超精密平面飞切机床关键技术研究

研制了一种用于KDP晶体加工的平面飞切机床,该机床直线轴基于直线电动机驱动、液体静压导轨支承;刀具旋转轴采用高刚度气浮主轴+高刚度主轴旋转机构。基于高精度分辨率位置反馈+线性驱动器+PID控制算法,直线轴获得了1 mm/min速度下,0.018 mm/min的低速波动以及±0.01μm的位置精度;刀具微进给装置采用差动螺纹进给来实现,最终获得了进给分辨率1μm、锁紧后位置移动量小于1μm高精度进给。在优化工艺参数后,金刚石飞切机床加工100 mm×100 mm×10mm的KDP晶体后获得表面粗糙度Rq优于2 nm高精度指标;加工400 mm×400 mm×30 mm的铝镜后获得面形PV值优于3μm的高精度指标。     

超精密飞切加工机床刀盘结构分析与优化

飞刀切削是一种重要的超精密加工手段,机床采用大刀盘可以飞切加工大口径平面元件,比之车削方式具有一定优势,但直径变大后,刀盘外侧在旋转时的加速度随之增大,并使刀盘产生变形,影响机床加工精度。文中通过有限元仿真,计算了某型机床上大刀盘在不同转速下的变形关系,以及这种变形对飞切加工表面的影响,并设计实验对仿真结果进行了验证。最终,针对大刀盘变形的影响原因,进行刀盘结构分析与优化,提出刀盘结构的改进方案,可以大幅度抑制刀盘变形,提高机床加工精度。     

DFC-800LC超精密单点金刚石飞切机床控制系统设计与开发

根据超精密单点金刚石飞切机床工艺特点,采用IPC+总线+伺服驱动器架构实现X轴/主轴的运动控制,并通过IPC与西门子PLC的OPC通讯,实现飞切机床逻辑控制及智能状态监测。针对测控系统新架构进行功能梳理,基于Qt5.9开发平台,完成飞切机床人机交互界面的开发。经过长时间工艺实验测试,机床软硬件运行良好,控制系统性能稳定,实现KDP晶体加工粗糙度达1.173nm,大口径铝件加工PV值优于3μm的高精度指标。     

超精密飞切加工表面微波纹分析研究

超精密飞切加工技术被广泛应用于大口径软脆性平面光学元件的加工,并获得了优质的最终表面,但是加工后检测发现其最终表面微观形貌存在沿切削方向的波纹,这些微波纹对于元件的光学性能有不利影响。通过对机床主轴系统进行仿真分析,发现与条纹频率接近的模态,进而改变飞切机床主轴的结构,研究了刀盘结构对飞切加工表面微波纹的影响。并采用小波分解对表面特征进行提取验证。结果表明:主轴结构对表面微波纹的产生有重要影响,改变主轴结构后加工表面微波纹的形成受到大幅抑制,平面光学元件的微观表面质量得到提高。     

机床固定结合面的一种建模方法

根据固定结合面的特点 ,提出了结合面的一种建模方法 ,应用等参单元的概念 ,导出了任意四边形结合面单元下的单元刚度矩阵和阻尼矩阵 ,该建模方法可应用于根据实验数据识别结合面的未知参数 ,及从宏观的角度研究结合面的特性。     

微V槽超精密机床热误差建模的研究

微V槽被广泛应用于光纤连接中,其中心距是决定其性能的关键。热误差是数控1加工中最大的误差源之一。根据微V槽超精密机床的拓扑结构,采用多体系统理论算出影响微V槽中心距加工精度的热误差共有10项,再结合多元线性回归理论对这10项热误差项进行辨识。     

机床工作台模态分析及拓扑优化

立式加工中心工作台作为夹持零部件的机构,其结构的动态特性对零部件的加工精度有着很大的影响。为了解工作台的动态特性,基于ANSYS Workbench平台对工作台建立了有限元模型,进行了计算模态分析,得到其固有频率与振型;同时运用MEscope软件对工作台进行了实验模态分析,结果表明,计算模态与实验模态前6阶固有频率误差均小于5%,在此基础上对其进行以最大频率为目标的拓扑优化,优化后的工作台各阶固有频率比优化前有了较大提升。     

BFPC固定结合面虚拟材料参数识别

为了准确识别玄武岩纤维树脂混凝土(Basalt fiber folymer concrete,BFPC)固定结合面虚拟材料参数,基于两自由度弹簧-阻尼动力学模型建立了BFPC固定结合面动态模型,在此基础上辅以实验测试方法确定了9组不同表面粗糙度和结合面压下的BFPC结合面动态特性参数.基于横观各向同性、赫兹接触理论和分...     

TJK6916机床结合面参数优化识别

受企业委托开发的TJK6916落地式数控镗铣床,主要由床身、滑座、立柱和主轴箱等部件组成,大量研究表明各结合面的刚度和阻尼占机床的总刚度和总阻尼的比例很高。文中,首先通过对TJK6916数控落地镗铣床样机进行模态试验,获得机床各主要结合部的模态参数;再利用有限元参数优化识别方法识别出各结合部的刚度和阻尼参数,并利用COMBIN14单元模拟已识别出的结合部刚度和阻尼参数建立TJK6916整机有限元模型。这一研究成果为该型机床有限元分析及优化设计提供了一定的理论依据。     

基于结合面的龙门五面加工中心虚拟建模及静刚度研究

静刚度是机床性能的重要指标,有必要在设计阶段对其进行预估。针对正在设计中的Linear MC6000型龙门五面加工中心机床,在CAD软件UGNX2.0环境中建立了其各部件及整机的三维实体模型。在有限元分析软件ABAQUS6.51环境中,用弹簧单元来模拟滑块与直线导轨的接触刚度,建立了机床的有限元模型,并对其静刚度进行了分析。     

碲锌镉晶片的超精密飞切减薄工艺研究

运用晶体材料的脆塑转变理论,建立了碲锌镉晶体材料生长晶面(111)面上的脆塑转变临界切削深度模型。然后通过碲锌镉典型样件(111)晶面的超精密飞切铣削实验进行了弧形槽结构的检测和分析,获得了碲锌镉晶体材料(111)晶面的脆塑转变临界切削深度数值。并确定了切削单晶碲锌镉材料时的最佳飞切晶向,实现了飞切方向和最小切削厚度值的匹配。最后通过组合夹具的使用,进行了超精密飞切减薄试验,实现了一整套晶体材料的超精密飞切减薄加工工艺。     

超精密五轴机床的几何误差建模和灵敏度分析

基于设计出超精密机床的目的,研究了机床的几何误差建模和误差的灵敏度分析。基于刚体运动学和齐次变换矩阵(Homogeneous Transformation Matrix,HTM)建立了RTTTR配置的超精密五轴机床的几何误差模型,模型涉及37个误差分量。分别对37个误差分量进行了几何误差的灵敏度分析,分析结果将应用于超精密五轴机床的设计与制造上。     

超精密径向调刀飞刀盘研制及弧形微结构的飞切实验

采用超精密飞切技术实现的脆性光学晶体材料表面的微结构功能具有重要应用。针对超精密车削机床缺乏竖直Y轴的问题,开发了一种铝制径向调刀飞刀盘,从而可以保证飞切槽形时对槽深的控制。采用差动螺旋进给机构在传统飞刀盘盘面径向设计了金刚石刀具的微调进给装置,并设计了动平衡的粗、精调功能。通过对单晶锗片表面的超精密飞切弧形槽微结构阵列的加工实验表明,该飞刀盘既可以有效相对工件表面进行对刀,也可以精确控制落刀深度;通过合理确定落刀深度,可以实现脆性晶体材料单晶锗表面弧形槽微结构的塑性区超精密飞切加工。     

固定结合面切向接触刚度通用性建模方法

为准确反映固定结合面的动态特性,将结合面简化为一个粗糙表面与一个刚性平面的接触问题,并假设接触区附近的两接触体为弹性半空间,利用分形理论建立具有通用性的结合面切向接触刚度模型。该模型通过数值分析表明:无论是同种材料还是异种材料,结合面切向接触刚度随法向力的增加而增加;当分形维数1D1.5时,结合面切向接触刚度与法向力具有较明显的非线性关系;当1.5≤D2时,两者为近似线性关系;当1D≤1.7时,结合面切向接触刚度随着分形维数的增加而增加;当1.7D2时,随着分形维数的增加,结合面切向接触刚度随之减小;当分形维数一定(1D2)时,结合面切向接触刚度随着分形粗糙度的降低而增加。     

机床导轨结合面动刚度参数修正优化

目前,有限元方法已经广泛应用于机床分析及优化设计之中,有限元模型的准确性会对静动态分析产生巨大的影响,模态试验测试方法可以用于检验并修正模型。以某数控雕铣机为分析对象,将模态试验与有限元计算相结合,基于模态试验的动态参数测试结果,利用ANSYS Workbench有限元分析软件进行多目标优化设计,修正导轨结合面刚度参数,使矫正后的有限元模型更为准确地描述机床的动态特性。     

超精密飞切二维转鼓用伺服分度装置的研制

针对光学应用领域中二维转鼓的超精密飞切装卡与自动定位需求,设计开发了一套二维转台伺服分度装置。其中二维转台采用方位轴和横滚轴相结合的运动方式来实现二维转鼓超精密飞切时的精密分度调控,然后开发了伺服控制系统并采用一种特殊结构形式的锁紧方式来实现单轴位置分辨率小于2″、重复定位精度小于5″的精确锁紧定位,最后通过连接夹具和胶接工艺的采用综合实现二维转鼓超精密飞切加工负载及精度需要。基于电子经纬仪和超精密机床配套电子拷表对该伺服分度装置进行了测试和分析,表明该装置可以应用于二维转鼓的超精密飞切加工。     

KDP晶体精密机床静动态特性及实验模态分析

为保证KDP晶体加工中表面粗糙度、表面波纹度和透射波前三项技术指标,需解决KDP晶体单点金刚石飞刀切削超精密机床加工稳定性和精度差的问题。通过ANSYS Workbench软件对机床进行静态分析,利用有限元模态分析得到机床整机的变形云图和振型云图,并分析了机床结构的固有频率与振型之间的关系。结果表明,主轴箱为机床的薄弱环节,需改变主轴箱内部筋板结构及提高导轨结合面的接触刚度。基于LMS SCADAS进行的机床整机实验模态分析结果与有限元分析之间的最大误差为10.75Hz,验证了有限元分析结果的正确性,并为下一步机床的优化设计奠定了基础。     

现代超精密加工机床的发展及对策

随着现代科技的发展应用,对零件的加工精度要求也从微米级提升到亚微米级、纳米级。超精密加工技术是实现这一目标的重要途径,其发展程度体现了一个国家制造技术的发展水平。超精密加工方法主要有传统的切削、磨削加工方法,还有利用声、光、电等能源对料进行加工和处理的方法,以及综合了多种加工方法的复合加工方法,目前,占主要地位的仍是传统的加工万法。     

机床结合面静态基础特性参数的建模及其应用

首次提出了机床结合面静态基础特性参数的统一建模方法－人工神经网络建模，并就机床结合面静态基础特性参数的应用技术进行了研究。     

螺栓结合面的建模方法及模态分析

根据对结合面的处理方法的不同,采用了有限元分析软件ANSYS建立了不同的螺栓结合面的有限元模型。在不同的螺栓预紧力情况下,对各个模型的进行了模态分析,得到了固有频率。通过分析数据结果,总结了不同的结合面建模方式对系统的模态分析的影响。