光学非球面超精密切削的在位测量及补偿加工

开发一种采用接触式测头与电容式位移传感器相结合的在位测量装置及非球面测量与补偿加工软件,进行C3604黄铜球面及非球面的单点金刚石超精密切削加工,并开展在位测量及补偿加工试验。补偿加工后,经在位测量系统测量,球面面形精度PV达到231.4 nm,非球面面形精度PV达到206.3 nm;与离线测量结果比对,结果分别相差3.0 nm和7.0 nm,验证了在位测量系统测量的精确性和补偿加工的有效性。     

超精密飞刀铣削主轴位姿影响分析及实验研究

针对超精密飞刀平面铣削中主轴空间位姿倾斜量对工件平面度的影响问题,建立了主轴空间位姿与工件平面度的对应数学模型,由仿真结果可以确定工件平面度与主轴空间位姿的定量关系。根据工件平面度对应的主轴空间位姿精度,提出了主轴空间位姿精确快速测量和调整方法。采用直径为50 mm的Al6160工件进行了实验,在完成主轴位姿测量和调整后,工件平面度由2.28μm提高到了0.86μm。实验结果表明:在空间主轴位姿数学模型基础上,通过在位测量方法定量确定位姿误差,可有效提高加工精度,将工件面形提高到亚微米级水平。     

一种超高速金刚石膜抛光机虚拟样机及其动力学仿真分析

基于金刚石膜的超高速抛光原理,设计了结构简单、节约能源、成本低的新型金刚石膜抛光机,用Solidworks软件完成了该抛光机的三维实体建模,并将该三维实体模型导入动力学分析软件ADAMS中,建立该抛光机的虚拟样机模型。仿真结果表明,工件跳动量的大小将直接影响工件的抛光质量及抛光的稳定性。利用虚拟样机模型分析了抛光盘转速、偏心量及不平整度对工件跳动量的动力学影响。该仿真结果为抛光机的加工及装配精度提供重要依据。     

用于超精密抛光机床的Spline+GLS定位误差补偿模型北大核心

针对三次样条插值定位误差补偿模型难达到超精密抛光机床大行程轴(1470 mm)的定位误差补偿精度要求问题,提出Spline+GLS定位误差补偿模型。首先,使用XL-80激光干涉仪测量超精密抛光机床直线电机轴的定位误差,建立三次样条插值定位误差补偿模型进行初补偿;然后,对补偿后的定位误差再次测量并建立最小二乘拟合定位误差补偿模型;最后,将两种定位误差补偿模型相连构成Spline+GLS定位误差补偿模型。在超精密抛光机床上进行补偿实验,结果表明,Spline+GLS定位误差补偿模型补偿后的最大定位偏差值较三次样条插值定位误差补偿模型下降约61.62%,且定位误差由86.12μm降低到0.5μm,满足超精密抛光机床的定位精度需求。     

新型晶体平面精密研磨抛光机的设计

针对现有抛光机不能纠正晶片厚度偏斜和晶片研磨厚度无法自动控制问题,设计了一种新型抛光机,该设备主要由抛光盘及其驱动装置和工件的固定调节装置部分组成,通过控制载套的上部凸缘与载套座的上表面的距离可以控制研磨晶片的厚度,通过更换砝码有效地控制研磨压力,通过载套与滚针轴承的配合有效地控制晶片的平行度,防止样品磨偏。该设备还可以用于陶瓷,金属,玻璃等材料的研磨抛光。     

磁流变抛光光学表面加工面形控制技术研究

磁流变抛光是一种新型超精密光学表面加工方法。由于其抛光过程可控,磁流变抛光过程可以有效去除表面及亚表面破坏层,提高表面质量,修正元器件表面面形误差。抛光过程容易实现计算机数控,通过数控过程的合理设计,磁流变抛光过程可以有效地对球面及非球表面进行抛光加工。研究了实现面形修正的驻留时间算法,并对光学球面器件进行了试验加工,抛光后其表面面形误差2点峰谷值从0.17μm降低到0.07μm。     

偏置量对固结磨料小工具头抛光面形收敛效率的影响

目的 解决自由曲面磨抛面形收敛困难的问题,提高抛光小工具头的抛光效率.方法 提出一种偏置式固结磨料小工具头,基于固结磨料小工具头的结构特征参数,建立抛光小工具头的去除函数理论模型,并进行仿真分析,应用定点抛光法建立抛光小工具头去除函数实验模型,并验证抛光小工具头理论去除函数合理性,基于CCOS技术原理建立工件表面定量去除模型,通过虚拟加工实验探索偏置量对固结磨料小工具头抛光钛合金后的面形收敛效率的影响.结果 归一化理论去除函数曲线与实验曲线吻合度较高,定点抛光去除函数仿真模型能够很好地预测定点抛光斑的去除轮廓形状.抛光小工具头抛光钛合金的面形误差随偏置量增加,呈现先减小、后增大的趋势,无偏置的抛光小工具头抛光后,面形数据均方根(RMS)收敛效率为54.56％,波峰值与谷峰值之差(PV)的收敛效率为60.21％,当抛光小工具头偏置量为1.5 mm时,抛光后的RMS收敛效率达到最高,为73.83％,PV收敛效率为69.68％.结论 固结磨料小工具头去除函数理论模型可指导确定性材料去除,偏置量为1.5 mm时的抛光小工具头具有最强的修正误差能力,可以显著提高固结磨料小工具头抛光工艺的面形收敛效率.     

磁流变抛光机床防碰撞控制策略与方法

研究磁流变抛光机床防碰撞控制策略与方法,是确保磁流变确定性抛光质量与效率、实现抛光工艺过程高安全可靠性的重要途径。针对磁流变抛光机床结构与磁流变抛光工艺的特殊性,系统研究了碰撞的原因及对策,提出了基准可靠传递与校核、软硬结合防护、分级授权和全流程自动控制相结合的系统防碰撞控制策略,提出并设计了基于激光测距的法向轮廓在位测量单元真实预验证抛光效果,设计了坐标基准自动校核模块、自动对刀测量单元及机床异常状态安全回退模块等碰撞预防、预知及主动应急处理安全功能,实验验证了文章提出的防碰撞控制技术的有效性,实现磁流变抛光自动化、具备适度智能化。该技术在中国工程物理研究院研制的系列磁流变抛光机床上得以验证与工程应用。     

精密外圆磨削圆柱度在位测量与补偿工艺

圆柱度是评价轴类零件加工精度的重要指标,通过对精密轴类零件外圆磨削过程中圆柱度误差产生机制的研究,获得适用于精密外圆磨削的圆柱度误差在位测量工艺,并实现可视化定量在位补偿,大大提高了传统外圆磨削的精度和效率,减轻了对操作者经验的依赖程度。     

光栅尺测量精度误差补偿系统研究

文章主要研究影响光栅尺测量精度的因素,探索提高测量精度的途径。通过研究影响光栅尺测量精度的因素分析了其静态误差模型;然后,通过设计可调的光栅尺误差检测平台并结合优化的测量方案对各个测量点进行了大量的误差检测,并分析了各个测量点测量误差的统计特性,再对检测结果进行正态分布检验,获得了较为准确真实的光栅尺测量误差曲线,验证了其静态误差模型;最终在光栅尺数显系统分别采用全程线性补偿及分段线性补偿方法对光栅尺测量误差进行修正。实验结果经第三方计量机构检测表明:经一次全程线性补偿后,在直线光栅尺90mm测量长度内,测量精度由0~19.42μm提高到-3.26~1.32μm,经二次分段线性补偿后,测量精度提高到-1.453~0.9332μm。     

大口径方形非球面镜的高效磨削技术研究

本文基于X/Y/Z三直线轴平面磨床,研究了圆弧砂轮应用于大口径方形非球面镜的平行磨削新技术,介绍了圆弧砂轮平行磨削的机理、重点解决了砂轮形状误差在线检测、元件面形误差在线检测与误差补偿等关键技术问题.以430 mm×430 mm非球面镜为样件,进行了多轮高效精密磨削工艺实验,面形精度PV均值为4.2μm,表面粗糙度约0...     

磁流变抛光非球柱面镜的新工艺

高精密的柱面镜光学元件,不但要求其具有极低的表面粗糙度、无表面/亚表面损伤和低的残余应力等,而且需要保证其柱面母线的平行度与垂直度。通过分析传统磨研抛技术和计算机控制的光学表面成型技术(CCOS) 2种技术对柱面镜加工后的表面粗糙度、面形精度和母线误差的影响,归纳2种加工方法的优缺点,针对现有加工方法存在的低效率、高粗糙度、表面/亚表面损伤等问题提出一种具有对称结构的非球柱面镜磁流变抛光新工艺,并通过时间参数实验验证了新工艺的可行性。该工艺降低了柱面镜的表面粗糙度,提高了面型精度,在抛光时间为40 min时,表面粗糙度R_a从1.84 μm降低至0.36 μm,局部面型精度RMS₁从 1.91 μm降低到0.24 μm,母线截面面型精度RMS₂从4.1 μm下降到0.68 μm。      

精密导轨研磨抛光机设计

以精密导轨研磨抛光机为研究对象,针对Al2O3陶瓷导轨的特性、导轨加工机床结构特点和机床加工、装调难度,对精密导轨研磨抛光机进行了总体设计。以ANSYS静力学分析和模态分析为依据,对机床主体结构、主轴结构等进行了设计。最后,利用研制的精密导轨研磨抛光机对Al_2O_3陶瓷导轨进行试件加工,利用Zygo平面干涉仪检测面形,最终面形精度PV值0.63λ(λ=632.8nm),具有很高的精度。     

基于SKIP宏程序编程CNC无线测头在线智能检测系统设计

针对数控铣削加工精密零件尺寸精度测量时,因离线测量易产生测量误差、效率低、成本高等问题,通过赋值相关检测路径及补偿的参数,编写零件在线检测及误差补偿宏程序,开发了基于三菱M70数控系统跳过指令SKIP在线检测与误差补偿宏程序控制系统。应用结果表明：该系统在线检测重复定位精度能达到0.001~0.003 mm,能适用于精密零件数控铣削加工,具有一定的推广使用价值。     

基于梯度提升树的回转体测量系统误差补偿

为提升回转体内径测量系统的测量精度,解决测量误差补偿问题,提出一种基于梯度提升树(GBDT)的回转体测量系统误差补偿方法。以自主研制的回转体内径测量机为研究对象,首先分析了其主要误差来源,然后测量标准件得到训练样本和测试样本,分别使用训练样本和测试样本对测量系统误差进行建模和补偿,最后与BP神经网络模型进行对比试验。结果表明,基于梯度提升树的测量误差补偿方法具有更好的补偿效果和稳定性,能有效提高测量的精度,使测量误差从4.7μm减小至1.2μm,误差减少了74.5%,具有工程应用价值。     

数控铣磨非球面面形误差补偿技术研究

数控铣磨是脆性材料非球面成形加工的主要方法。在数控铣磨非球面工艺技术研究中,面形误差直接影响加工精度和生产效率。结合数控铣磨非球面原理,利用Satisloh GI-3P精密铣磨加工中心铣磨非球面硅透镜,分析了影响非球面硅透镜面形误差的因素,并探讨了修正补偿面形误差的方法。结果表明:影响非球面面形精度的主要因素为z轴偏移误差、CNC程序原点与实际工件旋转轴心的偏移误差和砂轮磨损误差,通过修正误差后,有效提高了非球面成形的加工精度和加工效率。     

易碎Be靶丸表面精密抛光技术与理论分析

目的建立一种新的易碎空心微球抛光机模型,并研制出该样机,用于空心Be微球的精密抛光。方法采用限位孔设计解决微球低应力夹持问题,添加不同数量的配重球,用于调整待抛球的滑动摩擦力大小和防止其飞出限位孔。上下盘偏心放置,实现微球无规运动。采用白光干涉仪分析抛光后Be微球的表面粗糙度。结果抛光机模型计算表明,待抛球一直在做周期性的变速和变加速运动,其周期大小由上盘转动频率决定,变加速运动增加了微球的滑动摩擦成分,有利于提高微球抛光效率。此外,待抛球表面抛光轨迹呈现无规行走,这有利于抛光的均匀性。使用该原理抛光机,在24 h内能够将直径1.2 mm、均方根表面粗糙度510 nm的易碎铍(Be)靶丸抛光至85 nm。结论理论和实验共同验证了易碎微球抛光机模型的合理性和可行性,上下盘放置方式、限位孔大小设计和配重球数量等关系着易碎微球的抛光均匀性和抛光效率。     

铸管测量机器人系统设计与误差分析

针对当前铸管承口尺寸测量自动化程度低、精度差等问题,研究了一种以机器人为平台,激光位移传感器为测量工具的自动测量系统。该系统采用改进的最小二乘拟合算法,对承口尺寸进行测量。通过分析测量系统产生误差的原因,增加机器人旋转中心预调整功能,保证测量设备与铸管的同轴度。系统以某型铸管作为验证对象,完成对承口尺寸的自动测量,采用预调整后,测量误差由1.25 mm降低至0.5 mm,验证了该系统的可行性与有效性。     

高精度冰刀磨削加工激光在线测量技术北大核心

为了满足体育竞赛对高精度冰刀的需求,提出一种高精度冰刀磨削加工的激光在线测量技术。通过线激光传感器在线测量冰刀刀刃轮廓,对测量数据进行低通滤波、小波滤波及中值滤波的组合滤波处理,利用正弦函数对处理结果进行数据拟合,拟合结果与测量数据的误差在0.01 mm以内,重复测量误差在0.004 mm以内,利用项目研制的高精度数控冰刀磨床加工一段半径R=21 000 mm的冰刀圆弧,这段圆弧的粗糙度达到0.3μm、圆度达到4.1μm。采用激光传感器测量该段圆弧,验证测量数据处理的准确性,得出激光测量结果与标准曲线精度误差在0.007 mm以内,满足高精度冰刀在线测量与加工的要求。     

聚氨酯摩擦盘的磨削加工研究

聚氨酯橡胶是一种难切削加工非金属材料,材料软、弹性大且导热性较差,因此很难加工到要求的形状精度、尺寸精度及表面粗糙度。针对聚氨酯橡胶的这种加工性能,提出了聚氨酯摩擦盘的磨削加工工艺:先用成型法进行粗磨,再用成型法进行精磨和抛光。粗磨选用30#粒度的黑色碳化硅大气孔陶瓷结合剂砂轮,N级硬度,切削用量0.01mm,用电镀金刚石滚轮修整砂轮圆弧,成型磨削,可以保证聚氨酯摩擦盘的形状和位置精度(R=3.5-+00..1058,S/2=3±0.05mm);精磨选用具有抛光作用的120#白刚玉PVA砂轮,用电镀金刚石滚轮修整砂轮圆弧,精磨和抛光同时完成,可以保证聚氨酯摩擦盘的尺寸精度(ΦA=50±0.03mm)和表面粗糙度(Ra=0.4μm)。