定偏心锡磨盘超精密平面抛光均匀去除模拟计算(Ⅰ)

定偏心平面抛光中,工件表面各区域材料的均匀去除问题涉及工件加工后的面形。本文从理论上讨论了锡磨盘与工件的转速比、偏心距及转速对工件表面面形的影响,以及工件边缘露出磨盘的情况下,表面的不均匀去除程度。模拟计算结果表明当转速比为1,工件不露出磨盘时,可以实现工件材料的均匀去除。     

定偏心锡磨盘超精密平面抛光均匀去除模拟计算(Ⅰ)

定偏心平面抛光中，工件表面各区域材料的均匀去除问题涉及工件加工后的面形。本文从理论上讨论了锡磨盘与工件的转速比、偏心距及转速对工件表面面形的影响，以及工件边缘露出磨盘的情况下，表面的不均匀去除程度。模拟计算结果表明当转速比为１，工件不露出磨盘时，可以实现工件材料的均匀去除。     

亚纳米量级光滑表面的超精密抛光

软Ｘ射线光学的发展，对光学元件表面提出超光滑要求，为此我们开展了使用锡磨盘的超精密抛光方法研究。本文介绍锡磨盘磨削的实验装置及主要结果。利用这种方法已加工出表面粗糙度优于０．３ｎｍ的超光滑表面     

超光滑高精度微晶玻璃的平面抛光工艺

介绍了一种新型的定偏心式的锡磨盘的超精密平面抛光工艺。在建立了平面材料去除和抛光轨迹的数学模型的基础上,对微晶玻璃进行工艺实验。通过调整影响其精度的工艺装备及工艺参数,能够获得平面度为０．０４～０．０６μｍ ／３０ｍ ｍ ,表面粗糙度为Ｒａ０．３０ｍ ｍ 。     

基于PLC的平面抛光机设计

抛光是加工中重要的工序,一般是去除前道工序的加工刀痕、毛刺等,要求工件表面的材料去除均匀,以获得粗糙值较低的光亮表面。研制基于PLC技术的平面抛光机,是为了实现表面抛光自动化、保证工件质量,提高拋光加工的效率。     

固结磨粒化学机械抛光硅片的不规则表面微小去除量测量

现代加工精度不断提高,常需对材料的微小去除量进行测量。本文针对固结磨粒超精密抛光硅片时,出现不规则加工表面形状的材料去除量测量问题,采用一种常见的表面粗糙度测量仪,在完成硅片表面粗糙度测量的同时,对其表面形貌进行测量。然后用AutoCAD对加工表面的形状图形进行处理,得到抛光截面面积大小,进而通过计算得出材料去除量。实验证明该方法快速准确,较好地解决了实验过程材料微小去除量测量的难点和准确性问题。     

集群磁流变效应平面抛光力特性试验研究

集群磁流变平面抛光加工硬脆材料可以高效率获得纳米/亚纳米级表面粗糙度,其中集群磁流变效应抛光垫对加工表面的作用力(抛光力)是材料去除的关键因素,搭建了集群磁流变平面抛光三向测力平台,对模拟的集群磁流变抛光加工过程抛光力(切向力F_t和法向力F_n)进行了系统试验研究。结果表明,2'单晶硅片试验条件下集群磁流变平面抛光切向力Ft最大达到32.25 N、法向力Fn最大达到62.35 N、F_t/F_n值为0.46~0.77;对抛光力影响最大的工艺参数是磁场强度和加工间隙,其次是羰基铁粉与磨料质量分数、磁流变液流量、抛光盘转速,工件摆幅与速率影响最小。集群磁流变平面抛光力大小以及Ft/Fn值随着工件材料硬度的增大而增大,具有低正压力高剪切力特征,有利于提高硬脆材料的超光滑平坦化抛光加工效果。     

硬盘巨磁电阻磁头的超精密抛光工艺

硬盘巨磁电阻磁头的抛光可分为自由磨粒抛光和纳米研磨,在自由磨粒抛光中,精确控制载荷和金刚石磨粒的粒径,可以避免脆性去除实现延性去除。通过控制抛光过程中的抛光盘表面粗糙度、金刚石粒径大小及粒径分布和载荷等进行滚动磨粒和滑动磨粒比例的调控,获得较好的磁头表面质量和较高的材料去除率。在自由磨粒抛光阶段,先采用铅磨盘抛光,然后用锡磨盘抛光,以纳米研磨作为最后一道抛光工序对磁头表面进行研磨,获得了亚纳米级粗糙度的磁头表面。用两种工艺制作的纳米研磨盘进行加工,分别获得了0.37nm和0.8nm的磁头表面粗糙度,去除率分别为5.3 nm/min和3.9nm/min。     

圆柱型永磁体磁流变抛光头设计及其参数优化

针对传统加工技术存在表面损伤、加工效率低的问题,将极具前景的面接触式超精密磁流变抛光技术应用到3C制造业中。对圆柱型永磁体磁流变抛光头在加工过程中的抛光垫的形貌进行了研究分析,发现圆柱型永磁体磁流变抛光头在加工过程中存在一种"环状效应",利用"环状效应"对圆柱型永磁体磁流变抛光头进行了结构设计,并对其进行了设计理念分析;对圆柱型永磁体抛光头在6061的铝合金工件上进行了单因素抛光实验,通过实验获得了最优参数。研究结果表明:该圆柱型永磁体磁流变抛光头能够实现环状加工区域的高效光滑平坦化加工,工件表面粗糙度达到52 nm,材料去除率达9.1μm/min,大大提高了磁流变抛光的效率,为面形精度在微米级的超光滑平面的制造提供了一种高效的加工方法。     

MoS2/Zr复合涂层高速钢刀具的切削性能研究

综合考虑了工件表面原子的微观状态,利用纳米颗粒特殊的高比表面能和高吸附特性,提出了一种可实现工件表面原子级去除的纳米胶体射流抛光方法。利用碱性胶体中纳米颗粒与工件的表面反应,设计了可实现超精密表面加工的纳米胶体射流抛光系统,并利用该系统对K9玻璃进行抛光。试验结果表明,纳米胶体射流抛光可实现超精密光学表面的抛光,抛光后表面粗糙度Ra小于1nm。      

Effect of interfacial friction force on material removal in full aperture continuous polishing process

Full aperture continuous polishing using pitch lap is a key process of finishing large flat optical workpiece. The friction force of the workpiece and pitch lap interface significantly affects material removal. In this work, the friction force was determined by a measurement system that uses force transducers to support the workpiece. Experimental and theoretical analyses have been carried out to investigate the evolution of friction force with polishing time and its effect on material removal. Our results show that the friction coefficient of the workpiece/lap interface decreases during polishing, which is due to surface smoothing of the viscoelastic pitch lap by loading conditioner. In addition, the spatial average and uniformity of material removal rate (removal coefficient) increases with the increase of friction coefficient, which is due to rough lap surface, provides more sharp asperities to charge the polishing particles.     

应用双摆动技术加工离轴碳化硅反射镜

研究了用双摆动技术抛光离轴非球面的工艺。介绍了用双摆动抛光加工离轴非球面的原理,分析了双摆动抛光过程中抛光盘与工件的相对运动特性及各个工艺参数对相对运动路径的影响。建立了双摆动抛光运动的数学模型,进行了计算机仿真,并对不同参数下的仿真结果进行了比较。给出了抛光模形状模型,实验验证了不同形状抛光模的材料去除特性。应用双摆动技术加工了一个224mm×108mm离轴碳化硅反射镜,结果显示:应用该技术加工离轴非球面镜可以有效抑制光学表面中频误差,具有较高的材料去除效率,面形精度可以稳定达到λ/30(rms,@633nm)。因此,双摆动抛光技术的研究有助于推动离轴非球面制造技术的发展。     

用锡盘抛光 α-Al2O3 单晶的初步实验研究

概述了抛光α-Al₂O₃单晶的意义、介绍了用锡盘抛光α-Al₂O₃单晶的实验装置、描述了抛光实验过程、研究了抛光时间和抛光液酸碱度对工件表面粗糙度的影响。通过改变抛光时间及抛光液pH值,可使α-Al₂O₃单晶工件表面粗糙度优于0.4nmrms.     

多模式组合抛光技术在光学加工中的应用

介绍了将经典抛光方法与数控加工技术有机结合的多模式组合抛光技术.描述了多模式组合抛光的关键技术之一,材料去除率仿真模型的建立方法.通过设置抛光盘因子和元件因子,多模式组合抛光的材料去除模型不仅包含抛光模式、速度等加工参数,还将抛光模形状、边角效应、元件面形误差等因素对材料去除的影响一并考虑入内,可以根据抛光阶段的不同,...     

基于PZT的非球面能动抛光盘定位误差分析

摘要：变形抛光盘能够改变面型以用于非球面镜加工。基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光磨盘,能够在PZT驱动器的作用下改变面型,为中小口径非球面镜加工提供了一种新的工具。非球面能动抛光磨盘在相对非球面工件移动时,根据位置,计算出每个PZT驱动器的变形量。因此定位误差会引起压电陶瓷驱动器的变形误差,从而造成输出的非球面面型误差。本文对定位误差进行了理论分析和计算,根据计算结果,定位误差应该限制在±0.5mm。     

大型环抛机蜡盘平面度的测量

针对大口径平面光学元件全频谱面形技术指标的高效率、高精度收敛,研究了环形抛光技术。考虑环抛机沥青蜡盘的平面度直接影响工件面形的收敛效率,本文利用准直激光束作为参考,设计研制了测量精度高,重复性精度达到±1μm的大型环抛机抛光蜡盘平面度测量专用装置。分析了环抛过程中蜡盘表面平面度和工件面型PV值之间的变化规律和相关性,根据测量数据得出了蜡盘平面度数据和工件面形的对应关系。实验显示:当平面度和面形曲线相差较大时,工件面形可快速收敛至1λ左右,并由粗抛向精抛工序快速过渡。提出的大型环抛机抛光蜡盘平面度监测装置实现了对湿滑胶体平面的高精度、快速测量,为环抛的确定性抛光工艺提供了重要的技术支持。     

基于PZT非球面能动抛光盘的变形优化

基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘,能够在PZT驱动器的作用下改变面形,用于中小口径非球面镜加工。一个口径100mm、含19个PZT驱动器的非球面能动抛光磨盘已经试制完毕,用于一个口径350mm、k＝－1.112155、顶点半径R=840mm双曲面镜的加工实验。为研究PZT压电陶瓷驱动器迟滞效应对非球面能动抛光盘输出面形的影响,实测各PZT压电陶瓷驱动器的电压位移特性曲线,用基于径向基函数的神经网络算法建立各PZT压电陶瓷驱动器位移输出特性的数学模型并实施补偿,实测各PZT压电陶瓷驱动器迟滞补偿前后的位移输出值。最后利用有限元分析方法,得到迟滞补偿前后非球面能动抛光盘的输出面形,以及剩余残差RMS相应分别为1.910um、0.342um。通过补偿各PZT压电陶瓷驱动器的迟滞效应,非球面能动抛光盘输出面形精度得到了提高,剩余残差RMS减少了82%。     

大口径光学元件的机械手抛光

为满足大口径光学元件多模式组合加工技术(MCM)的需要,研制了JP-01型数控抛光机械手。该机械手采用柱坐标结构,ρ-θ极坐标运动方式,ρ、θ两轴联动完成MCM加工所需各种运动。运用齐次坐标变换理论和Preston方程,在分析机械手抛光过程中工件表面上任意一点的相对速度、压强及抛光时间的基础上,建立了机械手抛光的材料去除数学模型,同时求解了JP-01型机械手的位姿转换矩阵。运用所建立的数学模型对MCM加工中修正环带误差和局部误差时单个抛光盘常用运动模式的材料去除特性进行了计算机模拟。应用JP-01型机械手对一口径为240 mm,F数为1.5的球面反射镜进行了确定性抛光实验,最终面形精度达到14.6 nm(RMS)。实验表明,所测得数据与理论分析数据吻合,建立的数学模型能真实反映材料去除分布特性,可以指导抛光实现确定性加工,JP-01型机械手能够提供MCM加工所需运动形式。     

真空自励研磨抛光工艺的研究

详细地阐述了真空自励研磨抛光盘的工作方式、基本原理,并在对120×120mm厚径比小于1/60的超薄镜面实际加工中,成功解决了磨头自身重力对工件变形的影响,降低了元件在加工中支撑要求,有效地解决了超薄元件的数控加工难题.     

双面抛光机上研磨盘振动抑制的半主动控制方法

振动是影响超精密加工质量的关键因素之一,弹簧加压式双面抛光机在抛光过程中的上研磨盘振动现象严重制约了产品的加工精度。为解决这一问题,提出了在弹簧加压装置中加入磁流变阻尼器的方法,通过控制磁流变阻尼器阻尼系数来实现对双面抛光和上研磨盘振动的半主动控制,以达到抑制振动的效果。首先,对改进后的压力加载系统进行了数学建模,得到了抛光过程中上研磨盘的运动方程式;接着,对半主动控制的控制策略进行了设计,得到了其控制算法;最后,在Simulink中对半主动控制策略下的系统进行了仿真分析,并将其仿真结果与未加控制时的系统仿真结果进行了比较分析。比较分析结果表明,所设计的半主动控制方法能够有效抑制双面抛光机上研磨盘的振动现象。