非球面超精密磨削误差建模与补偿研究

为提高课题组自研的超精密磨床加工精度,基于多体系统理论,运用齐次坐标变换原理,分析该超精密磨床37项几何误差来源,对非球面超精密磨削的综合误差建模。超精密磨床的多项几何误差元素已在制造阶段标定、补偿,取砂轮对刀误差和砂轮轮廓半径磨损误差作为主要面形误差来源,分别推导其对综合误差的传递函数,分析误差辨识方法,建立误差修正补偿模型,提出基于直接补偿的点补修正法。试验结果表明：建立的综合误差模型正确,根据误差辨识方法和修正补偿模型,修正误差后面形误差显著降低,有效提高面形精度。     

超精密车床加工端面实时误差补偿及平面度测量系统

本文提出了一种超精密车床加工端面实时误差补偿方法,并对工件加工表面进行在线测量,用最小二乘方法计算平面度误差,结果表明零件平面度改善了６２％,证明所提方法是可行的。     

微小柱状非球面模具超精密磨削加工实验研究

基于模压成型技术生产的微小柱状非球面光学玻璃透镜制造难度较大,主要制约因素是高精度微小柱状非球面光学模具的面形精度、表面质量难以保证。本文针对典型的高精度微小柱状非球面模具,采用沿砂轮轴向进给、沿圆柱面轴向进给两种磨削方式进行磨削实验,基于以往的加工经验,选定了4组残高分别为5, 10, 50, 100 nm进行磨削轨迹规划,对磨削后的模具表面粗糙度和表面形貌进行测量与评价。结果表明,在磨削参数相同的情况下,两种磨削方式的表面粗糙度都随着残高的减小而减小,其中,沿砂轮轴向进给磨削所形成的模具表面质量更好,当残高为5 nm时,模具获得的表面粗糙度Ra为8 nm。     

超精密加工用金刚石工具的研发动态

使用高精度高刚性机床和锐利光滑切削刃的单晶金刚石切削工具的超精密切削加工作为被切削性良好的软质金属的稳定高效高精度加工技术已趋向成熟。特别是在非球面反射镜和发动机部件的精加工中正在全面地采用超精密切削加工。另外，Si和Ge等非金属材料的红外光学元件的加工和作为透镜，导光板等光学元件的模具Ni—P镀层的加工，虽存在工具磨耗大这一问题，但目前没有其它的有效加工技术，现仍采用这种加工技术。     

现代超精密加工机床的发展及对策

超精密加工机床是实现超精密加工的重要机械装备。介绍了当前国内外超精密机床的发展现状,从系统的角度分析了影响机床加工精度的因素,并对我国超精密加工机床的研发提出了一点建议。     

微小振动影响超精密非球面加工精度的研究

超精密磨削已广泛应用于轴对称非球面光学元件及硬脆材料的加工，加工过程中砂轮的不平衡量和机床主轴引起的振动直接影响工件表面精度及粗糙度。为了适应非球面工件超精密加工的要求，本文通过分析加工过程中产生的振动现象，建立磨削中振动引起工件表面轮廓误差的数学模型，研究主轴转速变化及磨削加工参数对工件表面精度的影响；通过建立工件与砂轮之间的运动关系，得出砂轮的振幅、频率及加工速度的变化对工件表面精度的影响条件。研究结果表明：选择合理的加工参数能降低工件表面波纹度，提高工件的表面精度。     

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。     

成形表面超精度在线测量仪的研制

设计研制一种用于成形表面接触式在线测量的超精度测量仪.它的优点如下:①测量力很小,(约0.001～0.0015N),对被测表面不会产生划伤、刮痕;②测量精度高,测量仪测头的倾斜与滑动引起的测量误差很小,且其运动通过极小型的激光干涉差分传感器进行检测,因此,其测量数据的相关性和重复性比传统的传感器要好得多,测量数据的重复性3σ小于0.1μm;③可实时进行测量,从测量仪测得的数据通过电脑同步输出,生产效率高.     

六面顶压机油缸加工机的研制

我们研制了一种新型超精加工设备,用来修磨加工六面顶压机油缸的内孔.通过采用有效可行的工艺,特殊的超精磨具,保证了不易加工的大直径设备内孔的尺寸精度与表面粗糙度的要求.用该设备加工近百台压机油缸,经检验全部合格.该设备结构简单、维护方便、使用寿命长、有效地解决了六面顶压机油缸泄露问题,值得推广使用.     

可控柔性表面抛光研究综述

随着光电通讯、生物医疗、航空航天等技术的飞速发展,高性能、高精度、高集成的零件及模具不断涌现,其不仅结构复杂,加工精度和表面质量要求高,而且大部分都属于硬、脆难加工材料,传统的抛光方法难以胜任。基于可控柔性理念的抛光技术,为上述零件的高效率和高精度抛光提供了一种新思路,逐渐成为超精密抛光的重要发展方向。首先,介绍了可控柔性抛光技术的基本概念,并就柔性执行装置、柔性\"研抛模\"、柔性控制系统三种可控柔性抛光方法的柔性可控原理、结构特点以及国内外研究现状等分别进行了综述;其次,对以上可控柔性抛光方法的加工原理、材料去除、抛光精度等进行了深入分析与比较,进一步阐述各类方法的优缺点;最后,对可控柔性抛光方法基本理论的系统研究、抛光精度和效率的提高、抛光工艺的复合化和智能化以及智能材料应用等方面的发展趋势进行了展望。     

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...     

轴对称非球面加工进给速度控制技术研究

本文根据轴对称非球面的加工误差特性，通过分析轴对称非球面磨削加工中砂轮磨削线速度、进给速度对加工精度影响的条件，提出控制砂轮进给速度使轴对称非球面工件各点磨削量均匀的方法。该技术避免了传统加工方法中原理上固有的磨削量差异缺陷，提高了系统的加工精度。研究结果表明：进给速度控制方法针对轴对称非球面加工中常用的平面砂轮、圆弧砂轮、球面砂轮，均得到了良好的控制效果；采用新方法的数学模型更接近于理论计算轨迹，可以进一步提高工件的加工精度；新方法进给速度由外沿加工至中心部分，进给速度逐渐加快；并且变化率也逐渐增大。     

磨料射流表面抛光研究综述

作为精密超精密光学制造工艺过程中的一个重要环节,各种新型表面抛光方法与工艺始终吸引着科研人员不断深入研究与探索。磨料射流抛光方法为小型复杂零件的表面抛光提供了一个新思路,成为精密超精密光学加工技术的重要组成部分。对磨料射流表面抛光过程中衍生的磨料水射流抛光、磁射流抛光、负压吸流抛光、磨料气射流抛光、冰粒水射流抛光、纳米胶体射流抛光的抛光原理、方法及特点进行了综述,分析了各射流表面抛光技术材料去除的最新发展;从加工原理、磨料选择、抛光精度、数学模型等方面对上述新型射流抛光技术进行深入分析与比较,其中磁射流抛光、纳米胶体射流抛光、磨料水射流抛光的抛光精度较高,可以实现表面粗糙度纳米级的超精密抛光,而磨料气射流抛光、冰粒射流抛光从加工成本上来讲则相对较低。最后,对磨料射流表面抛光在去除函数优化、精度效率的提高、应用范围扩展、在线检测、商业化应用等方面的发展趋势进行了预测。     

金刚石化学机械抛光研究现状

金刚石由于其独特的性质成为未来科技的重要材料,但较差的表面质量会影响其在高科技领域的应用,因此实现金刚石超精密加工是提高金刚石应用的关键。化学机械抛光(CMP)是集成电路中获得全局平坦化的一项重要工艺,能够实现金刚石的超精密加工。介绍了现有的金刚石加工方法和金刚石化学机械抛光的研究现状,并与其他的加工方法(机械抛光、摩擦化学抛光、热化学抛光等)进行了对比,其他加工方法存在加工后表面损伤严重、加工表面粗糙度无法满足需要等问题。金刚石的化学机械抛光工艺经历了由高温抛光向常温抛光的发展过程,该加工方法设备简单、成本低、抛光后的表面粗糙度(Ra)可以达到亚纳米级别。此外,金刚石的分子动力学模拟(MD)使人们从原子尺度对金刚石抛光过程中纳米粒子的相互作用和抛光机理有了深入了解。虽然金刚石化学机械抛光还存在着许多亟待解决的问题,但是其发展前景依旧十分乐观。     

SPH方法的单晶硅激光辅助切削仿真与试验

单晶硅加工过程中很容易产生细微裂纹,从而影响表面加工质量。激光辅助加工（laser-assisted machining, LAM）可以软化代加工区域,有效减小切削力,延长刀具寿命,提高表面加工质量。建立热力耦合的SPH模型,来模拟单晶硅激光辅助车削过程,在不同温度条件下,探究裂纹扩展损伤和切削应力以及转速和切深对表面粗糙度的影响,并通过LAM试验,验证仿真结果的准确性。结果表明：提高温度有利于单晶硅的塑性切削,随着切削域温度的增加刀具应力逐渐减小,300 ℃时的刀具应力较常温下降低了约50%,表面加工质量有明显提升;且600 ℃时的切屑为塑性流动锯齿线条,其塑性大幅度提高。切削时应选择较小的切削深度,低于4 500 r/min的转速,单晶硅表面粗糙度S_a可在1.000 nm以下。     

面向在机测量的动态测量不确定度评定与实验研究

针对在机测量系统不确定度量化评定难题,研究了面向在机测量的动态测量不确定度评定方法及策略,设计了评定框架;引入量值特性分析并融合黑箱理论进行了不确定度分量分析,规划了网格点阵式和正交连续式等两种样本集;按照极大似然估计原则对采样数据拟合,得到不确定度分量的分布规律及概率密度函数;建立了面向在机测量的动态测量不确定度评定...