非球面光学零件的超精密磨削技术

本文首先介绍了非球面光学零件的作用、硬脆材料的超精密加工的一个热点──延性方式磨削，实现延性方式磨削的条件和应用了延性方式磨削技术的非球面光学零件的超精密磨削加工机床，最后介绍了非球面光学零件的ELID起精密后削技术。     

中大口径轴对称光学非球面超精密磨削数控机床的研制

通过系统分析轴对称中大口径方形光学非球面包络法加工原理,提出了非球面磨削加工机床各轴系运动的数学控制模型,设计并研制了非球面精密磨削加工机床及机床速度、位移双闭环控制系统,在研制的加工机床上进行了330×300mm的方形光学非球面镜片磨削试验,并采用数字型电感测微仪设计了非球面在线检测系统,通过对加工后的光学非球面进行在线检测,试验结果表明设计并研制的光学非球面磨削加工机床加工精度满足光学非球面镜片加工面形精度PV值达到4μm的要求,且加工效率高,适用于中大口径非球面磨削加工。     

机床钣金类零件的结构及工艺性

机床钣金类零件的结构受到机床外观的需求、加工设备的特点、加工工艺的要求等因素影响。本文分析了机床钣金类零件设计时应注意的问题,给出了机床钣金类零件加工中一些简便实用的经验计算方法,介绍了机床钣金类零件的结构特点。     

非球面曲面光学零件超精密加工装备与技术

"Nanosys-300非球面曲面超精密复合加工系统"是 "九五"重点预研课题-"非球面曲面的超精密加工与测量技术"的主要研究成果.重点对非球面曲面光学零件超精密加工机床,非球面曲面光学零件超精密加工工艺,非球面曲面光学零件超精密测量技术进行了研究.其主要技术成果有:非球面超精密复合加工系统综合设计和制造技术,高速超精密空气静压主轴系统,超精密闭式液体静压导轨系统,高速超精密空气静压磨头电主轴系统,开放式高性能数控系统集成技术等.系统的精度检测和工艺实验表明其研究水平进入了国际先进行列.     

二维旋转夹具的设计

随着现代社会对自动化程度的要求越来越高,制造领域中不仅要求机床朝着自动控制程度越来越高的数控方向发展,而且要求机床上装夹被加工零件的夹具也向自动化方向进展,二维旋转夹具就是应这样的需求而设计的,以满足夹具自动化的市场需求.     

刀具摆动法加工轴对称非球面光学零件新技术的研究

为了解决非球面光学零件加工难的问题,就轴对称二次非球面提出了刀具摆动非球面加工的新方法,通过对该方法的理论说明,以抛物面为例对其进行了理论验证,并在给定的表面粗糙度下对机床进行运动分析,进而说明了该技术的优点.     

法线等距离线法加工轴对称非球面光学零件几何模型研究

针对目前非球面光学零件加工难的问题,提出了法线等距离线法加工轴对称非球面光学零件的新原理。并对其理论、成形机理及机床结构原理进行了研究,进而说明了该技术的优点。     

超精密加工中刀具参数对脆性材料非球面加工质量的影响

脆性材料的光学非球面零件以其特有的优势,在军用和民用产品中越来越普及.光学非球面器件材料有一系列不利于加工的特点,被公认为是最难加工的光学零件.概述了超精密加工中单点金刚石车削技术在脆性材料非球面加工中的应用,并详细地分析了单点金刚石车削加工时刀具几何参数、X偏置、刀具半径补偿对非球面加工表面质量的影响.     

基于VC＋＋与OpenGL的非球面光学零件加工过程仿真研究

论述了基于OpenGL技术,Visual C＋＋6.0作为开发工具的非球面光学零件的虚拟加工设备的建模、设备仿真的实现方法,运用实体几何法构造机床以及各个加工模块的三维模型,构建非球面光学零件加工设备的虚拟加工环境;基于MFC调用OpenGL虚拟机床的加工过程,形成可视化运动仿真。     

法线等距离线法加工非球面光学零件的研究

为了解决非球面光学零件加工难的问题,提出了法线等距离线法加工非球面的新原理,通过建立法线等距离线模型,以及避免干涉的必要条件,对其原理进行了说明,并对机床结构原理进行了研究,进而说明了该技术的优点.     

大型数控机床大件的设计

大型机床所承受的重力和切削载荷比一般机床大,而数控机床的工作精度指标又较普通机床高,因此对机床大件的设计要求也需要不断总结提高。     

一种基于自动对焦的非球面测量系统

影响高精度非球面磨削加工精度的不仅是机床、刀具和数控技术等参数,而且取决于制造系统所采用的测试手段和所能达到的测量精度.针对非球面制造系统的测量特点,将光栅测量技术和光学显微镜自动对焦技术引入环节,进而提高对非球面工件的测量精度,解决了制约非球面加工精度提高的测量问题.     

小型非球面数控抛光技术的研究

用计算机控制抛光的方法对小型非球面数控抛光技术进行了研究。对计算机控制小磨头抛光的材料去除作用进行了计算机模拟;依据计算机模拟结果,调整驻留时间函数,进行抛光补偿;最后,在自行研制的三轴联动非球面数控抛光原理样机上高效地完成了70 mm左右非球面的抛光,各项指标达到了中等精度要求,表面粗糙度为2.687 nm,面形精度为0.45 μm,且重复精度良好。结果表明,该技术有效提高了小型非球面光学零件的批量生产效率。     

高精度非球面表面测量技术研究

追求更高制造精度一直是制造业的目标,制造精度的提高不但取决于机床、刀具和数控技术,而且取决于制造系统所采用测试手段所能达到的测量精度。在诸多非球面测量方案中,接触式光栅测量技术能够达到相对较高测量精度并具有广泛的适用范围。针对该技术在两个方面提出进一步的改进:第一,把原子力显微镜和用于位移精密测量全息光栅引入非球面制造系统,取代机械测头,以便对该系统所采用测试手段进行改进,进而提高该系统测量精度:原子力显微镜的工作模式采用轻敲模式。第二,全息光栅是光栅制造的最新发展,它的各种指标参数均优于刻划光栅,全息光栅位移精密测量技术也优于传统光栅位移测量技术;为进一步提高非球面表面测量精度,采用全息光栅取代普通光栅实现位移精密测量是非常必要的。     

Aspheric generator: an all air bearing machine

Methods for the production of aspheric surfaces for optical and infrared applications have been widely described¹. In this paper P. Langenbeck^* describes the design of a machine for production of aspheric surfaces by single point diamond machining. The substrates which have been machined include the known reflective mirror materials such as copper, aluminium and nickel, germanium and certain plastics. Parts sizes have ranged from a few mm up to 600 mm in diameter. The machine described here was first reported at the 1982 meeting of the German and Swiss Optical Societies in Luzern². In operation, a single diamond tool sweeps just once along a computed curve within the surface of revolution, producing immediately the final surface in terms of geometry and microstructure. Post-polishing is not necessary     

Coordinate transformation machining of off-axis aspheric mirrors

Off-axis aspheric mirrors are kernel components widely applied in various fields. The off-axis aspheric mirrors with large ratio of sag height to diameter are increasingly employed in many cases for smaller system and better optical performance. Slow slide servo-machining is one of the most currently efficient methods used to fabricate the off-axis aspheric mirrors. However, it is still difficult to machine off-axis aspheric mirrors with large ratio of sag height to diameter. This paper analyzes failure reason in a normal angle, including angle and tool oscillating range. The coordinate transformation machining is proposed to make the machining feasible by reducing the ratio of sag height to diameter. The cutting path is accurately designed by the coordinate transform. Freeform prisms are experimentally machined to prove that the proposed method also works well for complex surfaces.     

红外线聚光非球面透镜的单点金刚石镜面切削方法

根据硬脆性材料的延性域加工机理和面形误差补偿加工方法,研究了圆弧形和平头形刀具的单点金刚石延性域切削方法,在加工中直接获得了镜面切除面;并利用数控技术进行误差补偿,克服了因加工试验、刀具磨损、机械振动、热变形等造成的加工误差导致的非球面的面形精度降低和表面粗糙度恶化.并将该方法用于采用圆弧形刀具对红外线聚光的φ70mm非球面锗透镜进行单点金刚石切削实验中.试验结果表明面形误差补偿加工方法可以进一步消除加工误差,将非球面的面形精度PV值从微米级(1.23μm)提高到亚微米级(0.36μm)的程度,表面粗糙度R_a从亚微米级(0.27μm)改善到超亚微米级(0.04μm)的范围.     

Theoretical and experimental research on error analysis and optimization of tool path in fabricating aspheric compound eyes by precision micro milling

Structure design and fabricating methods of three-dimensional （3D） artificial spherical compound eyes have been researched by many scholars. Micro-nano optical manufacturing is mostly used to process 3D artificial compound eyes. However, spherical optical compound eyes are less at optical performance than the eyes of insects, and it is difficult to further improve the imaging quality of compound eyes by means of micro-nano optical manufacturing. In this research, nonhomogeneous aspheric compound eyes （ACEs） are designed and fabricated. The nonhomogeneous aspheric structure is applied to calibrate the spherical aberration. Micro milling with advantages in processing three-dimensional micro structures is adopted to manufacture ACEs. In order to obtain ACEs with high imaging quality, the tool paths are optimized by analyzing the influence factors consisting of interpolation allowable error, scallop height and tool path pattern. In the experiments, two kinds of ACEs are manufactured by micro-milling with different too path patterns and cutting parameter on the miniature precision five-axis milling machine tool. The experimental results indicate that the ACEs of high surface quality can be achieved by circularly milling small micro-lens individually with changeable cutting depth. A prototype of the aspheric compound eye （ACE） with surface roughness （Ra） below 0.12 p.m is obtained with good imaging performance. This research ameliorates the imaging quality of 3D artificial compound eyes, and the proposed method of micro-milling can improve surface processing quality of compound eyes.     

小口径非球面斜轴磨削及磁流变抛光组合加工工艺及装备技术研究

为提高小口径非球面模具加工效率和加工精度,提出一种结合斜轴超精密磨削和斜轴磁流变抛光的组合加工方法,将两种超精密加工方法集成在一台机床上,以缩短装夹时间以及降低装夹误差。研制新型的小口径非球面超精密复合加工机床,对直径Ф6.6 mm的非球面碳化钨模具进行了加工试验。斜轴磨削后加工表面粗糙度达到R_a 6.8 nm,斜轴磁流变抛光后表面粗糙度达到R_a 0.7 nm,面型精度可以达到PV 221 nm。结果表明,所开发的小口径非球面超精密复合加工装备能达到加工要求,可有效提高加工精度和加工效率。     

无干涉双曲面加工范围研究

研究非球面中较为常见的双曲面,采用坐标变换方法,针对刀具右倾、左倾和铅垂方向三种姿态,分别建立加工双曲面的数学模型。分析工件参数、刀具参数、刀具切削状态参数以及机床构型参数之间的函数关系,从而推导刀具位于铅垂方向的位置、双曲面的矢高和口径等关键技术指标的变化规律,基于此推演不同姿态下双曲面最大矢高和最大口径,从而明确了保证无干涉现象的双曲面加工范围。这里的方法与结论为加工双曲面的参数选取提供参考。