,磨削表面粗糙度为Ra19.6 nm,亚表层损伤深度低至2 μm。可见,经过精密修整的大磨粒电镀金刚石砂轮可以实现对光学玻璃的精密磨削。     

玻璃模压成形用微沟槽磷化镍模具的超精密切削加工

最佳邻接量是高精度加工玻璃模压成形用磷化镍镀层材料微沟槽模具的重要参数。本文提出了一种利用小角度微沟槽交叉切削技术快速确定微沟槽最佳邻接量极限范围的方法。该方法利用沟槽小角度交叉切削材料去除形式与沟槽邻接切削相近的特点,对微沟槽邻接量的极限范围进行预测。首先,以沟槽交叉角度和交叉沟槽深度为变量设定切削条件,得到多组渐变棱;然后,观测交叉渐变棱形貌并结合材料塑性变形法则与脆塑转变理论分析棱边上的材料去除状态;通过观察交叉渐变棱与沟槽邻接脊部在切削过程中去除材料的截面形貌建立二者的关系;最后,分析交叉渐变切入棱与切出棱形貌的差异,确定脆塑转变的邻接量范围。基于上述方法,观测了交叉渐变棱的形貌并进行几何计算,确定磷化镍模具微沟槽邻接切削产生脆性剥离现象的临界邻接量范围为570~720nm。利用微沟槽模具超精密切削加工实验验证了该方法的有效性,加工出了高质量模具并用于微沟槽玻璃模压成形,实现了玻璃微沟槽的精密制造。     

基于分子动力学单晶锗的切削特性分析

单晶锗属于硬脆性光学晶体材料,这类材料脆性大、易解理。由于硬脆光学材料精密成形工艺性能差、晶格的各向异性和脆塑转变机理的存在,导致对其切削加工时,加工表面易产生裂纹和凹坑等缺陷,这就严重影响其表面质量,而分子动力学模拟则完全可以克服在超精密加工过程中的试验、计算和分析等这些困难。利用分子动力学模拟对切削过程进行研究,可得出理想的加工表面质量。     

Auto-tracking single point diamond cutting on non-planar brittle material substrates by a high-rigidity force controlled fast tool servo

This paper presents auto-tracking single point diamond cutting, which can conduct precision cutting on non-planar brittle material substrates without prior knowledge of their surface forms, by utilizing a force controlled fast tool servo (FTS). Differing from traditional force feedback control machining based on a cantilever mechanism such as an atomic force microscope (AFM) that suffers from low-rigidity and limited machining area, the force controlled FTS utilizes a highly-rigid piezoelectric-type force sensor integrated with a tool holder of the FTS system to provide sufficient stiffness and robustness for force-controlled cutting of brittle materials. It is also possible for the system to be integrated with machine tools to deal with the difficulties in the cutting of large area non-planar brittle materials, which requires not only high machining efficiency but also a high stiffness. Experimental setup is developed by integrating the force controlled FTS to a four-axis ultra-precision diamond turning machine. For the verification of the feasibility and effectiveness of the proposed cutting strategy and system, auto-tracking diamond cutting of micro-grooves is conducted on an inclined silicon substrate and a convex BK7 glass lens, while realizing constant depths of cuts under controlled thrust forces.     

Deformation analysis of micro/nano indentation and diamond grinding on optical glasses

The previous research of precision grinding optical glasses with electrolytic in process dressing (ELID) technology mainly concentrated on the action of ELID and machining parameters when grinding,whic...     

玻璃精密模压成形的研究进展

玻璃精密模压成形是一种高效率、绿色环保的先进光学元件制造技术,近年来得到了飞速发展。本文首先介绍了光学元件的需求与种类,提出玻璃精密模压成形技术存在的问题。综述了国内外近年来精密模压成形光学透镜的重要研究进展,其中包括光学玻璃材料、模具材料与涂层、模具加工、模压过程仿真以及各种参数对透镜质量的影响。阐述了光学模压成形元件的坯料、镀膜技术和冷加工技术、成形元件的残余应力分布以及折射率、模具与玻璃间摩擦效应、模具的补偿技术、成形透镜质量的预测、模压技术的其他应用等。最后,对未来光学玻璃精密模压成形趋势进行了预测。