超薄石英晶片超精密抛光实验的研究

为了解决超薄石英晶片高表面质量的加工问题,以及寻求一种高效低成本的加工方法,将一种新的超精密抛光工艺应用到超薄石英晶片的加工中。给出了加工过程中的抛光原理,制定出了在研磨和抛光过程中的最优实验条件,并对加工后超薄石英晶片的粗糙度和厚度做了详细的分析;讨论了磨粒的尺寸对表面粗糙度和材料去除率的影响,同时对加工过程的材料去除机理做了论述,以表面粗糙度和厚度为评价目标对超薄石英晶片的加工特性和表面质量进行了评价。研究结果表明：使用该实验的工艺加工超薄石英晶片可以得到厚度为99．4μm、表面粗糙度为0．82nm的超光滑表面;同时,该研究还发现通过延长抛光时间可以减小石英晶片的表面残余应力,可有效控制石英晶片四角“翘曲”现象,得到更好的平面度和平行度。     

一种超薄铝型材同步切割机的设计

为有效避免超薄铝型材高温切割时因牵引而产生变形的问题,通过对铝型材加工工艺过程及相关文献的研究,设计了一种超薄铝型材专用切割机,实现高温铝型材的快速定长与同步切割。依据铝型材切割机的工作过程,对其工作进给和切割进给机构进行了总体结构设计,传动齿轮和液压元件进行了设计计算。通过对样机的切割试验,验证设计成果。     

熔石英光学元件的CO2激光加工技术研究新进展

熔石英元件是一种典型的硬脆性且难加工的材料,在传统机械加工中的加工效率极低,并且加工过程中引入的机械弱化层,严重影响了熔石英元件在强冲击、高载荷、高能量环境下的使用寿命。和传统机械加工方法相比,CO_2激光加工技术的优点在于可实现非接触式加工,并且去除精度高和去除效率高。尤其重要的是,CO_2激光加工后的熔石英光学元件无表面/亚表面裂纹、划痕等缺陷,使得CO_2激光加工技术在熔石英元件的加工中得到了重要且广泛的应用。因此,从熔石英元件的CO_2激光加工理论、大口径器件CO_2激光加工工艺、局部区域CO_2激光损伤修复,以及表面微结构加工4个方面出发,对熔石英光学元件的CO_2激光加工技术研究现状进行综述,重点分析了CO_2激光加工技术在熔石英元件大口径器件/局部区域加工的工艺水平现状以及微结构加工的应用现状,并探讨了CO_2激光加工过程中引入的负面效应以及仍需解决的问题,希望为推动CO_2激光加工技术在熔石英元件加工的进一步应用提供参考。     

直线性超长、超薄、超细件的加工

我公司电机生产线设备上使用的嵌线夹具,其用途是工作运行中顺利将漆包铜线推入定子冲片槽。嵌线夹具制造难点主要集中在下导轨等细长杆零件,下导轨（见图1）属于超长、超薄、超细件,尺寸精度高,型面复杂,加工难度大。我们通过工艺分析与加工实践,成功解决了超长、超薄、超细件的加工难题。下面将其加工方法予以总结供大家参考。     

超薄结构零件加工方案的优化

正1零件超薄结构零件厚度不大于1.5mm,刚性差。在加工过程中,如采用传统的加工方案,零件会发生较大颤动,尺寸不均匀,粗糙度差。为了降低超薄结构的不合格率,对结构刚性进行最大限度提升,对切削力进行合理控制,结合两者制定了新的加工方案。2超薄腹板加工工艺2.1传统加工方案粗加工腹板,留1-2mm工艺余量,根据腹板实际厚度调整加工程序进行半精加工,留0.2-     

割缝筛管加工技术的研究与应用

回顾成功应用超薄CBN(立方氮化硼)砂轮加工和激光加工割缝筛管的经历,在此基础上设计出新的缝型——组合缝,研制出激光加工与塑性成形结合的新加工方法。批量生产的组合缝筛管产品替代了传统的矩形缝和梯形缝筛管,在油田完井生产应用中有效解决了油井出砂、产量下降的问题。     

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。     

飞机大尺寸超薄整体框高效加工技术

大尺寸超薄整体框广泛应用于飞机的设计与制造领域。在分析某型飞机大尺寸超薄整体框工艺的基础上,对其加工方案、转角处理及刀具参数选择等进行了创新性设计,并通过加工试验达到了预期的效果,实现了该类零件的准确、高效加工。     

φ124 mm口径碳化硅质非球面镜面数控研抛技术研究

介绍了碳化硅质光学镜面的光学加工流程和加工手段,分析了碳化硅光学镜面的光学加工过程各个步骤中所应用的磨料和加工方法.利用自主研制的非球面数控加工中心,探索一种新型轮式研磨抛光技术,解决了中小口径非球面元件的数控加工问题,形成比较规范的中小口径碳化硅非球面元件加工方法,并应用到φ124 mm口径两面均为非球面的碳化硅元件的加工中,工件最终加工精度为第一面:0.761 λ(PV)、0.059λ(RMS)(λ=0.632 8μm);第二面:0.834 λ(PV)、0.089 λ(RMS)(λ=0.632 8μm),满足了设计要求.     

上下面异型零件加工新工艺

对液压元件中衬套、阀套上下面异型的加工新工艺——电火花线切割进行了介绍,结合典型零件描述了其采用电火花线切割时的编程方法,并简单介绍了电火花穿孔成形加工与电火花线切割的原理与应用。改用电火花线切割加工后,不仅消除了电火花加工时出现的“喇叭口”现象,满足了零件精度要求,而且提高了加工效率,使型槽的加工时间由120min缩短至24min,并节省了电板制造费用及生产准备时间。     

基于PZT的非球面能动抛光盘定位误差分析

摘要：变形抛光盘能够改变面型以用于非球面镜加工。基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光磨盘,能够在PZT驱动器的作用下改变面型,为中小口径非球面镜加工提供了一种新的工具。非球面能动抛光磨盘在相对非球面工件移动时,根据位置,计算出每个PZT驱动器的变形量。因此定位误差会引起压电陶瓷驱动器的变形误差,从而造成输出的非球面面型误差。本文对定位误差进行了理论分析和计算,根据计算结果,定位误差应该限制在±0.5mm。     

应用双摆动技术加工离轴碳化硅反射镜

研究了用双摆动技术抛光离轴非球面的工艺。介绍了用双摆动抛光加工离轴非球面的原理,分析了双摆动抛光过程中抛光盘与工件的相对运动特性及各个工艺参数对相对运动路径的影响。建立了双摆动抛光运动的数学模型,进行了计算机仿真,并对不同参数下的仿真结果进行了比较。给出了抛光模形状模型,实验验证了不同形状抛光模的材料去除特性。应用双摆动技术加工了一个224mm×108mm离轴碳化硅反射镜,结果显示:应用该技术加工离轴非球面镜可以有效抑制光学表面中频误差,具有较高的材料去除效率,面形精度可以稳定达到λ/30(rms,@633nm)。因此,双摆动抛光技术的研究有助于推动离轴非球面制造技术的发展。     

基于PZT非球面能动抛光盘的变形优化

基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘,能够在PZT驱动器的作用下改变面形,用于中小口径非球面镜加工。一个口径100mm、含19个PZT驱动器的非球面能动抛光磨盘已经试制完毕,用于一个口径350mm、k＝－1.112155、顶点半径R=840mm双曲面镜的加工实验。为研究PZT压电陶瓷驱动器迟滞效应对非球面能动抛光盘输出面形的影响,实测各PZT压电陶瓷驱动器的电压位移特性曲线,用基于径向基函数的神经网络算法建立各PZT压电陶瓷驱动器位移输出特性的数学模型并实施补偿,实测各PZT压电陶瓷驱动器迟滞补偿前后的位移输出值。最后利用有限元分析方法,得到迟滞补偿前后非球面能动抛光盘的输出面形,以及剩余残差RMS相应分别为1.910um、0.342um。通过补偿各PZT压电陶瓷驱动器的迟滞效应,非球面能动抛光盘输出面形精度得到了提高,剩余残差RMS减少了82%。     

Computer Controlled Polishing of the Off-axis Aspheric Mirrors

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｏｏｂｔａｉｎ ｇｏｏｄｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｗｉｄｅＦＯＶ ,ｍａｎｙｏｐｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎｅｒｓｃｈｏｓｅＴＭＡｏｆｆ -ａｘｉｓａｓ ｐｈｅｒｉｃａｌｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｎｅｘｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｐａｃｅｔｅｌｅｓｃｏｐｅｓ.Ｈｏｗｅｖｅｒ,ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｈａｖｅｎｏｔｂｅｅｎｍａｄｅａｐｐｌｉｃａｂｌｅｕｎｔｉｌｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓｒｅ ｃｅｎｔｌｙｔｏｏｋｐｌａｃｅｉｎｏｐｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎ ,ｃ…     

大口径光学元件的机械手抛光

为满足大口径光学元件多模式组合加工技术(MCM)的需要,研制了JP-01型数控抛光机械手。该机械手采用柱坐标结构,ρ-θ极坐标运动方式,ρ、θ两轴联动完成MCM加工所需各种运动。运用齐次坐标变换理论和Preston方程,在分析机械手抛光过程中工件表面上任意一点的相对速度、压强及抛光时间的基础上,建立了机械手抛光的材料去除数学模型,同时求解了JP-01型机械手的位姿转换矩阵。运用所建立的数学模型对MCM加工中修正环带误差和局部误差时单个抛光盘常用运动模式的材料去除特性进行了计算机模拟。应用JP-01型机械手对一口径为240 mm,F数为1.5的球面反射镜进行了确定性抛光实验,最终面形精度达到14.6 nm(RMS)。实验表明,所测得数据与理论分析数据吻合,建立的数学模型能真实反映材料去除分布特性,可以指导抛光实现确定性加工,JP-01型机械手能够提供MCM加工所需运动形式。     

表面改性非球面碳化硅反射镜的加工

为了获得高质量光学表面的非球面碳化硅(SiC)反射镜,对碳化硅反射镜表面改性技术以及离子束辅助沉积(IBAD)Si改性后的非球面碳化硅反射镜的加工技术进行研究。首先,简要介绍了碳化硅反射镜表面改性技术以及本文所采用的离子束辅助沉积(IBAD)Si的改性方法。然后,通过采用氧化铈、氧化铝以及二氧化硅等各种抛光液对离子束辅助沉积(IBAD)Si的碳化硅样片进行抛光试验。试验结果表明氧化铈抛光液的抛光效率较高,使用二氧化硅抛光液抛光后的样片表面质量最好。最后,在上述实验的基础上,采用计算机控制光学表面成型（CCOS）技术对尺寸为650mm×200mm的表面改性离轴非球面碳化硅(SiC)反射镜进行加工,最终的检测结果表明离轴非球面碳化硅(SiC)反射镜实际使用口径内的面形精度（RMS值）优于λ/50（λ=0.6328μm）,表面粗糙度优于1nm（Rq值）,满足设计技术指标的要求。     

Effect of interfacial friction force on material removal in full aperture continuous polishing process

Full aperture continuous polishing using pitch lap is a key process of finishing large flat optical workpiece. The friction force of the workpiece and pitch lap interface significantly affects material removal. In this work, the friction force was determined by a measurement system that uses force transducers to support the workpiece. Experimental and theoretical analyses have been carried out to investigate the evolution of friction force with polishing time and its effect on material removal. Our results show that the friction coefficient of the workpiece/lap interface decreases during polishing, which is due to surface smoothing of the viscoelastic pitch lap by loading conditioner. In addition, the spatial average and uniformity of material removal rate (removal coefficient) increases with the increase of friction coefficient, which is due to rough lap surface, provides more sharp asperities to charge the polishing particles.     

Engineering and manufacturing of ITER first mirror mock-ups

Most of the ITER optical diagnostics aiming at viewing and monitoring plasma facing components will use in-vessel metallic mirrors. These mirrors will be exposed to a severe plasma environment and lead to an important tradeoff on their design and manufacturing. As a consequence, investigations are carried out on diagnostic mirrors toward the development of optimal and reliable solutions. The goals are to assess the manufacturing feasibility of the mirror coatings, evaluate the manufacturing capability and associated performances for the mirrors cooling and polishing, and finally determine the costs and delivery time of the first prototypes with a diameter of 200 and 500 mm. Three kinds of ITER candidate mock-ups are being designed and manufactured: rhodium films on stainless steel substrate, molybdenum on TZM substrate, and silver films on stainless steel substrate. The status of the project is presented in this paper.     

大型环抛机蜡盘平面度的测量

针对大口径平面光学元件全频谱面形技术指标的高效率、高精度收敛,研究了环形抛光技术。考虑环抛机沥青蜡盘的平面度直接影响工件面形的收敛效率,本文利用准直激光束作为参考,设计研制了测量精度高,重复性精度达到±1μm的大型环抛机抛光蜡盘平面度测量专用装置。分析了环抛过程中蜡盘表面平面度和工件面型PV值之间的变化规律和相关性,根据测量数据得出了蜡盘平面度数据和工件面形的对应关系。实验显示:当平面度和面形曲线相差较大时,工件面形可快速收敛至1λ左右,并由粗抛向精抛工序快速过渡。提出的大型环抛机抛光蜡盘平面度监测装置实现了对湿滑胶体平面的高精度、快速测量,为环抛的确定性抛光工艺提供了重要的技术支持。     

锡磨盘定偏心平面研抛中材料去除模拟

本文使用超精密平面研磨机及锡磨盘进行超光滑表面的抛光研究,平面抛光中,锡磨盘表面的形貌和加工状况直接影响被加工工件的表面平面度。本文基于Ｐｒｅｓｔｏｎ方程,建立了在定偏心抛光条件下,被加工材料的去除模型,。针对锡盘开有同心圆等沟槽的表面加工状况,提出了一种计算材料有效去除的算法,计算了工件的表面去除误差,对抛光后工件表面形貌提出理论预测。