微小非球面光学模具单点斜轴误差补偿磨削

针对微小非球面光学透镜模具的纳米单点斜轴误差补偿磨削进行研究。通过分析比较传统的直交轴磨削法,提出微小非曲面光学模具的单点斜轴磨削方式,有效避免微细砂轮在加工微小非球面时发生干涉情况;采用单点恒定磨削方式提高微小非球面磨削的稳定性及精度。通过分析磨削区域内微细砂轮与微小非球面的干涉情况,从而合理计算并选用较高强度的微细砂轮。提出微小非球面误差补偿磨削策略,分析砂轮的对心误差(x轴向和y轴向)对形状精度的影响,采用法向残余误差补偿的方法对加工后的形状误差进行超精密补偿磨削。利用超精密磨床对口径为2 mm的超硬热压模具碳化钨材料的微小非球面进行纳米单点斜轴误差补偿磨削试验,经过三次超精密磨削及误差补偿循环,其形状精度PV从1 034 nm改善至146 nm,表面粗糙度达到Ra2.19 nm。     

基于大口径光学非球面精密磨削过程的检测技术研究

中大口径非球面光学元件的铣磨-精密磨削-快速抛光-超精密抛光的高精度、高效加工工艺技术是目前国内外学者研究的重点,精密磨削加工中的光学元件磨削面形在位检测技术是保证加工-检测-补偿、再加工-再检测-再补偿的关健技术。本文通过分析精密磨削的在位检测原理、方案、检测路径规划,提出了一种适合轴对称非球面精密磨削的电感式在位接触检测装置和自适应卡尔曼滤波数据处理方法,可有效剔除奇异项,给出数据预平滑处理的路径,通过Gauss-Newton非线性最小二乘法和NUEBS曲线法进行曲线拟合试验,给出了更利于补偿加工的曲线拟合方法,取得数控补偿合理参数,实现加工快速收敛,最大限度逼近实际加工面形。实验结果表明基于在位检测的随机误差标准差,经滤波后减少了1/3,验证了其在位检测技术结果的可行性,提高了磨削加工中的测量效率与测量精度。     

离轴非球面超精密磨削加工几何模型的探讨

在用来加工轴对称非球面的二轴联动超精密数控机床的工件主轴上安装可以精确给出旋转角度的码盘，采用柱坐标加工方式进行离轴非球面的超精密磨削加工。在给出离轴非球面方程的基础上，给出数控加工离轴非球面的相应的几何模型。计算机仿真验证了该加工方法的简便性与可靠性。该加工方法可以降低设备投入，提高生产效率。     

二次旋转曲面精密磨削原理与运动控制方法

针对旋转抛物面、旋转双曲面等非球面精密磨削加工技术难题,在旋转球面精密磨削方法研究基础上,提出旋转抛物面、旋转双曲面等非球面的展成与摆动复合的精密磨削新原理,使磨削主轴旋转中心线与曲线上磨削点的法线重合、磨削主轴的摆动中心点始终保持在旋转曲面的旋转轴上,从而避免原理性误差,通过理论分析证明该原理的可行性。对非球面展成与摆动复合精密磨削新原理的运动控制模型进行了讨论,构建具有在线自动检测功能的非球面精密磨削样机,应用在线自动检测功能,克服磨削过程中砂轮损耗对磨削精度的影响,实现磨削、检测自动化操作,一次参数设定就可完成整个磨削过程,提高了磨削效率。试验结果表明,磨削精度达到了令人满意的效果。     

一种非球面超精密单点磨削与形状误差补偿技术

随着各种小型的非球面光学零部件的广泛应用,其成型模具的制造精度要求也日趋提高.针对目前我国尚未完全掌握非球面模具的超精密磨削技术的情况,对超精密单点磨削和形状误差补偿方法进行研究.利用在位接触式的测量系统的测量数据重构实际的磨削轮廓曲线.根据实际磨削轮廓与目标轮廓之间的法向距离,求解出法向残余误差,并提出基于超精密单点斜轴磨削的形状误差补偿方法.利用超精密磨床对口径为6 mm的超硬碳化钨的非球面光学模具进行超精密磨削、在位测量与误差补偿试验,经过两次循环,其形状精度(Peak to valley,PV)从449 nm改善至182 nm.     

ALON高陡度薄壁保形非球面的超精密磨削工艺

为了实现新型红外陶瓷ALON高陡度薄壁保形非球面的超精密磨削加工,首先根据ALON的材料属性和高陡度薄壁保形非球面的结构特性,进行了其超精密磨削加工工艺性分析,并基于有限元计算方法,完成了面向ALON高陡度薄壁保形非球面的精密夹具的设计以及关键参数的优化。然后完成了ALON的超精密磨削工艺实验,工艺实验结果表明减小工件转速和砂轮粒度都会降低ALON的平均表面粗糙度Ra值,但砂轮粒度对磨削后ALON的表面粗糙度影响更显著。最后实现了ALON高陡度薄壁保形非球面的超精密磨削加工,磨削后的ALON高陡度薄壁保形非球面的面形精度PV值为2μm,表面粗糙度Ra值可达8.6nm。     

小口径非球面斜轴磨削的砂轮磨损及补偿研究

通过对比常用的圆盘砂轮的直交轴磨削方式,提出了小口径非球面斜轴磨削方法,探讨了斜轴磨削小口径非球面时砂轮的磨损测试方式与磨损量的变化规律,研究了砂轮半径误差对工件形状精度的影响。最后利用多轴超精密磨床对口径为6mm的非球面碳化钨模具进行磨削实验,砂轮半径磨损补偿磨削后,模具形状精度由PV 1929nm变为PV 359nm。     

大尺寸轴对称非球面磨削精度建模和分析

运用刚体运动学理论和坐标变换,建立高精度平面磨床的通用误差模型。针对大尺寸轴对称非球面工件的高精度加工要求,采用光栅式平行磨削的加工方式。根据这种非球面磨削方式和高精度平面磨床的结构,给出影响大尺寸非球面加工精度的主要误差因素,并建立基于这些主要误差因素的大尺寸非球面误差模型。对主要单项误差的分析表明,磨床的直线度及定位精度误差和圆弧半径误差是影响面形分布的主要因素,而面形误差值则是各个误差综合作用的结果。通过误差模型可以预测面形误差分布和大小,并可以利用该模型进行补偿加工。加工试验结果表明,该模型能够比较准确地预测面形精度,补偿试验后精度提高,说明利用该模型进行补偿是有效的。     

非球面光学元件加工检测方法的研究

对非球面光学元件加工检测进行了试验和研究,得出了具体的测试方案。在非球面大口径光学元件的精密磨削中,其磨削阶段的检测技术是工件加工的关键。通过对大口径非球面光学元件加工中工件旋转轴(A轴)、砂轮旋转轴(B轴)、工件平移轴(X轴)、砂轮平移轴(Y轴)、砂轮回转轴(C轴)的位置和速度所进行的检测,证明了所使用的检测方法是可靠的,能够顺利地完成对非球面光学元件加工过程的检测,实现了非球面光学元件的精密磨削,满足了设计的要求。     

偏心内圆类轴承零件磨削加工用夹具的设计

设计了一套专门用于磨削加工偏心内圆类工件的可调夹具,以在内圆磨床上磨削三叉式等速万向节钟形罩为例介绍了夹具的结构及工作原理。该夹具以端齿盘为精密分度装置,结合三爪自定心卡盘机构,可实现一次装夹、多工位加工,适合磨削分度精度高的中小型工件的偏心内圆。     

RESEARCH ON PARALLEL GRINDING METHOD OF NON-AXISYMMETRIC ASPHERIC LENS

In order to resolve the problems of machining non-axisymmetric aspheric lens, which is short of flexibility in mould grinding and needs high accuracy CNC machine center in globe diamond wheel grinding, a new parallel grinding method that utilizes common arc diamond wheel is put forward. Base on the approach calculation of machining locus, the advantages of parallel grinding that machines non-axisymmetric aspheric lens by 2.5-axis CNC machine center have been obtained. The results of grinding experiment show the new method can meet the need of grinding high accuracy non-axisymmetric aspheric lens.     

RESEARCH ON PARALLEL GRINDING METHOD OF NON-AXlSYMMETRIC ASPHERIC LENS

In order to resolve the problems of machining non-axisymmetric aspheric lens,which is short of flexibility in mould grinding and needs high accuracy CNC machine center in globe diamond wheel grinding,a new parallel grinding method that utilizes common arc diamond wheel is put forward.Base on the approach calculation of machining locus,the advantages of parallel grinding that machines non-axisymmetric aspheric lens by 2.5-axis CNC machine center have been obtained.The results of grinding experiment show the new method can meet the need of grinding high accuracy non-axisymmetric aspheric lens.     

非轴对称非球面平行磨削误差补偿技术研究

针对非轴对称非球面的成形加工法柔性不足及球形砂轮加工法对工具和机械的要求太高的缺点,提出采用普通圆弧金刚石砂轮加工的平行磨削法。对于新方法加工中存在的加工误差问题,提出在非轴对称非球面加工中使用带倾角圆弧修整器及对主轴半径和副轴半径误差采用离线补偿的加工技术。通过理论分析和试验表明此方法可达到提高非轴对称非球面的加工精度的效果。     

ZF6重火石玻璃非球面数控加工技术的研究

由于重火石玻璃的密度很大,材料较软,在数控加工过程中难以控制材料的去除量。现主要针对Ф62mm ZF6非球面凸透镜,对铣磨成型工艺、抛光工艺、抛光设备及抛光液等相关工艺参数进行了研究,采用弹性模预抛光与小抛头修正抛光相结合的两步研抛法对零件表面快速抛光,给出了一套规范的ZF6玻璃非球面的数控加工工艺,同时保证了零件具有较高的面形精度,实现了该非球面元件的快速批量生产。Ф62mm口径非球面最终面形精度达到0．5μm以下,表面光洁度达到Ⅲ级,明显改善成像质量,减少系统中光学零件数目,满足了非球面的使用要求。     

Research on the error analysis and compensation for the precision grinding of large aspheric mirror surface

The purpose of this paper is to propose a compensation grinding method for large aspheric mirror surface. Because the tradition grinding is not suitable for large aspheric mirror surface, in this paper, a grate parallel grinding in 3-axis and an on-machine measurement system are applied. Based on that, it presents the errors that mainly affect the form accuracy and technology of compensation grinding. An experiment of compensation grinding was carried out for large aspheric mirror surface. With the separation of decentering, wheel arc, and residual grinding system error, the PV value further decreased comparing to tradition compensation. These results indicated that this compensation can improve the form accuracy significantly in large aspheric mirror surface grinding.     

非球面平行法磨削技术研究

文中针对硬脆材料非球面光学元件平行法磨削技术进行了研究,从加工原理上分析了平行法磨削技术不同于传统非球面磨削技术的特点,并通过几何关系建立了两轴联动非球面平行法磨削加工时球头砂轮运动模型,为非球面平行法磨削加工系统结构设计和数控系统轨迹计算奠定了基础.     

大口径SiC离轴非球面的高效磨削加工

研究了空间遥感器用大口径SiC离轴非球面的超声复合磨削加工工艺。分别对磨削原理、金刚石砂轮结合剂选择、机床选取、磨削参数设定等进行了分析,并设计和规划了磨削工艺流程。基于逆向工程原理建立了高精度离轴非球面模型,创立了激光跟踪仪精磨阶段在线测量大口径离轴非球面的工艺。结合工程实践对一口径为700mm×700mm的SiC高次离轴非球面元件进行了逆向工程建模和超声磨削加工试验,并利用激光跟踪仪进行了在线检测。经过3个周期(每个周期4h)的修磨,其面形精度PV值和RMS值分别由45.986μm和7.949μm收敛至12.181μm和2.131μm;与三坐标测试结果进行对比,其PV值和RMS值的偏差分别为0.892 3μm和0.312 8μm。实验显示,提出的磨削工艺实现了大口径SiC离轴非球面的快速精确磨削,其加工精度、效率以及表面质量都有了很大的提高。     

四轴联动数控磨削锥度铣刀数学模型的建立

锥度铣刀的锥刃具有等前角、等后角、等螺旋角关系。需要四轴联动才能完成精确磨削加工。且需建立合理的各数控联动轴之间几何与运动的数学模型。基于进口的德国WALTER公司的Helleenter GC6六轴计算机数控工具磨床的结构。介绍了一套简明实用的建立复杂刀具的数控加工的数学模型方法。任何具有相同或相似的机床结构的系统，都可以采用类似方法建立工件的数控加工数学模型。完成复杂型面的精确加工。     

切点跟踪数控曲轴磨床的研究与开发

采用切点跟踪磨削技术研制高速、高效和高精度的数控磨床,已成为曲轴磨削加工总体技术发展的趋势.对切点跟踪数控磨床设计的关键结构部件进行研究与开发,基于西门子840D数控系统对数控曲轴磨床加工控制软件的开发进行研究.