基于机床体误差模型的加工面形误差预测

零件面形精度满足要求是超精密装备实现其关键功能的重要保证.影响工件加工面形精度的因素很多,机床体误差是其中最关键的因素.通过构建机床误差元与加工面形误差之间的直接关系来进行面形误差预测研究.提出了一种基于机床体误差模型的频域多尺度面形误差预测方法,该方法可结合机床体误差模型、工艺参数、加工轨迹等进行频域多尺度面形误差预测,可为加工路径规划、机床设计等提供理论参考,从而提高加工精度.进行了低频PV面形误差预测的实例研究,采用的机床为一台五轴联动超精密机床,加工表面为凹形截圆锥台锥面.通过实验与理论分别获得PV面形误差,其相对误差为17.3%,证明基于机床体误差模型的低频PV面形误差预测是可行的.     

超薄件加工变形误差补偿的研究（英文）

超薄件可广泛应用于高精度微型器件、光子系统等领域.针对加工后超薄件的较大变形,采用基于超精密车削的误差补偿方法进行研究.提出补偿理论与补偿方法,对原位面形误差与离线面形误差进行测量,利用补偿理论计算得到补偿面形,最后采用三轴伺服控制技术对超薄件变形误差进行车削补偿.补偿加工的超薄铝几何尺寸为Φ20×0.1 mm,一次补偿加工后,工件面形峰谷值由变形产生的误差从15μm降到10μm,具有较好的补偿效果.对补偿中原位测量误差与位置偏移误差进行讨论,提出提高补偿加工精度的方法.     

基于多体运动学理论的机床误差灵敏度分析

针对机床加工误差出现后如何查找影响加工精度的关键因素这一问题,提出了一种基于多体系统运动学理论的机床误差灵敏度分析新方法.该方法首先利用多体系统运动学理论,将机床抽象为多个运动刚体,在各个刚体上建立体参考坐标系和运动参考坐标系,将刀具中心点和工件加工点分别通过各自坐标系描述到系统坐标系,以此方法建立约束方程并求解加工误差;然后通过对误差求导的方式获得误差参数的灵敏度并建立误差参数影响分析模型.实例的分析和计算证明,该方法可以有效地查找对机床误差影响较大的因素,从而可为机床设计者和使用者提供有效的机床改进理论基础.     

光学加工中抛光垫特征对工件面形的影响分析

抛光是光学加工中获得超精密表面的主要手段.为明确抛光垫特征对平面光学元件抛光面形的影响规律,分析了抛光垫与工件之间的界面接触形式,并建立接触力学分析模型,运用有限元方法分析了工件与抛光垫之间的接触压力分布情况,获得了抛光垫厚度及表面球半径等特征对抛光压力分布的影响规律.基于理论分析结果,提出了一种新的平面抛光面形控制技术.在实验中对一块尺寸为430 mm×430 mm×60 mm的熔石英元件进行了加工,通过将抛光垫表面修整为微凸面,同时对抛光转速比进行精确控制,实现了工件面形精度的快速收敛.     

超精密飞刀切削加工表面中频微波纹产生机理

超精密飞刀切削是一种重要的超精密加工手段,安装大飞刀盘的超精密铣床能够加工大口径超精密光学元件,加工表面具有很高的面形精度和很低的表面粗糙度值.但是加工表面普遍存在中频微波纹（空间周期从100μm到300μm,幅值低于0.1μm）,极大影响了光学元件的使用.超精密铣床的主轴旋转精度对加工工件影响很大,尤其是主轴轴线偏转会使安装在大飞刀盘外缘处的刀具产生很大位移.为此,建立了适用于空气静压轴承支撑的立式主轴角位移欧拉动力学方程,推导出方程解析解,得出主轴运动规律及其对表面中频微波纹的影响,并设计实验进行验证.最终给出了抑制中频微波纹的工程措施.     

刀具对中误差对离轴抛物面镜慢刀伺服车削加工的影响

离轴抛物面镜单件高效加工是离轴三反消像散(TMA)结构光学系统的技术难点之一.单点金刚石慢刀伺服车削加工技术可用于离轴非球面加工,加工尺寸范围较大,加工精度较高.此工艺制造的离轴抛物面面型精度可达到亚微米级,粗糙度达到纳米级.因此,可直接用于红外光学应用,若经后续抛光则可用于空间望远镜等更高精度需求的场合.介绍了慢刀伺服车削加工离轴抛物面镜的在轴加工方法,理论推导了刀具对中误差所带来的面形误差的极值分布规律.仿真研究进一步揭示了工件中心区域面形误差的详细分布.实验数据与理论结果和仿真计算结果均吻合.     

多轴微细铣削机床的精度设计方法研究

高精度机床是实现微细加工的基础,目前对其设计主要还是依赖于经验或直观地根据加工精度要求来选取各个运动轴的精度,不能满足多轴微细铣削机床设计的需要. 以精度分析与精度分配为主要内容的精度设计方法,针对一种新型桌面五轴联动微细铣削机床,构建主要包括各运动轴定位精度的运动误差模型,求解各运动轴精度对末端精度的影响分布趋势,完成精度分析. 基于末端运动精度要求和关键设计参数,合理设置直线轴与旋转轴的精度要求,在工作空间内分别对B轴和C轴依次进行精度求解,实现各运动轴的运动精度优化与分配, 指导设计时科学地对各运动轴零部件进行选型.此设计方法对于多轴联动的中大型机床设计也具有一定的推广价值．     

一种SiC非回转对称非球面的加工与检测

针对一种SiC材质的非回转对称非球面元件,本文介绍了该元件的加工和检测方法.该实验件的理想面形方程为z=3λ(X3-y3)(x,y为归一化坐标,λ=0.632 8μm),镜胚材料为Φ150 mm的SiC,加工方式为数控机床和手工研抛相结合.在加工过程中为提高加工效率缩短加工时间,选择平面作为最接近表面并认为去除了面形中的倾斜项.去倾斜之前最低点的材料去除量为3.8μm,而去倾斜后则为2.06μm.本文提出了一种新的基于数字模板的非零位检测方法.直接采用Zygo平面干涉仅检测工件,检测结果可以分为三部分:工件实际面形与理想面形的误差,工件理想面形与平面波前的误差和非共路误差.其中第二部分可以事先计算出来并转换为系统误差文件在检测过程中自动去除.通过在相同条件下检测一个已知的球面样板验证了非共路误差对于检测结果的影响可以忽略不计.由此在一次测量中可直接得到面形误差.实验结果表明,基于这种检测手段最后测得实验件的面形精度PV达到0.327λ,RMS优于0.025λ,达到设计要求.     

超精密加工振动误差源诊断实验研究

超精密车床结构及加工过程的复杂性使得对加工精度的影响因素不能完全确定，尤其是随机性因素的影响更难确定。为此本文首先系统分析了超精密车床中影响加工精度的各项误差源，然后通过实验辨识了主要振动误差源对加工精度的影响，为减少和补偿由这些误差源引起的误差提供了依据和指导。     

五轴数控机床的空间误差建模与解耦补偿分析

针对五轴联动数控机床的位置与姿态误差补偿过程中各运动轴的误差补偿量与刀具和工件间的误差值耦合关系较为复杂的问题,在解析五轴机床运动学方程的基础上,利用多轴机床的误差运动学原理,建立了用各运动轴坐标系变换矩阵描述的机床误差模型.基于小误差补偿运动假设,分析了误差运动和补偿运动间的相互关系,对五轴机床各运动轴的位置与方向的...