小口径非球面的超精密车削和抛光组合加工

针对目前小口径非球面零件在超精密加工中存在的加工效率和加工精度等问题,分析了现今小口径非球面超精密加工方法及其特点,提出了一种超精密金刚石车削和斜轴磁流变抛光超精密组合加工方法．其中小口径非球面斜轴磁流变抛光方法的特点是抛光主轴采用倾斜安装,并且抛光头由外部旋转抛光体和内部励磁装置两部分构成．通过开发新型的小口径非球面超精密复合加工装备,对小口径单晶硅非球面进行了超精密组合加工实验．实验结果表明工件的表面粗糙度R。由车削后的9．1nm下降到抛光后的3．2mm,证明了该组合加工工艺是提高小口径非球面加工效率和精度的一种有效加工方法．     

大尺寸反射镜高精度光学镜面Ni-P过渡层的制备方法

为了解决高精度光学系统中铝合金、铍反射镜易钝化、难加工的问题,采用自催化镍-磷合金作为过渡层后进行抛光的方法得到了高精度光学镜面．采用该方法所得到的镍-磷合金过渡层厚度为85gm,磷质量分数为11．88％,镀层显微硬度为730MPa镍-磷合金过渡层与反射镜结合牢固、耐蚀性较好,可通过±200℃热震试验及96h中性盐雾试验检测,适用于进行古典法抛光．经抛光后反射镜面形精度均方根值（RMS）为0．049λ（面形检测波长λ为0．6328μm）,表面疵病等级为Ⅳ级,能够满足光学系统的要求．     

基于变间距螺旋线的计算机控制抛光轨迹规划

目的 改善抛光轨迹以获得更好的加工精度。方法 分析计算机控制抛光中常使用的阿基米德螺旋线轨迹,发现使用该方法加工回转曲面时,由于投影行距变化,导致轨迹间去除区域的接触情况变化较大,将影响抛光后的表面质量。为此引入面积重叠率这一概念,以量化分析去除区域的接触面积变化情况,同时提出一种变间距的螺旋线轨迹规划方法,该方法可确保加工轨迹产生的去除区域均匀一致。结果 分别采用2种螺旋线轨迹规划方法对同一初始表面（面形误差为峰谷值Epv=9.04 µm,均方根值Erms=0.6228 µm）进行仿真加工,采用变间距螺旋线所得抛光后面形误差为Epv=2.15 µm,Erms=0.018 µm,而采用阿基米德螺旋线所得抛光后面形误差为Epv=3.47 µm,Erms=0.036 µm。结论 仿真结果表明,采用变间距螺旋线轨迹抛光后的表面质量相比阿基米德螺旋线轨迹有较大的提高。     

用于超光滑表面加工的常压低温等离子体抛光系统设计

介绍了一种新型超光滑表面加工方法及其系统的设计．该方法主要基于低温等离子体化学作用,通过活性反应原子与工件表面原子间的化学反应实现原子级的材料去除,避免了表层和亚表层损伤．该常压低温等离子体抛光系统首次引入了电容耦合式射频等离子体炬,并根据装置的实际特性进行了良好的阻抗匹配．原子发射光谱分析结果表明,该系统实现了稳定的大气压等离子体放电,并有效地激发出高密度的活性反应原子．针对单晶硅片的加工试验结果,也证明了该系统可高效稳定地工作,并实现了约1．46mm^3/min的材料去除速率和0．6nm（Ra）的表面粗糙度．     

超声振动辅助固结磨粒抛光硅片表面形貌及粗糙度研究

高面型精度和高表面质量的硅片表面加工是目前研究的难点和热点问题之一,基于超声加工所具有的加工效率和加工表面质量高的特性,以及固结磨粒的加工质量易控制和对环境污染小的特点,开展超声椭圆振动辅助固结磨粒抛光硅片的材料去除、抛光表面面型精度及粗糙度的加工机理及实验研究。研究认为抛光工具运动轨迹是影响上述问题的主要因素,为此在对抛光实验系统描述基础上,分析并建立了抛光工具运动轨迹及轨迹密度模型,进而完成硅片材料去除,抛光表面形貌和表面粗糙度的建模仿真。开展相应的实验研究,发现理论分析与实验的结果相一致,基于抛光工具运动轨迹建模的可行性。该研究方法和得出结论为今后开展固结磨粒抛光硅片表面实验的工艺参数的选择和优化,提供了可供借鉴的研究成果,为实际生产提供了可供参考的理论依据。     

磁流变抛光高精度光学表面中的工艺参数

对磁流变抛光进行高精度光学表面加工中必须考虑和控制的7类参数,即磁流变液黏度、磁场强度、磁流变液流量、抛光轮转速、锻带厚度、切深以及抛光斑点特性进行分析和优化,得出单因素条件下材料的去除量总是同这7类参数的变化存在一定的内在联系．在分析和优化磁流变抛光过程中这些参数的基础上,采用自研的KDMRF-1000机床对一块K4材料口径100mm的平面镜进行了抛光加工实验．经过两次循环大约200min的抛光后．面形误差值由最初的峰谷值（PV）为262nm,均方根值（RMS）为49nm收敛到最终的PV为55nm,RMS为5．7nm实验中面形误差的收敛表明：只要掌握了磁流变抛光过程中的这7种参数的变化规律,就能充分利用磁流变抛光技术,为高精度光学表面的加工提供可靠的保障．     

一种新的气囊式抛光方法的研究

针对气囊式小磨头抛光方法的缺陷,提出了一种新的气囊式抛光方法。本文对该气囊式抛光法的原理和抛光气囊的结构、运动方式等进行了阐述。在此基础上,结合装置开展了实验,给出了去除量、压力、粗糙度与时间的关系。研究结果表明,利用该气囊式抛光方法对非球面光学零件进行抛光,效果良好,表面粗糙度可达2nm,该方法能满足中高等精度的加工要求;该方法适合平面、球面、非球面、甚至任意曲面的抛光。     

Ni-Ti形状记忆合金电化学抛光工艺研究

为提高Ni-Ti形状记忆合金的表面质量,以Ti50.8Ni(原子分数,%)为基材进行纳米级电化学抛光加工试验。基于自行研制的电化学抛光加工系统及抛光液,通过正交试验和单因素试验,分析了电流密度、抛光时间、抛光温度、电极间距等因素对电化学抛光的影响程度及影响机理。采用Micro XAM-100白光干涉仪对抛光试样进行检测。结果表明:最佳抛光工艺为电流密度J=1.0 A/cm2、电极间距d=15 mm、抛光时间t=140 s、抛光温度θ=15℃。在最佳工艺参数下抛光质量良好,试件表面粗糙度值显著降低至27.8 nm,表面平整均匀、光亮如镜。     

磁流变抛光光学曲面的两级插补算法

根据磁流变抛光的加工特点,本文提出一种加工光学曲面的粗、精两级插补算法。粗插补算法控制工件的面形,精插补算法采用PVT模式,可实现对磁流变抛光光学曲面复杂过程的控制。仿真结果表明,采用该插补算法加工R41.3mm、口径20mm的球面工件,插补误差小于0.45nm,磁流变抛光该尺寸的K9光学玻璃,获得PV57.911nm的面形精度。     

微射流抛光机理仿真及实验研究

为实现193 nm投影物镜光学元件的超光滑加工,介绍了一种非接触式微射流超光滑表面加工方法,对该方法的材料去除特性和超光滑加工效果进行研究.首先,采用计算流体动力学理论对其材料去除机理进行了仿真研究,通过对微射流流场的压力、速度和表面剪切力的分析得到其去除函数形状与表面剪切力的分布相反,呈现W型.随后,采用正交法对各工艺参数对抛光效果的影响进行了综合分析,结果表明材料去除效率随入射速度和磨料浓度的增大而增大,随工作距离增大而减小,并且工作距离具有显著影响,为实验研究中工艺参数的选取提供了指导意义.最后,在自研的微射流抛光机床上对一平面熔石英进行了抛光实验,加工样件表面粗糙度均方根值由初始的1.02 nm降为0.56 nm.实验结果表明,微射流抛光技术可以用于光学元件的超光滑加工.     

多轴微细铣削机床的精度设计方法研究

高精度机床是实现微细加工的基础,目前对其设计主要还是依赖于经验或直观地根据加工精度要求来选取各个运动轴的精度,不能满足多轴微细铣削机床设计的需要. 以精度分析与精度分配为主要内容的精度设计方法,针对一种新型桌面五轴联动微细铣削机床,构建主要包括各运动轴定位精度的运动误差模型,求解各运动轴精度对末端精度的影响分布趋势,完成精度分析. 基于末端运动精度要求和关键设计参数,合理设置直线轴与旋转轴的精度要求,在工作空间内分别对B轴和C轴依次进行精度求解,实现各运动轴的运动精度优化与分配, 指导设计时科学地对各运动轴零部件进行选型.此设计方法对于多轴联动的中大型机床设计也具有一定的推广价值．     

采用疏水材料侧壁绝缘电极的微细电解加工实验

微细电解加工中工具电极和工件之间的加工间隙是影响加工效果的核心因素.工具电极侧壁施加绝缘膜的工艺方法,可显著改变侧面加工间隙内的电场分布,提高加工精度,同时保持原有的加工效率,有着良好的应用前景.本文基于仿真方法,分析了绝缘膜对端面加工间隙和侧面加工间隙的影响规律,研究了绝缘膜疏水性质对电解加工中产生的氢气泡运动的吸附作用对微细电解加工的影响.在直径为数十到数百微米的钨丝侧壁制备出可用于微细电解加工的几微米厚的硅胶疏水材料侧壁绝缘薄膜.在硝酸钠电解液中,实现了不锈钢材料上将微气泡附着于电极前端与绝缘膜结合处、保护绝缘膜和约束杂散腐蚀的微细电解端面分层扫描加工效果.     

空气介质微细电火花沉积加工微结构机理

对微细电火花沉积加工中沉积所得不同微细结构的成形机理进行了研究．在电火花成形机床上，通过合理选择工艺参数，用黄铜电极在高速钢工件表面稳定沉积出外径约0．20mm、线径约0．09mm的微螺旋结构和直径约0．20mm微圆柱体．通过有限元法对工具电极放电点的瞬态温度场进行了模拟，分析结果表明，不同的放电能量密度影响材料的蚀除形式，继而影响蚀除电极材料在放电通道中的运动，最终影响微细结构的成形过程．对沉积材料微观组织结构分析表明，沉积材料与基体结合层为冶金结合方式，结合紧密，并由于凝固过程极大的冷却速率，使沉积材料在凝固过程中发生了晶粒细化现象．     

基于振源识别的高速微铣削机床状态研究

对介观尺度下三向正交的高速微铣削力混合信号提出一种有效的分离算法,从而获得高速微铣削力的真实信号及机床振动信号并基于此对机床状态进行分析。算法首先以信息量为处理标准将观测信号初步分离,再将分离得到的各分量信号作为行向量构造矩阵,最后对该矩阵进行以高斯性最大为度量的分离,逐一得到各激励源信号,并对其快速傅里叶变换得到频谱,结合机床结构及介观尺度下高速微铣削加工特点,识别微铣削力信号及机床状态信息。实验结果分析表明：该方法可成功对介观尺度下高速微铣削加工中主要激励源和机床状态进行有效识别。     

小孔径斜孔钻床微机控制系统研究与开发

本文主要论述采用微型计算机控制．应用快速控制方式．实现数字触发小容量速度闭环直流控制主轴．数控优化切削用量和分度．成功地解决了高精度小孔径斜孔钻床加工合金的问题，并明显地提高了加工质量和自动化程度．取得了较好的经济效益。     

阴极侧壁绝缘对微孔电化学加工精度的影响

在微孔电化学加工中,阴极侧壁区域的工件阳极溶解极易导致加工锥度的产生.为了提高阳极溶解的定域性,采用阴极侧壁绝缘电极进行微孔电化学加工的实验研究.采用直径80～100μm的侧壁绝缘阴极,在0.5mm厚度的不锈钢板（1Cr18Ni9Ti）上加工出一系列微孔.结果表明,阴极侧壁绝缘可以很好地减少加工锥度,从而提高微孔电化学加工精度.此外,减小脉冲宽度及加工电流密度、降低电解液浓度也有益于加工精度的改善.     

基于不同加工工艺的微小型结构件边缘识别

针对不同加工工艺微小型结构件的不同边缘特征,提出了一种基于工艺匹配思想的微小型结构件边缘识别算法．该算法通过计算有效平均梯度,提取不同加工工艺微小型结构件的边缘过渡区,建立边缘过渡区的多项式回归模型,求导确定边缘点精确位置．通过对4种常用微细加工工艺建模分析可以看出,加工工艺对微小型结构件边缘区域影响较大,边缘精确识别时应加入工艺匹配的思想．该算法考虑了实际加工工艺的影响,算法上加入统计学方法,通过建立过渡区数学模型,使边缘检测结果达到亚像素级．     

微细槽的电化学铣削加工

为了研究不锈钢微细槽的电化学铣削加工技术,使用微细的、旋转的圆柱电极作为电化学加工的阴极,采用脉冲电压电化学加工技术用类似铣削加工的方法加工微细槽.研究了脉冲宽度对电极和微细槽侧面加工间隙的影响,并对微细槽铣削加工过程中的电场和流场进行了分析.在相同的电压幅值和平均电压条件下,脉冲宽度越大,侧面加工间隙越大.电场和流场分析表明,微细槽的侧面加工间隙和侧面倾斜度随着脉冲宽度的减小以及进给速度的增加而减小.当脉冲宽度小于工件表面双电层充电时间常数时,采用钝化电解液能够减小电化学杂散腐蚀和微细槽的侧面倾斜度.当脉冲宽度为0.4μs、进给速度为24μm/min时,微细槽的侧面倾斜度很小,侧面加工间隙达到10μm.实验结果表明,采用超短脉冲电化学铣削加工方法和合适的电解液,能够提高微细槽的加工精度.     

微细电化学加工技术

开展了微细电化学加工技术的试验研究工作,内容包括微细电铸和微细电解加工．讨论了微细电化学加工的工艺特点和主要技术步骤．针对若干典型微结构,提出了相应的微细电化学加工方法和技术方案,采取了纳秒脉宽脉冲电流、电化学微铣削等手段,结合若干实例进行了加工试验,例如：微缝电解加工、微轴电解加工、微针尖电解加工及微齿轮模具模芯电铸成型等,获得了很好的试验结果．提出的加工方法在金属零件微制造方面有着重要的应用前景．     

微细超声工作台的设计与微振幅测量

微细超声工作台是微细超声加工机床与微细超声振动辅助加工机床的关键零部件,其振幅值直接影响加工精度与加工效率。传统的振幅测量方法很难准确的测出微细超声工作台的微振幅。基于精密微三维运动平台的高分辨率,提出了一种恒力控制的微振幅测量方法,成功的测量出能精确到0.1微米的微振幅。本文首先对微细超声工作台中的微细超声振动系统进行了理论设计,然后采用基于恒力控制的超声振幅测量方法,对不同功率作用下的微细超声振动系统的振幅值进行了测量。