熔石英磨削砂轮截面轮廓分析与优化

为提高熔石英光学元件磨削加工质量,降低亚表面缺陷层深度,通过实验和理论分析发现,具有平直截面轮廓的平行金刚石砂轮,在加工熔石英光学元件时砂轮边缘位置处会产生加工应力集中,该应力集中直接导致了元件表面产生"连续白线"状深缺陷,其深度达22 μm。为抑制砂轮边缘位置加工应力集中现象,设计了"中央平直线+两侧边缘圆弧过渡"的复合式截面轮廓,并提出了相应的修整方法。通过砂轮修整实验,验证了该方法的可行性,磨削元件"连续白线"状深缺陷得到明显改善,亚表面缺陷深度小于2.5 μm,实现熔石英元件的低缺陷磨削加工。      

高精度气体静压抛光轴部件设计

超精密平面抛光技术对光学元件加工具有重要意义。超精密平面抛光机床的加工精度与抛光轴的回转精度具有直接关系。通过分析制造工艺、安装与维护成本、工艺试验等对抛光轴的驱动方式进行设计;分析和计算了气体静压轴承的结构参数;对上静压板、芯轴、转台壳体等抛光轴关键部件进行静力学分析。经过分析计算,所设计的高精度气体静压抛光轴满足了各项需求指标,为超精密平面抛光机床设计提供指导。     

大口径强激光光学元件超精密制造技术研究进展

惯性约束聚变高功率固体激光装置研制对大口径光学元件提出了全频段精度控制指标要求,以及高效率、批量化制造需求。本文围绕“超精密、确定性”强激光光学元件全流程制造方法,总结了近几年大口径强激光光学元件超精密制造技术取得的重要进展,重点介绍了单点金刚石超精密切削技术、非球面超精密数控磨削技术、确定性抛光技术等一系列关键技术,以及相关工艺及装备在强激光光学元件批量制造流程线中的应用情况。

     

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.     

大口径平面光学元件的磁流变加工

为了实现大口径平面光学元件的高精度加工,开展了磁流变加工技术的研究。介绍了磁流变加工原理及去除函数的数学模型。根据磁流变加工的特点,建立了元件整体加工的工艺流程,给出了元件加工的工艺要素。然后,开发了抛光斑的提取软件,并基于轨迹段划分的速度模式开发了工艺软件,分析了工艺软件的各项功能模块。最后,基于元件加工的工艺流程,对一件800mm×400mm的元件进行了加工实验。利用检测设备测得了元件的低、中、高频的加工指标,其低频反射波前PV值为34nm,中频波前功率谱密度(PSD1)值为1.7nm,高频粗糙度Rq值为0.27nm。实验显示了较好的实验结果,验证了利用磁流变加工技术实现了大口径光学元件的高精度加工的可行性。本文还阐述了磁流变加工技术在高功率激光元件中应用的优点。     

全口径环形抛光的光学元件面形误差影响因素及其控制

全口径环形抛光是加工大口径平面光学元件的关键技术之一,其瓶颈问题是元件面形的高效高精度控制。通过研究元件面形的影响因素及其控制方法从而提升其确定性控制水平。围绕影响面形误差的运动速度、抛光盘表面形状误差和钝化状态等关键工艺因素,建立基于运动轨迹有效弧长的环形抛光运动学模型,揭示了抛光盘表面开槽槽型对面形误差的影响规律;提出了采用位移传感器以螺旋路径扫描抛光盘表面并通过插值算法生成其形状误差的方法,建立基于小工具的子口径修正方法,实现了抛光盘形状误差的在位定量修正;提出抛光盘表面钝化状态的监测方法,研究了抛光盘表面钝化状态对面形误差的影响规律。结果表明：抛光盘表面开槽采用环形槽时元件表面容易产生环带特征,采用径向槽、方形槽和螺旋槽时元件表面较为匀滑;通过在位定量检测和修正抛光盘形状误差,可显著提升元件的面形精度;随着抛光盘表面的逐渐钝化,元件面形逐渐恶化。在研制的5 m直径大口径环形抛光机床上加工800 mm×400 mm×100mm平面元件的面形PV值优于λ/6（λ=632.8 nm）,提升了元件的面形控制效率和精度。     

基于单颗粒作用模型的晶体材料研磨残余应力研究

为了明确激光晶体材料研磨表面残余应力形成机制,以典型的激光晶体材料YAG晶体为研究对象,利用大型有限元软件Ansys,建立了晶体元件研磨加工过程的单颗粒作用模型,研究了 YAG晶体材料的塑性特性,分析了研磨过程中磨粒机械作用对晶体表面残余应力分布的影响.结果表明,YAG晶体受单颗粒作用载荷18 mN时,晶体材料内部的残...     

锤片式粉碎机转子结构动态优化设计

运用有限元法对锤片式粉碎机进行了动力学分析,得到了转子的固有频率、模态振型及不平衡响应等动态特性参数。利用灵敏度分析技术研究了各结构参数对转子动态性能的影响程度。以转子重量和不平衡振动响应为状态变量,以转子的固有频率为目标函数对结构进行了动态优化设计。优化结果表明,转子动态性能得到明显改善,为解决粉碎机的振动问题提供了有效的途径。