基于速度滑移的气膜流态建模与CFX仿真分析

为了研究空气静压导轨微小间隙中的气膜流态,以提高数控机床的加工精度,通过将速度滑移计算方法及边界条件引入Navier-Stokes方程,推导出适合可压缩气体在微尺度条件下的雷诺方程;利用流体仿真软件CFX对微尺度下湍流状态的气膜流态进行仿真分析;通过改变节流孔直径和气膜厚度分析气膜内压强分布的变化。结果表明,当节流孔直径和气膜厚度在一定范围内变化时,压强由最大值趋于环境压强过程中呈现波动变化趋势;当节流孔直径过大时,气膜内压强不稳定,容易产生气膜波动现象,对机床的加工精度造成影响;当气膜厚度过大时,气膜内压强会出现突变,对气膜支撑力的稳定性影响很大。     

空气静压导轨气膜波动主要影响因素分析

针对空气静压导轨运动过程中出现的气膜波动问题,研究溜板气腔结构、节流器直径、供气压强对气膜内气旋及气膜波动的影响。通过仿真数据的对比分析发现气旋现象与气膜波动存在紧密的联系。从仿真结果得到了对气膜波动产生影响的因素有:节流孔的直径、气腔的结构形状和供气压强的大小。在上述的这些影响因素中供气压强的大小对气膜波动影响较大,最后试验对得出的这一结论进行了验证,与仿真结果吻合。这些分析为从导轨结构和工艺参数上对空气静压导轨的气膜波动进行抑制,提高导轨的稳定性及加工精度提供了理论依据。     

不同型腔对空气静压轴承性能的影响

针对气浮工作台运行中出现的气膜波动问题,研究空气静压轴承的不同气腔结构形状对气膜内气旋及气膜波动的影响。通过结合承载力和刚度等性能参数,对有限元仿真不同形状气腔的结果对比分析,得到矩形气腔刚度最大,但同时气旋现象严重,圆台气腔能有效抑制气旋现象。这些分析通过改变轴承的结构参数抑制空气静压轴承的气旋及气膜波动,为提高气浮工作台的加工精度和稳定性提供理论依据。     

空气静压导轨气膜波动的辨识

空气静压导轨的气膜波动已成为超精密加工工件波纹度的主要影响因素.为分析空气静压导轨性能,利用雷诺方程推导出双排节流孔结构形式的空气静压导轨气膜刚度计算公式,并对相应空气静压导轨进行静态刚度检测试验以验证建立的导轨气膜刚度模型的正确性与可行性.结合静压导轨的模态分析结果,建立空气静压导轨的动力学模型.根据气浮导轨系统的动力学方程,给出气浮溜板刚度及其在加工过程中随气膜厚度变化的波动频率的仿真步骤和结果,根据引起的振动幅值分析气膜波动对加工结果的影响.利用小波变换把加工工件面形检测结果分解为各尺度下低频信号和高频信号,并把各尺度下高频信号做功率谱密度分析,从导轨气膜波动频率出发辨识出导轨气膜波动信号所在的尺度,根据相应的功率谱密度幅值推导出对加工结果的影响程度.     

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。     

磁头磁盘系统承载面粗糙度对气膜润滑性能影响的数值分析

考察磁头与磁盘间隙下降到10nm以下时,磁盘表面粗糙度对气膜润滑性能的影响。采用余弦粗糙度代替实际磁盘表面粗糙度分布。通过改变粗糙度的波长、幅值等特征参数来分析对纳米气膜润滑性能的影响。分析结果表明在纳米级间隙下,磁盘表面粗糙度对气膜压力分布产生明显作用,特别是在气膜较小区域这种波动更加明显,但是随着粗糙度波数的增加压力波动趋于平稳。气膜厚度是决定压力大小的重要因素,在一定粗糙度工况下,随着气膜厚度的增大,粗糙度的影响逐渐减小。     

金刚石飞切二维转鼓加工精密转台定位精度分析

一维转鼓的超精密飞切工艺（SPDT）已为国内多家单位掌握,而高精度二维转鼓的SPDT飞切工艺仍待突破,其加工质量有待提高。作为扫描器件中的关键部件,二维转鼓的批量生产直接决定热像仪的应用和普及。超精密飞切二维转鼓加工中,由于转鼓形状复杂且精度要求高,故其定位设备——精密转台的定位精度起着非常重要的作用。在保证加工效率的前提下,为了提高加工质量,本文对所用的精密转台进行定位精度分析,建立了转台的坐标转换模型,通过仿真计算得到了精密转台的回转精度,从误差分配的角度进行了精度定位。     

不锈钢微结构铣削仿真与试验研究

针对不锈钢微结构微铣削过程中铣削力以及加工质量,进行了微铣削参数仿真及试验研究。通过单因素有限元仿真,揭示了微铣削关键工艺参数每齿进给量、轴向切深和径向切深对铣削力影响规律。结果显示,尺寸误差以及表面粗糙度随着径向切深的增加波动变化,总体数值变化不大,径向切深对不锈钢微结构微铣削过程中的加工质量影响不大。因此,实际生产中,可以采用大径向切深小进给,提高生产率并保证加工质量。     

电化学放电加工中气膜厚度及其影响研究

玻璃作为一种非导电硬脆材料，在光学、生物医学、微机电系统等领域应用广泛。电化学放电加工作为针对绝缘硬脆材料的有效微细加工技术，可以在玻璃上进行有效的微结构加工。在电化学放电加工中，放电现象通过击穿气膜产生，气膜作为加工过程中最重要的介质，其质量是形成良好的表面微结构的重要因素。文章研究的重点是气膜特性及其对放电能量分布的影响。研究采用三因子三水平的全因子试验方法，以电源、占空比、频率三种电源参数为影响因子，气膜厚度为响应进行试验研究，获得最佳气膜质量的工艺参数组合。此外，在石英玻璃和K9光学玻璃两种玻璃上进行了微小孔加工的实验。结果表明，最佳工艺参数组合下能获得更薄气膜，同时也是获得更小径向过切、大的深径比、圆度误差较小的微小孔的最佳条件。     

金刚石飞切单晶硅的切削力模型及试验研究

首先对金刚石飞切单晶硅的加工特点进行分析,建立了未变形切屑厚度模型及材料去除类型的理论判定条件;然后推导出了适合金刚石飞切加工特点和单晶硅材料特性的数学预测模型;最后进行了切削力正交试验,并通过切削力试验值与模型计算值对比验证了切削力模型的合理性。同时根据试验结果总结了各主要加工参数（切深ap、进给量f、主轴转速n）及其产生的最大未变形切屑厚度hmax对切削力的影响规律。     

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。     

KDP晶体侧棱高效高精加工装备研制

研制了一种用于KDP晶体侧棱加工的磨削+飞切组合加工装备,该装备采用气体静压主轴与气体静压导轨,同时设计专用的高刚度角度调节机构,以适应不同侧棱角度的加工。该装备解决了现有KDP晶体侧棱加工中加工效率和精度的问题。经实验测试,获得了KDP晶体侧棱面的高精度粗糙度指标(2.4 nm),同时采用磨飞组合加工效率为单纯飞切加工的7倍。     

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。     

飞刀加工蜗轮的切向装置

我厂在加工一批非标准设备中,蜗轮数量大,规格多。在现有一台 Y 3150滚齿机上用切向进给法加工,受到切向刀架的限制。因此,我们在该机床上设计了一种简易的切向进给装置,用以加工不同模数的蜗轮。加工精度可达8级,齿面光洁度可达6,使用方便,切削稳定。 该进给装置如下图所示:锥套2惜螺杆1固紧在主轴的锥孔内,随主轴转动。飞刀刀杆4在锥套2内可轴向移动,并通过键3获得旋转运动。飞刀刀杆4在锥套2内的轴向移动是由轴祖传来的。轴ⅩⅥ在不加工螺旋齿轮时与垂直轴脱开(通过轴XⅤ的快速工作手柄借凸轮M使齿轮L与齿轮N脱开)。在轴见上,活套着一…     

超精密机床径推一体式空气静压轴承的静态特性(英文)

提出了一种新的径推一体式静压主轴支撑方式来优化机床主轴系统性能,以满足超精密飞切机床对气体静压轴承高刚度的要求.采用计算流体力学和有限体积法对气体静压轴承气膜内部的流场与压力场进行仿真,并研究其静态特性.为提高计算精度,完成了轴承宏观尺寸与气膜厚度相差几个数量级时气膜厚度方向2 μm间距的网格划分.仿真结果表明,在偏心状态下由于气膜压力的变化使节流孔气体流速在1～200 m/s内变化,机床所采用径推一体式轴承静态刚度达到3 508 N/μm.研究表明,通过增大轴承的供气压强和减小节流孔的直径可改善轴承的静态性能进而提升机床性能.     

基于三维形貌仿真的超精密飞切加工表面质量影响因素分析

在超精密飞切加工中,加工表面的三维形貌特征主要包括粗糙度、波纹度和面形,不同的三维形貌特征受到不同表面质量因素的影响。为了研究不同因素对表面质量的影响情况,首先对超精密飞切加工过程中的影响因素进行了分析;然后,基于刀刃复印的原则,建立了一种超精密飞切加工表面三维形貌的仿真模型;最后,基于该模型,对工艺参数及刀具-工件的相对振动等主要因素的影响规律进行了分析,获得了加工表面主要空间频率与相对振动频率之间的关系。     

金刚石飞切下加工参数对硅片微槽形状精度影响规律研究

介绍了金刚石飞切微槽形状精度理论分析及衡量方法,进行了金刚石飞切单晶硅片的加工实验,并且利用VHX-2000超景深显微镜检测了单晶硅微槽的形状精度。并对实验数据进行处理,得到了进给量、主轴转速、切削深度等主要加工参数对微槽加工的形状精度的影响规律。     

金刚石串珠绳锯切温度的理论研究

针对金刚石绳锯的长锯切弧区及大断续比的加工特点,参考已有的大切深断续磨削温度模型的研究成果,利用移动热源法,建立了金刚石绳锯加工弧区的温度场理论模型。推导出在均布热源和三角形热源作用下的绳锯加工弧区理论温度场。研究结果表明:金刚石绳锯加工弧区内温度呈波动上升趋势;随绳锯转速和进给速度增大,锯切弧区的温度呈上升趋势;断续比值增大,锯切弧区温度随之上升。