大型非球面主镜细磨中的一种在线检测技术

提出了一种在大型非球面镜细磨加工阶段使用的低成本在线检测技术。该技术将高精度测长装置集成在普通数控加工机床上,构成在线测量系统。通过测量工件面形上的各点空间坐标,并将测量数据经过坐标变换、误差补偿等处理,实现在线面形测量。与Leize三坐标测量机对比测量同一个面形,二者的测量结果误差P-V为4．0μm,RMS为0．8μm。在普通数控细磨机床上实现了在线面形测量且测量精度优于5μm。利用此系统,实现了细磨加工过程的镜面面形在线检测。     

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.     

超精密磨削大型光学非球面元件的研究

介绍了加工大型光学非球面的超精密数控磨削系统，给出了用来生成NC加工软件的加工非球面时砂轮的中心位置的求解模型，在此基础上讨论并给出了由砂轮安装产生的砂轮与工件主轴的偏心误差形成的加工工件面形误差的计算模型，并提出有效的工具路径补偿方法。通过计算机模拟验证了这种补偿方法的可靠性。     

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.     

论超精密机械研磨过程中保证工件质量必备的基本条件和必须遵循的基本原则

超精密加工系指被加工工件的尺寸精度和几何形状精度在(0．1～0．01)μm，而表面粗糙度为Rao．o1μm以上的精密加工工艺方法。由此可见，需要进行超精密加工的工件其精度要求极高，工艺难度极大。     

回转体测量机温度误差分析及补偿

针对温度对回转体测量机测量精度所产生的影响,结合ANSYS软件仿真及数学计算的方法研究了回转体测量机受温度影响产生的热变形及测量误差,分析了回转体测量机温度误差的主要表现形式.建立了一个以测量架在x方向上的平移和在z方向的倾斜为基础的误差补偿数学模型.采用双环法对测量机温度误差进行了补偿,进行了对比测量实验,实验中分别测量工件上下两个参考圆环的参数,再利用提出的数学补偿模型公式得出工件自身的误差结果,继而对测量结果进行补偿.实验数据显示:温度误差补偿模型合理有效,测量机的重复性误差从100μm以上下降为16μm左右,提出的温度误差补偿模型可以有效降低温度对测量机测量精度的影响,经过误差补偿后的测量机可适用于温度变化环境下的测量.     

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.     

结合ELID磨削与磁流变光整加工的单晶硅反射镜超精密制造技术

分析了在线电解修整（ELID）磨削和磁流变光整加工（MRF）的加工原理与特点，充分结合这2种技术的优点对单晶硅反射镜进行纳米级精度的组合加工．首先进行ELID高效率磨削，在线检测工件表面误差后进行补偿磨削，使反射镜面加工成形，并获得较好的形状精度和表面质量．然后，利用磁流变技术进行确定性的光整加工，以减少反射镜的亚表面损伤，使加工表面的形状精度与表面粗糙度得到很大提高与改善．利用该组合工艺，对硅反射镜进行了系列的加工实验，高效率地得到了低于1nmRMS的表面粗糙度和69nmp-V形状精度的工件表面．     

三维微细电火花伺服扫描加工工艺

为提高三维微细电火花加工的加工效率,从而达到工业应用目的,采用放电间隙伺服控制实时补偿电极损耗的技术路线,提出了三维微细电火花伺服扫描加工方法．基础实验验证了伺服扫描加工每层加工深度的一致性,研究了横向扫描加工速度对加工深度的影响规律．在小于1mm2加工区域内的三维结构加工实验结果显示,伺服扫描加工可以便捷地实现三维微小结构的加工成型．进一步在工件与电极之间附加激振,可大幅度地提高放电脉冲的有效利用率以及加工效率．采用φ100μm的钨丝电极,在铜试件上加工深度300μm的典型三维形状,加工时间小于50min．     

模具型腔数控铣削综合加工工艺优化

本文以模具型腔为研究对象,重点分析了数控加工工艺的优化问题,并对高速铣削和电火花加工在提高模具型腔数控加工效率、加工质量等特征方面进行分析,进一步实现综合应用,为工艺人员能够高效率地加工出高质量的工件提供理论支持及技术参考。     

Cam Profile Grinding CNC System Based on Open Architecture

This paper studies some key technologies of CNC system for cam grinding. The mathematical motion model for cam grinding is established according to the harmony of re-ciprocating motion of the grinding wheel and the rotating motion of the workpiece. The method of using the linear servomotor to accomplish the grinding wheel tracking is devel-oped and the dynamic model of the system is analyzed. Then the cross-coupled biaxial error compensation model is proposed. Finally,the hardware and software of the control system are designed based on open architecture. Some algorithms, such as spline fitting and inter-polation for cam contour, velocity control and feed control,are presented to improve grinding precision.     

基于线激光传感器的工件尺寸测量系统的误差补偿方法

提出了一种基于线激光传感器的工件尺寸测量系统的误差补偿方法,利用坐标系投影和图像处理技术进行误差补偿。设定传感器坐标系OM-XMYMZM和设备坐标系O-XYZ,分析坐标轴夹角φ、δ、γ对工件尺寸坐标值X、Y、Z的误差,建立了基于φ、δ、γ在XOY、YOZ、XOZ平面上的投影角α、β、θ的误差补偿模型。利用图像处理技术测得α、β、θ,计算经过误差补偿的工件尺寸坐标值X′、Y′、Z′。对尺寸100mm×100mm×10mm的长方体工件进行测量实验,分别测量了长度、宽度、圆心距、圆直径、圆线距、台阶高度。测量结果表明:经误差补偿后的工件尺寸测量误差在40μm以内,优于未补偿前的520μm;均方根误差低于40μm,优于未补偿前的580μm。其中,圆心距误差补偿效果最显著,测量误差减小了560μm;圆直径误差补偿效果最不明显,测量误差减小了10μm。     

新型超声椭圆振动无心磨削技术

本文提出一种以超声椭圆振动板取代传统导轮的新型无心磨削技术,通过对该部件中的压电陶瓷（lead zirconate titanate,PbZrTiO3,PZT）施加交流电压,在该板端面产生超声椭圆振动并控制工件的旋转速度.从振型、激振方式、结构和尺寸等方面,对该超声椭圆振动部件进行了设计,研究了输入信号参数（频率、相位差和电压幅值）与振动部件中金属板端面超声椭圆振动的形状和幅值之间的关系.实验结果表明,该超声椭圆振动板具有良好的性能,其端面的超声椭圆振动能精确控制工件旋转的速度.最后,采用改进后的超声椭圆振动无心磨床对初始直径为1 mm～5 mm的微小圆柱形工件进行了磨削实验.实验结果表明,磨削后工件的圆度误差从20μm下降至3μm     

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.     

非球面在线检测的系统误差分离与修正

为了解决非球面在线检测的系统误差问题,针对系统误差产生的机理、误差的数学模型、分离方法以及补偿方法进行了研究.提出一种将空间误差投影到不同平面上进行分析从而解决测量系统误差的新方法并建立了各系统误差的数学模型.根据最小二乘法的基本思想,建立了基于标准球面的系统误差分离数学模型,得到了各参数的最小二乘估计值,并利用误差修正模型进行了校正.利用标准球面进行测量实验,验证了该方法的有效性和精确性.实验结果表明所提出的解决测量系统误差的思路可行,最终可使测量系统精度达到1μm数量级,从而满足精磨阶段在线检测的需要.     

微小孔尺寸形状的脱模与图像测量

将脱模方法与显微图像处理结合,实现了微小孔内部轮廓的尺寸形状测量.首先采用具有超弹性的乙烯基聚硅氧烷作为制模材料,通过脱模方法将微小孔内部轮廓复制为模型的外部轮廓.然后在显微镜上采集模型的放大图像,利用图像分割、边缘提取、直线检测等图像处理手段,测量出微小孔内部直径随深度的变化曲线.开发出用于测量微小孔尺寸形状的应用软件,利用该软件对脱模法的复制精度进行校验.对于孔口直径在145～155μm的微孔,所制模型在孔口处直径与原始孔口直径的平均绝对值误差为0.9μm.通过脱模方法制作三维型腔模型,得到脱模模型形貌与原始形貌的平均绝对值误差为0.37μm,均方根误差为0.51μm.所提方法融合微米量级的脱模精度和像素级的图像测量精度,可用于微小孔孔径、内部轮廓形状等的测量.     

砂带磨削机器人磨削曲面工件的工作空间及加工轨迹分析

研究了机器人砂带磨削加工技术,以克服传统磨削加工工作环境恶劣、劳动强度大的缺点。针对曲面工件的磨削加工任务,研究设计了3P3R构型的砂带磨削机器人;通过对该机器人运动学和工作空间的分析,应用数值分析方法得到机器人的大致可达工作空间;对待加工工件表面点进行数学建模,应用蒙特卡洛法对曲面工件的磨削加工轨迹进行了仿真分析,得到所有待加工表面点最接近于加工时的机器人姿态。分析结果不仅判断了工件是否具有可加工性,而且仿真分析的加工轨迹为工件加工的示教编程提供引导,同时提供了一种离线编程的途径。     

Analysis and compensation of workpiece errors in turning

A new method for workpiece error analysis and compensation in turning is introduced. It is known that the workpiece error consists of two parts: machine tool error (including the geometric error and thermal-induced error) and cutting-induced error. The geometric error of the machine tool is independent on machining operation and, hence, can be measured off-line using a fine-touch sensor with a Q-setter (FTS-Q) (also called quick touch setter). The thermal error of the machine tool is dependent on cutting speed, feed, machining time and environmental temperature. It can be estimated using a radius basis function (RBF) artificial neural network (ANN). The cutting-induced error plays a dominant role and can be estimated based on the cutting condition (speed, feed and depth of cut) and the motor currents (main spindle motor current and feed spindle motor current) using a two-stage RBF ANN. Based on the estimated error, the compensation can be done by overwriting the CNC code on-line. Experimental results indicate that the new method can reduce the workpiece error by as much as 75% (average workpiece error is reduced to 8 µm from 14 µm). The new method is also easy to implement in the shop floor.     

基于人工神经网络-遗传算法的展成法球面精密磨削 参数优化

航空制造业的迅速发展对球面磨削加工精度提出了更高的要求，国内目前广泛依靠加工者经验选取磨削参数，工件球面轮廓度最高仅为2.2μm。为实现球面高精度加工，针对GCr15材料柱塞零件的展成法球面磨削加工，提出一种可靠的工艺参数优化方法。以砂轮速度、工件转速、进给速度为影响因素，以磨削后球面轮廓度和磨削加工时间为目标函数，设计了正交试验，分析了各磨削参数对球面轮廓度的影响程度。考虑到各磨削参数和球面轮廓度之间关系的复杂性，在正交试验的基础上利用遗传算法优化的BP（back propagation，反向传播）人工神经网络建立了球面轮廓度和各磨削参数之间的非线性映射关系，并进一步利用遗传算法进行极值寻优，得到最优的磨削参数组合。最后，根据最优磨削参数组合进行了多组验证实验。结果表明，使用优化后的磨削参数能够在保证加工效率的前提下将工件球面轮廓度提高到1.4μm，较传统经验法提高了36%。所提出的磨削参数优化方法可靠、有效，可直接应用于实际工程，对实现球面精密加工意义显著。