微结构塑件的注塑充填尺度效应

微尺度聚合物熔体流动具有明显的尺度效应,模具温度和注射速率是微注塑充填流动的关键影响因素。文中采用微细电火花铣削技术设计分别制造了一模八腔的带有200μm和300μm微孔的注塑模具。以聚丙烯(PP)进行单因素充模流动工艺实验,研究了模具温度和注射速率对直径为200μm和300μm微圆柱充填高度影响规律。结果表明,当模具温度为30℃和注射速率为60%时,直径200μm微圆柱孔的充填高度小于直径300μm微圆柱孔的充填高度,且Ⅰ型腔的微圆柱充填高度大于Ⅱ的充填高度。随着模具温度升高和注射速率增加,2种微孔充填高度差在减小,Ⅰ型腔和Ⅱ型腔之间的充填高度差值也在减小。可见,升高模具温度和增加注射速率可以减少微尺度效应对微圆柱孔充填高度的影响,同时,还可以减小流动不平衡程度。     

微处理机在光栅测长中的应用

光栅测长大量应用于精密位移测量中。如果在光栅测长系统中使用微处理机系统进行细分、计数、误差修正和结果显示,将有助于提高数字分辨率和提高测长精度,加快测量速度和降低光栅刻制的成本。本文提出的微处理机系统曾在装有光栅测量装置的万能工具显微镜上试用。计算机软件细分的分辨率为0.1μm,细分精度达到±1μm。使用的光栅尺为50线/mm。     

光学三维测量中结构光栅投影系统的开发

为解决结构光三维测量系统中的光栅投影质量问题,提出并实现了以物理光栅为核心的结构光栅投影系统。该系统以现代光栅制造技术制造的精密光栅元件为核心,基于幻灯投影原理实现高质量的光栅条纹投影,利用步进电机带动高精密滚轴丝杆进行平移实现投影光栅的切换。实验结果表明,基于该系统实现的光学三维测量系统的可以达到1：100以上的对比度,具有较大的光强和良好的景深,同时能获得连续的强度分布及较好的正弦性,测量误差小于0．04mm,测量精度约为0．03mm,满足工业应用的要求。     

圆光栅检测仪的研制

介绍了一种高精度、精密、自动化、动态测量的光栅检测仪,测量光栅盘的扩展不确定度为０．０８”。该仪器采用了高回转精度的空气静压轴承及多头均化技术,减小了参考盘刻划误差的影响,同时,采用了计算机系统控制测量过程,进行数据处理,实现了自动化测量,检测结果和误差曲线由打印机打印输出。     

基于梯度滤波器的多尺度高精度微运动测量

微运动测量在微纳制造和生物医学等高技术领域担任了一个重要的角色,本文将梯度滤波器方法和多尺度方法相结合,提出了一种用于微运动测量的基于梯度滤波器的多尺度方法．在该方法中,利用多尺度金字塔迭代方法,对测量图像进行降采样和低通滤波,将较大像素的图像运动转化为多个小像素的图像运动进行估计,从而提高运动估计精度．提出的方法用于测量两个像素附近的MEMS微机械图像运动时,测量偏差达到了0．005个像素．模拟实验结果表明,这种基于梯度滤波器的多尺度方法能够实现高精度的微运动测量．     

大量程高性能光栅位移测量技术

高精度光栅位移测量系统具有纳米级重复精度、环境适应性强、维度易于扩展等优点,可以满足精密制造行业对米级测量量程、亚微米级精度与多维测量能力融合的测量技术要求,在高端制造、精密仪器等领域有重要应用。通过对测量光栅的各项参数进行研究,提升了测量光栅的尺寸与制作精度;提出高精度锥面衍射光栅位移测量、高倍细分转向干涉光栅位移测量、“品”字形拼接大量程光栅位移测量等技术,实现了数百毫米测量量程亚微米级测量精度。从光栅制作到测量系统研制对提升精度、分辨力及量程提供了理论分析与技术验证。     

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.     

基于图像测量的微刻线尺高精度检测

在高精度激光二坐标标准装置上实现了线宽2μm、最小线间距10μm的微刻线尺的高精度检测.采用高精度差动式激光干涉测长系统作为测长基准,高倍光学镜和高分辨力CCD组合作为精密光学瞄准定位反馈,设计了采样窗自动识别算法实现了条纹图像的自动识别瞄准,提出了采样窗内双向逐行扫描及3σ准则剔除离群点的边缘提取算法,提高了边缘检测精度.微刻线尺线间距的测量不确定度优于0.3μm,k=2,测量的重复性标准差优于20nm.     

利用Micro-PIV进行微管道内流量测量

为了解决微管道(水力直径小于1mm)内流量测量问题,本文利用Micro-PIV对水力直径为230μm的毛细玻璃管内流量进行测量,并对测量误差进行了分析。测量结果表明,利用该技术完全可以实现微通道流量的高精度测量。     

矩形微管道内流量测量

利用Micro-PIV系统测量了矩形微管道内低雷诺数下的流场,获得微管道中间截面内速度剖面,微管道水力直径为218μm,长度为24 mm。结合矩形管道内流动解析解计算微管道内流量。测量结果表明,利用该技术完全可以实现微通道流量的高精度测量。     

数控刀具材料的研究进展

数控刀具是数控加工技术中的重要基础装备之一,在保证制造技术的有效实施方面有着十分重要的作用。本文主要介绍数控机床刀具的分类、数控刀具材料的现状和发展趋势。     

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.     

复合进给电解加工机床控制系统设计与测试

为解决航空制造领域复杂零件的加工难题，针对研制的复合进给电解加工机床，开发了基于PC（ personal computer，个人计算机）和PMAC（programmable multi-axles controller，可编程多轴控制器）运动控制卡的开放式数控系统。基于虚拟仪器技术及其开发环境LabVIEW平台，遵循模块化设计思路，采用ActiveX自动化技术和CLF (call library function，调用库函数)节点设计了复合进给电解加工机床控制系统的人机交互界面，通过调用PMAC运动控制卡中的服务程序PmacServer，实现上位机与PMAC运动控制卡之间的功能交互。为了验证该控制系统的可靠性和运行稳定性，使用激光干涉仪进行了实验测试。实验结果显示，该控制系统响应迅速，运行稳定，人机交互界面易于操作；机床运动误差控制在-5~5 μm内，重复定位误差小于2.3 μm，能够满足航空发动机叶片的电解加工精度要求。研究结果在电解加工领域具有重要工程应用价值，可以为新一代高性能电解加工机床的设计提供参考。     

Modeling and identification of the multi-axis drive system using support vector machine and granular computing

Advanced manufacturing technology requires high-precision capability in multi-axis computer numerical control (CNC) machine tools. At present, the modeling and identification for the drive system of CNC machine tools has some defects. In order to solve the problem, some interdisciplinary theories and methods, such as support vector machines, granular computing, artificial immune algorithms, and particle swarm optimization algorithms, have been used to model and identify multi-axis drive systems for CNC machine tools. An identification method using a support vector machine, based on granular computing, is presented to identify a multi-axis servo drive system model for improving the precision of model identification, and an immune particle swarm optimization algorithm, based on crossover and mutation functions, is proposed to optimize the structure parameters of the support vector machine based on granular computing. The proposed identification method was evaluated by experiments using the multi-axis servo drive system. The experimental results showed that the proposed approach is capable of improving modeling and identification precision.     

基于CVD厚膜金刚石刀具的超声振动切削模具钢实验

采用化学气相沉积（chemicalvapordeposition,CVD）厚膜金刚石刀具进行模具钢超声振动切削实验．首先阐述刀具的材质特点,观测其刀尖微观形貌和切削刃截面轮廓．然后搭建了适应精密／超精密加工需求的超声振动切削实验装置,其中激振机构可稳定实现频率42．0kHz、振幅峰峰值8～9μm的振动输出．通过切削无氧铜实验证明该超声振动切削装置工作有效、稳定后,选用AISI420模具钢进行切削实验,研究切削工艺条件及切削用量对加工质量的影响,得到适用于CVD厚膜金刚石刀具的切削用量选取范围,对比研究发现超声振动切削在提升加工表面质量、减少金刚石刀具磨损方面均优于常规切削．本研究可使切削模具钢时的金刚石刀具磨损VBmax由500～600μm减少至40μm,模具铜表面粗糙度Ra由0．93μm改善至0．09μm．本研究为金刚石刀具超声振动切削模具钢的实用化积累工艺经验,并探索提供可行的技术实现途径．     

基于AFM氮化硅探针刻蚀方法制作聚碳酸酯纳米光栅

基于原子力显微镜(AFM)探针的纳米机械刻蚀技术以其成本低、分辨率高的优势被广泛应用于各种纳米元器件的制造中.为了得到最优的光栅结构,首先通过单次刻蚀实验定量分析了刻蚀方向、加载力和刻蚀速率等3个主要加工参数对所得纳米沟槽形貌和尺寸的影响,给出了普通氮化硅探针对聚碳酸酯(PC)的加工特性及加工效率.然后通过改变沟槽间距(100~500 nm)得到了不同周期的纳米光栅结构,并确定了这种探针与样品的组合对间距的要求及最佳加工参数:沿垂直于微悬臂长轴向右刻蚀,加载力2.3μN,刻蚀速率2.6μm/s.最后利用该技术对实验室已有原子光刻技术所得周期为213 nm的一维Cr原子光栅结构进行了复制加工,得到了均匀的213 nm一维光栅,证明这种基于AFM探针的纳米机械刻蚀技术可被广泛应用于纳米加工.     

THE DESIGN AND DEVELOPMENT OF A LARGE ULTRA-PRECISION CNC DIAMOND TURNING MACHINE

The Cranfield Unit for Precision Engineering (CUPE) specializes in the design, development, and construction of advanced, high precision CNC machines of many types. Two years ago, the British Science & Engineering Research Council (SERC) commissioned CUPE to develop and commission an ultra-precision CNC diamond turning machine for the manufacture of X-ray telescope mirrors up to 1400 mm in diameter and 600 mm in axial length. This vertical axis machine incorporates many novel design and manufacturing features. This paper describes the design and manufacturing philosophies and techniques used in bringing it to its present successful level of development.     

聚焦离子束技术制造金刚石切削刀具的研究

概述了基于聚焦离子束（Focused Ion Beam,FIB）加工技术制备金刚石切削刀具的相关研究进展,并介绍了金刚石刀具在超精密加工领域的研究背景及其制造现状。作为一种先进的微纳制造技术,聚焦离子束已在微尺度金刚石刀具制造研究中发挥了重要作用。针对金刚石刀具的刃口半径、刃形精度等核心参数,国内外相关研究者开展了聚焦离子束制造方法与工艺优化研究,实现了高质量刀具的制造,聚焦离子束加工可获得刃口半径为15～22nm的金刚石刀具制造。从微观切削基础和微纳光学元件制造两个角度,论述了聚焦离子束制造金刚石刀具的应用研究进展,介绍了其在纳米切削机理、微纳尺度光学元件制造中的应用。最后从提高FIB制造效率、应用研究拓展等角度,对该领域未来的发展进行了展望。