单点金刚石车削刀痕的螺旋正弦轨迹气囊抛光去除

单点金刚石车削技术已经广泛应用于高精度光学表面的制造,然而其残留在被加工表面的微纳织构将会影响部分光学系统的性能,需要光滑去除。文中对单点金刚石车削刀痕的抛光去除技术进行了研究,发现抛光方向与刀痕垂直时刀痕去除效率最高。基于此,提出了一种螺旋正弦抛光运动轨迹,介绍了螺旋正弦运动轨迹的设计原则,并应用气囊抛光的方式与螺旋式和光栅式运动轨迹进行了对比抛光实验,证明此运动轨迹下微纳织构的改善效果明显优于其他两种方式。最后应用螺旋正弦运动轨迹对一锗材料单点金刚石车削非球面进行了抛光光滑处理,在保持了面形精度的前提下,表面糙度Ra由1.28 nm降低到0.4 nm,规律性微纳刀痕变为随机织构,达到了表面织构改善的目的。     

车削加工硫化锌晶体工艺

随着硫化锌晶体光学元件在红外光学系统中的广泛应用,对其表面质量的要求越来越高,但由于该材料的脆性特点,很难获得高质量的表面粗糙度。为了获得高质量的硫化锌晶体表面,首先,介绍了基于单点金刚石车床的车削加工与飞切加工的技术原理,以及影响表面粗糙度的因素。然后,通过工艺实验,采用单一变量法,研究了不同参数的金刚石刀具和不同的加工参数对硫化锌平面元件的表面粗糙度的影响。采用显微镜和白光干涉仪对加工表面的质量进行了检测,并反馈了优化加工参数。最后,基于最优加工参数,采用两种加工方式均获得了表面粗糙度Sa为1 nm左右的高质量硫化锌平面光学元件。该研究结果对高质量硫化锌光学元件的研制提供了技术支持,具有广泛的工程应用价值。     

X射线反射镜NiP芯模超精密车削技术研究

以聚焦型X射线反射镜的镍磷合金芯模为研究对象, 研究了单点金刚石超精密车削的切削深度、主轴转速、进给量等工艺参数对表面粗糙度的影响关系。结果表明,进给量对加工表面粗糙度影响相对最大,主轴转速、切削深度的影响呈弱相关关系。开展了NiP合金超精密车削工艺试验,得到切削深度、主轴转速、进给量的优化工艺参数,并初步建立了表面粗糙度预测模型。在此基础上,对Φ110 mm×140 mm的X射线反射镜镍磷合金芯模进行加工验证,获得了PV61.37~83.47 nm、RMS7.952~10.326 nm、Ra6.379~8.332 nm的表面粗糙度,圆度误差0.39 μm、斜率误差均方根值0.42 μm,满足X射线反射镜对芯模超精密车削需求,为后续大规格X射线反射镜超精密制造奠定了技术基础。     

大口径ZnSe晶体单点金刚石车削工艺技术研究

表面质量是衡量大口径ZnSe晶体能否用于红外成像和激光光学系统中最重要评价参数之一。大口径ZnSe晶体通常采用单点金刚石车削的加工方式。这种方式表面容易产生白点、云雾状缺陷,严重影响红外和激光光学系统质量。ZnSe晶体的表面质量与主轴转速、进给速度、切削深度、刀具半径等多个加工工艺参数影响因素密切相关。采用Taguchi法设计加工实验,对各个工艺参数进行深入研究,得到优化加工工艺参数组合,最终得到大口径ZnSe晶体的加工工艺技术方案。     

单点金刚石车削技术的研究

介绍了单点金刚石车削原理,分析了单点金刚石车削技术中影响光学零件面形精度和粗糙度的重要技术因素,同时提出了相应的解决方案,并展望了单点金刚石车削技术在光学制造领域的应用前景.     

衍射光学元件车削误差控制技术

衍射光学元件在光学系统中的应用越来越广泛,对衍射结构的加工质量提出了更高的要求。单点金刚石车削可直接加工出高精度衍射微结构表面,但衍射结构的位置误差和表面质量对其光学性能有较大影响。为了提高衍射光学元件的性能,需要精确控制其车削误差。基于此,分析了影响衍射元件加工质量的因素,建立了揭示位置误差、衍射面形状和刀具半径之间的关系的数学模型,揭示了衍射带位置精度影响规律。通过补偿加工提升基底表面质量来提高衍射曲面面形精度。结合仿真模型与粗糙度影响参数,指导车削刀具半径的选取。最后,基于仿真结果,选择半径为0.02 mm的半圆弧刀具加工,最终加工的衍射元件面形误差为292 nm,衍射环带位置误差最大为55 nm,高度误差最大为16 nm,粗糙度为5.6 nm。实验结果表明,该预测模型可以指导衍射光学元件高精度表面形貌的获取,有利于提高光学系统的成像质量,为高精度衍射光学元件的批量生产提供了技术支持,具有广泛的工程应用价值。     

微圆弧金刚石刀具车削锗单晶衍射元件

锗单晶衍射光学元件具有特有的色散和温度特性,在红外光学领域,具有广阔的应用前景。衍射元件必须同时满足光学镜面及相位转变点的要求,采用微圆弧金刚石单点车削是解决这一途径的主要方法之一,但采用微圆弧刀具加工时,要求同时满足粗糙度和相位突变点是加工衍射元件的难点,因此,研究微圆弧金刚石刀具车削锗单晶衍射元件具有重大意义。基于DEFORM 3D切削仿真软件,对金刚石刀具车削锗单晶材料进行了仿真分析,分析了切削参数、刀具参数对锗单晶材料粗糙度的影响,并依据仿真试验结果优选切削参数以及刀具参数进行试验,R0.1mm微圆弧刀具车削单晶材料粗糙度达到4 nm。     

金刚石悬浮液抛光单晶锗片实验研究

为了研究抛光参数对单晶锗片表面质量、材料去除量的影响,文中使用单晶金刚石悬浮抛光液对单晶锗片进行抛光实验,利用正交实验法确定最优工艺参数组合、各因素对工件抛光效果影响程度和影响趋势.结果表明16组实验中,Ra下降量为0.848～0.998μm,使用小粒度的单晶金刚石悬浮抛光液能大幅提升单晶锗片表面质量.各因素对工件表面...     

基于田口方法的合金薄膜铜衬底超精密抛光工艺优化研究

为了获得性能优良的电化学沉积合金薄膜,需要精度非常高的合金薄膜铜衬底.以铜衬底表面粗糙度Ra和Rt为评价目标,探讨了基于田口方法的铜衬底抛光工艺参数优化设计方法.在给定工件材料和磨料(种类和粒度)的条件下,加工载荷、磨料浓度和加工速度是影响铜衬底抛光表面质量的主要工艺参数.运用田口方法进行了实验设计,并通过对实验结果的分析,得出了最佳的抛光工艺参数组合,采用该实验条件进行加工获得了非常光滑的铜衬底表面(Ra 6 nm,Rt 60 nm),表明田口方法能够有效的应用于铜衬底抛光工艺参数的优化设计和分析.     

选区激光熔化成型金属零件上表面粗糙度的研究

为了改善成型件表面质量,从微观上研究了决定选区激光熔化成型金属零件的上表面粗糙度的主要因素,通过研究单熔道成型,从熔道搭接的角度理论分析了成型件的上表面粗糙度,基于自主研发的成型设备Dimetal-280加工实体零件进行了实际测量对比,获得表面粗糙度的轮廓算术平均偏差Ra的理论值为3.21m,微观不平度十点高度Rz的理论值为12.79m,其实测值Ra=7.36m,Rz=40.01m;进行喷砂和电解抛光处理后,表面粗糙度减小,即Ra=2.34m,Rz=10.86。结果表明,成型件的上表面粗糙度主要受熔道宽度、扫描间距和铺粉层厚3个因素的共同影响;粗糙度实测值与理论值有偏差,主要是由于熔道不稳定、表面出现球化、粉末粘附等缺陷造成;成型件经过电化学处理后表面质量有较大的改善。选区激光熔化成型金属零件可达到良好的表面粗糙度,此项研究为进一步提高表面质量和应用于生产加工提供了参考依据。     

激光参量对血管支架切缝形貌及粗糙度的影响

为了研究激光加工工艺参量对血管支架切缝形貌以及表面粗糙度的影响，采用不同参量对比分析试验法，开展了心血管支架316L材料光纤激光切割实验，分析了激光脉冲宽度、激光功率和切割速率等不同工艺参量对材料切缝形貌及粗糙度的影响，得出激光切割支架的最佳工艺参量组合。结果表明，不同区域切缝形貌和表面粗糙度存在差异性，其中支架切缝的汽化区厚度主要受脉冲宽度及激光功率影响，当脉冲宽度为35μs时，支架切缝汽化区厚度最大可达到120μm；支架切缝汽化区粗糙度随切割速率增加先减小后增大，当切割速率为6mm/s时，切缝表面粗糙度值最低为650nm。此研究结果为心血管支架光纤加工的研究及后续光整加工奠定了理论基础。     

基于包-全法的红外滤光片光学参数测量方法

为了研究准确性更高的复杂多层膜光学参数测量方法,测量实际镀制红外带通滤光片的光学参数,对红外滤光片研制过程的设计优化与工艺的改进具有重要的指导作用。首先,在研究传统薄膜光学参数光谱测量方法的基础上,提出了包-全法,并研究了该方法的基本思想、物理模型以及优化算法;其次,设计制备了2 000~8 000 nm谱段内膜料单层膜和高透射率、宽截止中波带通红外滤光片,通过对比测量单层膜光学参数反演计算光谱与实测光谱的差异,验证了包-全法测量膜料单层膜光学参数的准确度及有效性,依据测量结果确定了膜料色散关系,甄别了膜层工艺的优劣;最后,采用包-全法与全光谱拟合反演法对红外滤光片的光学参数作了对比测量验证。结果证明:该方法能够准确测量红外滤光片的光学参数,测量结果可用于指导修正设计与工艺之间的匹配性,进而研制了性能更好的红外滤光片。     

基于超精密切削的柱面微透镜阵列模具制备工艺研究

文章对柱面微透镜阵列纳米压印中用到的精密模具的制作过程开展了仿真分析和实验研究.超精密切削技术是制作精密压印模具的有效手段之一.基于Johnson-Cook本构模型,采用有限元分析方法模拟了超精密切削过程中切削参数与切削力之间的关系,获得了优选的切削参数.实验结果表明,采用优选后的切削参数进行柱面微透镜阵列模具切削能够获得良好的切削效果.切削后模具的面形精度RMS值达到19 nm,表面粗糙度Sq达到4 nm.     

RF—HFCVD生长高质量纳米金刚石薄膜

采用射频等离子体增强的热丝化学气相沉积 (RF HFCVD)技术在石英玻璃衬底上制备了高质量的纳米金刚石薄膜 .研究了衬底温度、反应气压及射频功率对金刚石膜的结晶习性和光学性质的影响 ,其最佳值分别为70 0℃、2× 133Pa和 2 0 0W .在该条件下金刚石成核密度达 10 11cm-2 ,经 1h生长即获得连续薄膜 ,其平均晶粒尺寸为 2 5nm ,表面粗糙度仅为 5 5 ,在近红外区域 (80 0nm处 )的光透过率达 90 % .     

大口径非球面铝反射镜三轴联动加工技术研究

为解决单点金刚石车削技术（single-point diamond turning,SPDT）应用于大口径大弦高非球面铝反射镜加工中遇到的车床导轨行程、工作台回转容积受限和加工质量较低的问题,针对φ682 mm口径、弦高220 mm的凹非球面铝反射镜加工,首先,提出基于SPDT的三轴联动加工方法,在两轴加工基础上加入旋转B轴进行协同加工,使得导轨行程和工作台回转容积能够满足加工需求。然后,设计专用笼状夹具,并通过有限元法研究支撑杆数量、杆径、上下连接板厚度参数对夹具-工件形变特征的影响,通过极差和方差分析研究不同因素对夹具-工件最大变形量影响的显著性,得到一组最佳夹具设计参数组合,即夹具支撑杆数量为24,杆径为22 mm,上下连接板厚度为25 mm。最后,将铝反射镜固定在优化后的笼状夹具上,通过三轴联动加工实现了对φ682 mm口径非球面铝反射镜的加工。对调刀件的检测结果表明:调刀件面形精度P_v值为0.6 μm,表面粗糙度R_a约为10.1 nm,可认为φ682 mm口径非球面铝反射镜的面形精度和表面粗糙度均达到使用要求。本研究能够为同类大口径大弦高非球面反射镜的加工提供一定的理论基础和加工工艺技术参考。     

空间光通信系统三波段滤光膜的研究

空间激光通信常采用干涉截止滤光膜对不同波段的光谱进行分光。着重介绍了近红外三波段光学滤光片的研究与制备。根据膜系设计理论,分别选择TiO2和SiO2作为高、低折射率材料,借助膜系设计软件设计优化了合理的膜系,实现了770～860nm及1530～1575nm光谱范围双波段的高透过和1615～1700nm波段的高反射。采用电子枪离子辅助沉积系统进行制备。优化工艺参数,通过调整补偿挡板使膜厚均匀性控制在3%以内。虽然制备膜层较厚,但经检测其光学性能、机械性能及耐环境能力均满足使用要求。用轮廓仪检测所制备膜层的面形,其峰谷值变化达到预期要求。     

高精度长线列密排光纤阵列的制作研究

本文讨论了利用硅V型槽法制作高精度线性光纤阵列的可行性,介绍了硅V型槽制作机理,对影响器件精度的主要因素进行了分析,并在器件设计、制作中给予充分考虑。根据器件的可靠性要求,分析了用于光纤粘接的粘接剂应满足的特性,并对紫外固化胶和红外粘接剂进行实验对比,结果表明,Norland紫外固化胶和353ND红外粘接剂为最佳选择。用各向异性湿法腐蚀技术制作了硅V型槽,进行了光纤排列、定位及端面处理,制作出了高精度线性光纤阵列。对端面面型误差和表面粗糙度的测试后,结果表明光纤阵列端面纵向位置误差≤324 nm,表面粗糙度均方根值小于3.85nm。