浅谈非球面光学零件的超精密加工技术

对国内外非球面光学零件的超精密加工技术、设备以及发展状况进行了分析和总结,指出了我国与国外先进水平的差距,并对我国非球面超精密加工技术的发展提出了建议。     

非球面曲面超精密加工机床研制成功

2003年5月的一天,一块亮如镜面的铝材凸球面车削样件被小心翼翼地从非球面曲面超精加工机床卸下,送入国家级光学计量检验中心检验。检验结果为:车削加工样件的面形精度PV=0.228μm,表面粗糙度Ra=0.0078μm,这意味着表面粗糙度仅有不到8nm。这是三○三所研制的非球面曲面超精密加工机床在用户西安应用光学研究所进行交付验收时的一个场景。非球面曲面超精密加工机床的成功研制,表明三○三所超精密加工技术国防科技重点实验室比较全面地攻克了非球面曲面光学零件的超精密加工与测量的关键技术,打破了国外的技术封锁,使我国的非球面曲面光学…     

超精密加工技术在非球面加工中的应用

介绍超精密加工技术在非球面加工中的应用及产生的经济效益。     

非球面曲面的超精密加工与测量技术的研究

全面介绍了“九五”重点预研课题——“非球面曲面的超精密加工与测量技术”的研究内容及其成果。其主要研究内容有：非球面曲面的超精密加工系统的研究、非球面曲面的超精密加工工艺的研究、非球面曲面的超精密测量技术的研究。其主要研究成果有：高精度、高刚性高速空气静压主轴技术,高精度、高刚性闭式液体静压导轨技术,超精密车削系统,超精密磨削系统,高性能、开放式数控系统基础集成技术等其它相关技术。     

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。     

非球面超精密加工机床的发展状况

超精密加工设备和技术是先进光学制造技术的基础和关键，也是衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志。文中介绍了国内外超精密非球面加工机床的发展状况、应用背景及其关键技术指标。     

非球面超精密抛光技术研究现状

非球面应用范围的拓展以及应用精度要求的不断提高对非球面元件的尺寸精度与表面质量提出了更高要求;作为终加工手段,非球面超精密抛光技术也越来越受到世界各国的重视。掌握非球面超精密抛光过程中的材料去除机理以及由此导致的亚表面损伤等特性对提高非球面抛光的精度与效率十分重要。对非球面抛光技术的发展进行回顾,并根据非球面超精密抛光技术的发展脉络,阐述当前主要非球面超精密抛光技术的加工原理及加工实例,随后从亚表面损伤、边缘效应等方面对几种非球面超精密抛光技术进行比较,并以提高抛光精度与效率为目标,对非球面超精密抛光技术的发展趋势进行预测。     

超精密非球面镜面计算机辅助设计与应用

非球面镜面加工技术的研究已经成为先进制造技术的核心问题之一,相关的超精密装备制造关键技术除了机床本体,最重要的是系统控制软件及应用软件的开发,这是制约自主产权的超精密加工装备技术发展的瓶颈问题之一。结合作者在日本从事NEDO项目合作的实际经验,深入细致地阐述了超精密非球面镜面计算机辅助设计(CAD)系统的算法原理、系统结构及系统实现,并通过实际的光学镜面设计实例,介绍SGT-CAM软件系统具体开发及应用,为超精密非球面镜面的计算机辅助加工打下了基础。该系统已经成功地应用于自行开发的小型超精密镜面加工机SGT100上,形状误差小于100纳米,表面粗糙度小于5纳米,得到有关专家的充分肯定。     

Ultraprecision laser-assisted diamond machining of single crystal Ge

In this paper we present an experimental study on ultraprecision machining (UPM) of single crystal Ge using the μ-LAM process. The material is oriented with the cutting plane normal to the <111> direction. It is shown that increased hydrostatic pressures on the surface during cutting by increasing the tool radius and negative rake angle can aid in enhancing ductile material removal from the surface. It is shown that the cutting performance can be increased by approximately 400% using the optimal tool geometry. It is also shown that the optimal tooling geometry with a steep negative rake angle, i.e. −65°, is capable of producing repeatable surface form and finish over long cutting distances. Finally, it will be shown that the laser beam used for μ-LAM, with the right amount of power, produces surfaces that are under less post machining residual stresses.     

分子动力学仿真技术在超精密加工领域中的应用

分子动力学仿真在超精密及微细加工中的作用已显示出良好的前景，较系统描述了分子动力学中采用的势函，仿真过程中的切屑形成、切削力、切削温度及表面质量，仿真算法与边界条件等内容；并结合实际分析了仿真图形的物理意义。最后给出了存在的问题和改进措施。     

Ultraprecision machining of polymers

The single-point diamond machining of several polymeric materials has been investigated. The final surface structure and roughness of the workpiece is determined by well-established fundamentals of polymer mechanics. Material is removed via ductile, brittle, or transitional mechanisms that depend on polymer properties such as glass transition temperature, relaxation time, degree of crosslinking, and viscosity. For some materials, the mechanism could be changed from ductile to brittle with a change of operating and tool parameters. In brittle materials, the surface roughness is largely controlled by the rake face angle of the diamond. For ductile workpieces, the melt viscosity of the polymer is important. Crosslinked materials are restricted from ductile behavior by the presence of chemical bonds. As a result, material removal occurs by rupture or an extreme fracture process. With an understanding of polymer behavior, suitability of new materials for single-point diamond machining can be assessed. The change of successful processing within the operating range of the tool can be determined with a minimum number of trial and error experiments.     

光学非球面离子束加工模型及误差控制

摘要：通过对离子束加工系统的分析,给出了加工非球面光学元件的离子源子系统运动模型公式,并将驻留时间求解的反卷积过程转化为求解线性矩阵方程模型,便于进一步优化求解;对加工过程中不可避免的离子源定位误差过程进行了分析,指出其对最终面形精度的影响可归结为一个系数因子的控制上,并提出了综合考虑离子束材料去除函数和定位误差的方法来控制系数因子,降低对定位系统的苛刻精度要求,保证过程稳定的同时降低设备成本。     

机械加工的超精密化和加工机械的微型化

论述精密加工技术的两个主要研究方向,即机械加工的超精密化和加工机械的微型化的技术现状和发展方向,并介绍国外超精密加工的新方法和加工机械微型化的新技术。     

超精密车削表面微观形貌的几何建模与仿真研究

在综合考虑刀具几何参数，刀具振动和最小切削厚度等因素对已加工表面形貌影响的前提下编写了表面微观形貌的仿真程序，在仿真时把一个随机振动信号成功地叠加在理论表面粗糙度中。提出一种建立圆弧刃金刚石车刀超精密车削表面粗糙度模型的新方法。结果表明，仿真得到的表面微观形貌，能够比较正确地反映出超精密加工将要获得的表面轮廓。     

微晶玻璃超精密磨削技术研究

分析实现微晶玻璃超精密磨削的技术条件和在线电解修整超精密磨削机理,并采用铸铁基金刚石砂轮结合在线电解的磨削方法对微晶玻璃进行了精密磨削,获得Ｒａ为２．３０８ｎｍ的超光滑表面。     

光学表面超精密加工技术

介绍了国内外光学器件超精密加工的各种先进方法 ,重点阐述了磁流变抛光技术及其抛光机理和关键技术。并对光学超精密加工技术的发展进行了展望     

微机器人技术在超精密加工中的应用研究

文中阐述了超精密加工技术的发展现状及实现方法，通过介绍微机器人技术在超精密加工中的具体应用，论证了微机器人技术在超精密加工及精密工程中的应用价值。     

铝复合材料超精密加工表面微观分析

用聚晶金刚石PCD刀具对SiC晶须增强铝复合材料SiCw／2024进行了精密超精密切削试验，并用原子力显微镜和电子探针扫描显微镜进行了检测分析，结果证明，SiCw／2024铝复合材料加工表面粗糙度值达到超精密级的最大障碍在于SiC晶须拔出或压入型的破坏方式，而直接剪断的破坏方式则几乎无影响；SiCw／2024超精密加工表面会产生很薄的加工变质层。