基于机床动态特性的超精密飞切加工表面波纹机理解析

采用超精密飞切加工技术可获得软脆性平面光学元件的最终表面,而元件表面微观形貌的加工可控性对于光学元件使用性能有直接影响。首先运用多尺度小波分解方法,对飞切机床的加工表面波纹进行了特征提取,得到了工件表面波纹的频率组成及占比;然后通过对机床主轴系统的有限元分析,结合冲击振动测试,找到了与工件表面波纹对应的模态;最后通过对机床的在线振动测试及加工实验进一步明确了飞切加工表面微波纹的成因。结果表明:表面波纹在17 mm左右的空间周期上存在最大的分量,显著影响光学元件的精度和使用效果,该波纹由主轴系统在间断切削的冲击响应所引起,可以通过改变主轴结构实现波纹频率和幅值的控制。     

大型非球曲面超精密复合加工机床

详细介绍了“大型非球曲面超精密复合加工机床”．该机床具有磨削、铣削、车削等多种加工功能，采用了高精度的FANUC系统，在X横向导轨上设计了独特的卸荷系统，在Z垂直导轨上设计了精确的配重系统，主轴转速为150r／min，可加工最大尺寸为φ1200mm的工件．用高精度的电感测微仪和自准直仪对机床进行了检测，结果表明：其数控系统位置及控制分辨率为0．05μm，主轴回转精度为26nm．最后，用该机床进行了超精密加工试验，经检测，其加工工件的表面粗糙度Ra优于15nm，实现了大型非球曲面的超精密加工．     

大口径光学镜面超精密加工机床的研制

设计制作了最大加工直径为φ880 mm的光学镜面超精密加工机床.该机床采用大理石床身、4轴数控联动、全气浮支承和零传动结构,以实现光学球、非球及自由形面的超精密切削.介绍了机床整体结构特点和性能参数,描述了气浮电主轴、气浮直线导轨、直驱回转工作台等关键技术及部件.该机床主轴回转精度0.05μm,直线伺服轴分辨力1.25 nm,回转工作台角位移分辨力0.009.″在硬铝和无氧铜材料上分别加工出了面形精度0.5μm、表面粗糙度5 nm的φ400 mm球面和面形精度0.5μm/φ100 mm、表面粗糙度8 nm的非球形面.     

机床主轴回转误差对加工精度影响分析

机床的质量取决于机床关键部件的质量,而机床主轴部件是保证机床加工精度的核心,主轴回转误差是影响机床加工精度的重要因素之一,直接影响到加工零件的形状精度、表面的粗糙程度和质量,实验结果表明:由主轴回转误差引起的精密     

LBO晶体的超精密加工工艺研究

采用Logitech PM5精密研抛机,通过机械抛光和化学机械抛光方法超精密加工LBO晶体;详细研究了LBO晶体的超精密加工工艺,并观察研磨和抛光等加工过程后的晶体表面形貌;研究抛光液和抛光垫在抛光中对LBO晶体表面微观形貌的影响.使用Wkyo激光干涉仪测量平面度,光学显微镜观察表面宏观损伤,原子力显微镜测量表面粗糙度和观察微观形貌.通过实验,实现高效率、高精度、高质量的LBO晶体的超精密加工,得到了LBO晶体的超精密加工工艺;超精密加工后晶体的表面粗糙度＜0.2nm RMS,表面平面度＜氇/10(氇=633nm),微观损伤少.     

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.     

在线检测超精细表面微观形貌的激光轮廓仪

介绍一种可用于在线和在位检测的高分辨力激光轮廓仪,此仪器具有很高的共模型抑制比和同类型仪器中最小的形状误差,分辨力优于0．2nm(Ra)。可以摆放在金刚石车床的刀架上测量超精密加工表面微观形貌。     

智能型纳米级超精密抛光机的研究

研制了一种采用修正环在线修整抛光盘技术及专家数据库系统控制的智能型纳米级超精密抛光机,用于超精密平面抛光。文中介绍了其设计原理、运动模式、专家控制系统的设计与实现,加工结果表明,该型抛光机可将加工余量去除误差控制在1nm 以下,并获得表面粗糙度小于0.2nm 的平面。     

主轴回转误差分析仪校准方法北大核心CSCD

针对超精密机床主轴回转误差分析仪校准难的问题,分析了主轴回转误差分析仪的系统组成及测量原理,提出了一种基于示值误差、线性度、重复性等主要计量特性的校准方法;搭建了一种专用的校准装置,该装置采用纳米微动台进行位移驱动,采用高精度激光干涉仪作为计量标准,测量线符合阿贝原则,能够在普通实验环境条件下实现:位移范围±1mm内最佳测量能力优于10 nm,10 min内示值稳定性优于2 nm;进行了主轴回转误差分析仪校准试验,给出了不确定度评定方法。该校准方法及装置能够满足主轴回转误差分析仪以及各种纳米级位移传感器及仪器的溯源需要。     

基于周期分解的机床主轴回转误差预报模型

随着精密机械、惯性技术和宇宙科学等学科的发展 ,超高精密零件在这些领域有着重要用途。但是其制造以及测量均受到主轴回转误差的限制。当今加工预测补偿控制已成为精密加工技术的一个发展研究方向。依靠传统的主轴回转误差预测模型仅仅能补偿掉误差成分中可表达的重复误差。本文对主轴回转误差采用了基于周期分解的组合建模方法 ,建立了更有效的预测模型。仿真实验结果表明该模型提高了回转误差的预报精度 ,为预测补偿精密加工技术奠定了基础     

无氧铜超精加工表面微观形貌的分形维数表征

单点金刚石超精密加工能够获得纳米级的低粗糙度表面。进一步的实验表明,采用该工艺进行退火态无氧铜切削,已加工表面在刀痕基础上还会出现清晰的晶界浮凸现象。传统的粗糙度概念无法有效表征与区分含有晶界浮凸信息的超精加工表面微观形貌。引入分形维数概念,采用该理论中尺码法对无氧铜超精加工表面的微观形貌进行分形维数计算;为降低切削刀痕信号干扰、突出晶界浮凸信息,设计表面信号带阻滤波方法。计算结果表明,超精加工后的表面分形维数包含了加工刀痕与晶界浮凸信息,由于两者尺度相近,传统的粗糙度测量无法区分其差异;采用带阻滤波与尺码法耦合方式,能够有效识别晶界浮凸特点,定量地反映微观尺度下超精加工表面的形貌特征信息。     

DFC-600A超精密单点金刚石飞切机床研制

单点金刚石切削是目前理想的KDP晶体加工方法.本项目立足自主技术研发,通过深入研究KDP晶体的单点金刚石切削机理,突破了超精密空气静压主轴和导轨设计及制造关键技术,解决了气浮主轴和工作台高精度恒速直驱问题,研制成功了超精密单点金刚石飞切机床DFC-600A.通过工艺实验表明,该机床能够实现大口径KDP晶体、铝合金及聚碳...     

复杂非球面镜高效超精密车削加工法(英文)

本文中对复杂面形的非球面镜进行了分类,并从加工方法和加工路径优化设计等方面研究了复杂非球面镜的超精密车削方法.对回转对称的复杂非球面镜进行了加工实验,并借助超精密测量技术对各段曲面进行面形测量,依据测量结果实现面形补偿加工.最终粗糙度Ra达5.14 nm,形状精度P-V值达200 nm.采用提出的方法对非回转对称的非球面阵列进行加工路径设计,根据具体面形进行加工参数选择和实际加工,得到粗糙度Ra为7.81nm的表面.实验结果证明了提出的加工方法高效实用,可以满足大部分复杂非球面的应用需求.     

三维调制靶模板的快速刀具伺服加工技术

采用快速刀具伺服技术(FTS)实现了非回转对称三维调制靶模板的精密车削加工.阐明了调制靶模板车削加工的基本原理,并提出一种基于坐标变换的金刚石刀具几何参数选择方法,推导了车削加工此类表面时金刚石刀具刀尖圆弧半径、前角和后角所需满足的条件.基于此提出了一种基于三次Hermite插值的刀尖圆弧半径补偿算法,并详细讨论了插值节点的计算方法.由刀尖圆弧半径补偿仿真结果可以看出,此补偿算法精度优于2 nm.在自行研制的精密金刚石车床上实现了X、Y方向上波长均为100μm、幅值均为0.7μm的正弦网格调制结构的加工.采用白光干涉仪对所加工的调制结构进行测量,并提取二维轮廓进行分析,其轮廓误差为0.31μm,表面粗糙度为13.3 nm.测量结果表明采用基于快速刀具伺服的非回转对称车削是实现三维调制靶模板制作的有效手段.     

磁流变抛光驻留时间算法

针对磁流变抛光去除量与驻留时间呈线性关系特点,本文以Preston方程为依据,根据磁流变抛光专用机床的运动形式,提出了基于矩阵的磁流变抛光驻留时间算法,该算法通过调整各点驻留时间控制光学器件表面的去除量,达到面形误差修正的目的,适用于非球面等可用通用光学方程表示的回转对称曲面.仿真实验结果表明,采用该算法仿真加工可以使球形表面面形误差收敛至十几个纳米.通过对K9光学玻璃球面进行的磁流变抛光实验,获得了表面粗糙度Ra0.636 nm的球形表面,面形精度P-V值由抛光前的158.219nm减小到52.14 nm,验证了驻留时间算法的合理性.     

石英玻璃微流道超声振动磨削加工及流动阻力特性研究

石英玻璃微流控芯片在医学诊断、生化分析和药物筛选等领域具有广阔的应用前景,高性能石英玻璃微流道的加工质量直接决定微流控芯片的使用性能。本工作采用超声振动磨削加工技术对石英玻璃微流道进行高效精密加工,首先研究了主轴转速N、进给速度v_f、磨削深度a_p和超声功率P对微流道表面质量和形状精度的影响,然后对超声振动磨削工艺参数进行优化,最后测试微流道的水流阻力,研究微流道水力直径对其流动阻力特性的影响。超声振动磨削加工实验结果表明：石英玻璃微流道的表面粗糙度R_a可达较小值0.191μm,形状精度RMS值和PV值分别达到3.332μm和23.783μm,并且微流道表面形貌完整,底部微观表面光滑,边缘整齐无明显崩边。流动性测试实验结果表明：石英玻璃微流道内流动摩擦阻力系数随雷诺数和水力直径的增大而减小,因此设计微流道时应尽量选择较大的水力直径,并且适当增大流速。     

小口径非球面的超精密车削和抛光组合加工

针对目前小口径非球面零件在超精密加工中存在的加工效率和加工精度等问题,分析了现今小口径非球面超精密加工方法及其特点,提出了一种超精密金刚石车削和斜轴磁流变抛光超精密组合加工方法．其中小口径非球面斜轴磁流变抛光方法的特点是抛光主轴采用倾斜安装,并且抛光头由外部旋转抛光体和内部励磁装置两部分构成．通过开发新型的小口径非球面超精密复合加工装备,对小口径单晶硅非球面进行了超精密组合加工实验．实验结果表明工件的表面粗糙度R。由车削后的9．1nm下降到抛光后的3．2mm,证明了该组合加工工艺是提高小口径非球面加工效率和精度的一种有效加工方法．     

面向精密加工的仿真技术研究及应用

详细阐述了计算机仿真技术在精密加工领域中应用的两个方面——加工过程动态仿真和加工过程物理特性仿真;建立了微细电火花加工仿真系统,实现微细电火花放电通道仿真,建立并分析了电火花加工的热学模型,分析了表面粗糙度与工艺参数的关系。系统在实际中得到验证,加工出微三维结构。通过电火花仿真系统,说明计算机仿真技术在精密加工研究方面的可行性和优越性。     

试谈机床精度对机床加工精度的影响

影响机床加工精度的因素很多,如机床热变形,机床刚度,耐磨性等,我们仅在这里从机床精度对机床加工精度影响方面来研究提高机床加工精度的措施,其基本思想为：不影响、少影响、用补偿方法来消除,例如：为了加工出高圆度的工件在外圆磨床上,使死顶尖加工外圆,以使主轴回转误差不反映到工件上。再如：在精密螺纹磨床上,为提高工件螺纹的螺距误差,在机床传动链内增加误差补偿环节,以提高了工件的螺距精度。     

激光微织构与自组装对铝合金表面润湿性的影响

利用激光加工在铝合金表面进行微织构,通过自组装工艺在微织构表面修饰有机硅烷分子膜,制备得到具有疏水/超疏水性表面。利用扫描电镜、三维形貌仪、接触角测量仪对微织构表面微观形貌和润湿性进行表征。结果表明:激光微织构具有的微米级粗糙结构与自组装分子膜的共同作用对超疏水表面的构建具有重要作用;接触角随激光微织构加工间距(50~100μm)的减小而增大,且与微织构的形貌类型相关。漂浮承载实验表明,超疏水表面符合Cassie-Baxter状态模型,且可有效提高平台的漂浮承载能力。