空间相机主镜加工状态下的有限元分析

采用轻量化结构的空间相机主镜,因为镜体力学分布较传统的实心镜体复杂得多,因而轻型镜面的加工较之实心镜面复杂得多。镜子在加工中的支撑方式和受力状态是影响镜面加工精度的主要因素之一,没有严格准确的数学分析难以保证镜子的加工精度,本文用有限元法首次对正在加工中的空间相机主镜进行力学分析,根据变形规律设计了几种支撑方案,从中选定了主镜的最终支撑结构。镜面面形的加工精度实现PV值λ／10,MS值λ／62。满足使用要求。     

我国600m直径碳化硅主镜光学加工获突破

上海技物所公共技术研究室经过一年艰苦攻关,在型号任务600mm直径碳化硅主镜光学加工取得突破,根据光学精度特性分析和检测,其面形精度、表面粗糙度、焦距等关键参数均达到或优于设计要求,特别是面形精度实测为1／8λ（pv）、0．014λ（rms）,已达到国内先进水平。     

大口径望远镜主镜支撑优化分析

大口径望远镜主镜的面形精度是影响望远镜成像质量的关键因素之一.光电系统中主镜轴向支撑点位置,对面形精度起着非常重要的作用,主镜支撑点位置合理与否,在一定程度上影响着光学系统的成像质量.本文对大口径望远镜主镜的轴向支撑和径向支撑技术进行了详细地研究,利用有限元软件ANSYS建立了主镜的参数化模型,对不同口径主镜的轴向支撑点数目和位置进行了优化,从而给出了最佳支撑点的位置.优化分析结果表明了,主镜的面形精度满足系统的精度要求,并且轴向支撑对镜面的面形影响较大.     

大型非球面主镜能动磨盘加工模型

大型非球面主镜能动磨盘加工（CCAL）是有别于传统加工和数控加工（CCOS）的新型加工工艺。通过对能动磨盘结构的研究,建立了工件的能动磨盘磨削模型,分析了加工中的边缘效应,并采用压强补偿的方法对磨削模型进行了优化。在Φ1300mm（F／2）非球面主镜能动磨盘加工实验中,以该优化的模型仿真的主镜加工面形与经Hartmann-Shack传感仪检测的实际面形基本吻合。     

一种SiC非回转对称非球面的加工与检测

针对一种SiC材质的非回转对称非球面元件,本文介绍了该元件的加工和检测方法.该实验件的理想面形方程为z=3λ(X3-y3)(x,y为归一化坐标,λ=0.632 8μm),镜胚材料为Φ150 mm的SiC,加工方式为数控机床和手工研抛相结合.在加工过程中为提高加工效率缩短加工时间,选择平面作为最接近表面并认为去除了面形中的倾斜项.去倾斜之前最低点的材料去除量为3.8μm,而去倾斜后则为2.06μm.本文提出了一种新的基于数字模板的非零位检测方法.直接采用Zygo平面干涉仅检测工件,检测结果可以分为三部分:工件实际面形与理想面形的误差,工件理想面形与平面波前的误差和非共路误差.其中第二部分可以事先计算出来并转换为系统误差文件在检测过程中自动去除.通过在相同条件下检测一个已知的球面样板验证了非共路误差对于检测结果的影响可以忽略不计.由此在一次测量中可直接得到面形误差.实验结果表明,基于这种检测手段最后测得实验件的面形精度PV达到0.327λ,RMS优于0.025λ,达到设计要求.     

基于工件面形精度的超精密机床误差建模与分析

在影响超精密加工工件面形精度的诸多因素中,机床的空间几何误差与运动误差往往占主要作用.在本单位一台新型超精密加工试验台的加工试验中,出现了较大的面形误差.为了辨识影响工件面形精度的主要误差,首先将机器人运动学理论与多体系统运动学理论相结合,建立新型超精密加工试验台的实际运动模型;其次,定量分析各个误差,如对刀误差、两轴不平行度误差和摆动中心定位误差等对工件面形精度的影响,得到工件面形精度(波峰-波谷值)随不同误差的变化规律;最后进行加工试验,并用PG I1240轮廓仪检测工件面形,将实际加工工件的检测结果与各个误差的分析结果进行相关性分析.通过上述分析,确定试验台两轴不平行是影响工件面形精度的主要误差因素.     

大口径主反射镜支撑结构设计

大口径空间反射镜支撑技术是空间相机研制中的关键技术之一.从保证反射镜组件刚度、强度和热尺寸稳定性的角度出发,对某型卡塞格林系统中980 mm口径主反射镜支撑结构进行了设计.提出采用背部六点支撑,三点为主另外三点为辅的支撑方案,通过在支撑结构中设置柔性环节,从而解决了大口径主反射镜在自重作用下面形精度满足要求而在温变栽荷作用下面形精度严重超差的问题.利用有限元分析软件进行了主镜组件的静、动态刚度及热尺寸稳定性分析,并在分析的基础上对支撑结构中的柔性环节结构参数进行修正,在保证支撑刚度的同时降低了重力、装配应力和热应力对面形精度的影响.分析和试验结果表明,主镜在重力和4℃均匀温升载荷下面形精度达到PV<λ/10,RMS相似文献   

基于机床体误差模型的加工面形误差预测

零件面形精度满足要求是超精密装备实现其关键功能的重要保证.影响工件加工面形精度的因素很多,机床体误差是其中最关键的因素.通过构建机床误差元与加工面形误差之间的直接关系来进行面形误差预测研究.提出了一种基于机床体误差模型的频域多尺度面形误差预测方法,该方法可结合机床体误差模型、工艺参数、加工轨迹等进行频域多尺度面形误差预测,可为加工路径规划、机床设计等提供理论参考,从而提高加工精度.进行了低频PV面形误差预测的实例研究,采用的机床为一台五轴联动超精密机床,加工表面为凹形截圆锥台锥面.通过实验与理论分别获得PV面形误差,其相对误差为17.3%,证明基于机床体误差模型的低频PV面形误差预测是可行的.     

地基望远镜主镜支撑性能分析

主镜面型精度是地基大口径望远镜最关键的技术指标之一.为了研究主镜室以及主镜底支撑和侧支撑系统的重力变形造成的主镜面型误差,介绍了一地基光电望远镜的主镜室及详细的主镜支撑结构,借助于有限元法,建立了主镜,主镜室和支撑结构的详细有限元模型,分析计算了主镜在支撑状态下的镜面变形情况,并通过ZYGO干涉仪进行了面型检测.计算结...     

大口径轻质主镜热特性分析

为了分析温度对大口径轻质主镜反射面面形的影响,对大口径轻质主镜建立了三维模型,利用有限元软件patran/nastran对其进行了稳态和瞬态的热特性分析。主要分析了均匀温度分布,径向温差,轴向温差和外界环境温度变化对主镜面形的影响。结果表明:在径向温差,轴向温差和外界温度变化情况下,主镜面形均受到很大的影响,且面形PV值和均方根值RMS随着温度梯度的增大,呈线性增加的趋势;环境温度在15℃到25℃以正弦规律变化时,在2.8 m主镜内部产生的温度梯度导致的镜面变形的PV值和RMS值波动范围为100~500 nm和25~150 nm;均匀温度分布对主镜面形的影响相对较小。     

Fabrication of small complex-shaped optics by plasma chemical vaporization machining with a microelectrode

We have developed plasma chemical vaporization machining by using a microelectrode for the fabrication of small complex-shaped optical surfaces. In this method, a 0.5 mm diameter pipe microelectrode, from which processing gas is drawn in, generates a small localized plasma that is scanned over a workpiece under numerical computer control to shape a desired surface. A 12 mm x 12 mm nonaxisymmetric mirror with a maximum depth of approximately 3 microm was successfully fabricated with a peak-to-valley shape accuracy of 0.04 microm in an area excluding the edges of the mirror. The average surface roughness was 0.58 nm, which is smooth enough for optical use.     

跟踪式偏振光三角法测头

针对三角法测量的不足,设计了一种跟踪式偏振光三角法测头。对三角测量法的理论分析表明减小测量范围能提高测量精度。测头结合表面跟踪方法与三角测量法,跟踪使测量范围不受限制;仅在小范围内进行三角法测量,测量精度大大提高。对金属表面的反射特性进行了分析和推导,得出镜面反射与漫反射具有不同的偏振特性。通过偏振滤光减少了镜面反射光对测量的影响,从而降低了对被测表面材质的要求。本文给出了测头结构和工作原理。试验表明,测头能测量镜面反射较强的金属表面,测头可自动跟踪表面,并可结合测距仪实现表面形状的高精度测量。     

Machining Parameter Optimization in High-Speed Milling for Inconel 718 Curved Surface

Machining technology for nickel-based alloy Inconel 718 is a hotspot and difficult problem in industrial fields and the high-speed milling (HSM) shows obvious superiority in difficult-to-process material machining. As the machining parameters are crucial in processing of Inconel 718 and the study of chip is important in metal cutting, there is an urgent need for deep research into the machining parameter optimization based on chip variation in HSM for Inconel 718 curved surface, so as to further increase the productivity of Inconel 718 in aerospace field. Regarding Inconel 718 curved surface, an experimental study about the machining parameter optimization based on chip variation in HSM is conducted. The relationship between chip shape and machining parameters is studied, and the roughness is measured and discussed for the machined curved surface. Results indicate that the chip area relates to geometric feature of curved surface, the optimal range for spindle speed is from 9000 to 11000 rpm based on chip variation, the feed per tooth should be large in case that condition permitted, and the cutting depth can be selected according to other constraint conditions. This study is significant for improving the machining quality and efficiency of Inconel 718 curved surface.     

304不锈钢管滚压成形圆锥外螺纹组织及性能研究

滚压加工螺纹可以获得更高的螺纹强度、精度,其在加工效率和环保性方面的优越性不容忽视.同时,滚压加工可以解决某些工艺方法不能解决的问题,如对特大型缸体的加工,可以达到减少机床和夹具、提高工件加工精度、缩短加工周期和节约作业面积的效果.为此,本文采用一种四滚丝轮车床滚压加工得到了304不锈钢管圆锥外螺纹.通过金相分析、扫描电镜、显微硬度计和万能试验机等手段,研究了304不锈钢管滚压成形圆锥外螺纹的组织及性能,并与传统的套丝管螺纹进行对比.研究结果表明,套丝加工的管螺纹,齿表层出现孔洞、金属组织被切断,其内部显微组织仍是原有的等轴晶,齿形不完整;而滚压加工使得螺纹表层组织细化,形成了沿螺纹齿形连续分布的纤维组织.套丝加工后304钢管螺纹硬度有所提高,但幅度不大;与套丝加工相比,滚压加工后304钢管螺纹的抗剪拉力和硬度均有大幅提高.     

Grinding of Toroidal and Cylindrical Surfaces on SiC Using Diamond Grinding Wheels

This paper presents the methods and experimental results for grinding toroidal and cylindrical surfaces made of silicon carbide using diamond grinding wheels and an inexpensive CNC machining center. The mirrors were successfully obtained by automatic grinding operations with good shape accuracy, mirror surface finish, and low roughness heights. The time consumed in the process is very short. Industrial manufacture of lenses usually involves three operations — grinding without dressing, lapping, and polishing. In the laboratory studies, however, mirrors and lenses have been manufactured only with grinding process, because of 100% ductile-mode material removal in grinding with dressing. These processes were individually evaluated for surface roughness and surface integrity using surface roughness testers and a scanning electron microscope.     

非球面模具超精密补偿加工技术

为了实现非球面模具的超精密数控加工,研究了加工轨迹算法原理及整个软件系统的结构与实现.提出了基于表面粗糙度均匀化的工件进给速度控制法,分析了工具磨损误差和工件形状误差,重点提出了误差补偿方法,同时也讨论了采用砂轮平行磨削法时避免加工干涉的方法.软件能生成高精度的加工与补偿加工数控程序文件.最后,在一台镜面磨床上实验加工直径为6 mm的碳化钨透镜模具,经过多次补偿加工后,获得了谷峰值为0.123μm,误差均方根为0.021μm的表面形状精度.     

刀具对中误差对离轴抛物面镜慢刀伺服车削加工的影响

离轴抛物面镜单件高效加工是离轴三反消像散(TMA)结构光学系统的技术难点之一.单点金刚石慢刀伺服车削加工技术可用于离轴非球面加工,加工尺寸范围较大,加工精度较高.此工艺制造的离轴抛物面面型精度可达到亚微米级,粗糙度达到纳米级.因此,可直接用于红外光学应用,若经后续抛光则可用于空间望远镜等更高精度需求的场合.介绍了慢刀伺服车削加工离轴抛物面镜的在轴加工方法,理论推导了刀具对中误差所带来的面形误差的极值分布规律.仿真研究进一步揭示了工件中心区域面形误差的详细分布.实验数据与理论结果和仿真计算结果均吻合.     

Highly Efficient and Precision Fabrication of Cylindrical Parts from Hard Materials with the Application of ELID (Electrolytic In-Process Dressing)

The ELID (Electrolytic In-Process Dressing) grinding process, which incorporates in-process dressing of metal bonded superabrasive wheels, was applied for efficient and precision grinding of hard materials such as ceramic, hard metals, and quenched steels. Addressed in this paper are some of the typical applications of ELID Grinding for cylindrical machining. The significant advantages, performances, and characteristics of mirror surface grinding for external surface, internal surface, and end-face Finish processes of cylindrical components are described.     

数控机床液体静压导轨结构的优化设计

机床导轨的性能对机床的加工精度有重要影响,而采用常规材料制造的导轨的动力学和热力学性能不够理想。为了提高机床的加工精度,提出采用内嵌钢结构的树脂混凝土来制造精密机床的液体静压导轨,并对其结构进行优化设计。首先,基于某型号卧式加工中心液体静压导轨的工况,对液体静压导轨油垫的结构进行改进,并通过内嵌钢结构支撑件对液体静压导轨结构进行强化;其次,对由树脂混凝土和花岗岩制成的液体静压导轨的静力学和热力学性能进行分析和比较;最后,在树脂混凝土液体静压导轨表面设置U-V形沟槽和V形沟槽减阻微结构,并进行减阻效果对比。仿真结果表明:树脂混凝土液体静压导轨与花岗岩液体静压导轨相比,其最大静变形较小,热性能显著提高;U-V形沟槽减阻效果更明显。研究表明,在采用树脂混凝土制造的液体静压导轨表面设置U-V形沟槽微结构,能有效提高液体静压导轨的综合性能,这可为精密加工设备的研制提供参考。