超精密慢刀伺服金刚石车削加工的关键工艺问题研究

根据超精密慢刀伺服金刚石车削加工原理,以自由曲面为例,系统地分析了超精密慢刀伺服加工中工件面型对刀具参数和关键切削工艺参数的特殊要求,进一步归纳提出了复杂曲面慢刀伺服车削中的刀具选择和设计准则。该研究工作同时借助Nanotech 250 ULv2机床和UG对切削方向与刀触点布局方式,以及关键切削工艺参数进行了慢刀伺服加工路径仿真和超精密车削试验研究。结果表明合理的切削方向与刀触点布局及加工工艺参数选择,有助于实现自由曲面工件高效稳定可控的超精密慢刀伺服加工。     

球面上微透镜阵列超精密慢伺服加工精度影响因素的研究

超精密慢伺服车削可加工出高精度的连续和非连续自由曲面,但是在微透镜阵列的加工过程中,不同位置的透镜加工精度也不同,个别子透镜的质量降低可能引起整个功能部件的失效。为了研究曲面上微透镜阵列超精密慢伺服加工精度的影响因素,本文采用实验的方法分析基面几何形状和子透镜位置对球面上微透镜阵列慢伺服车削加工精度的影响,通过在三种不同球径的基面上加工微透镜阵列,并使用Bruker GT-X白光干涉仪测量所加工的基面和微透镜阵列,分析了不同基面上不同位置的子镜表面粗糙度和形状精度的变化趋势。实验结果表明,同一基面上不同位置的子透镜,慢伺服车削加工表面微观形貌不同,表面粗糙度和形状精度也不同;基面的几何形状也会影响子镜的加工精度,当基面球径从50 mm增大至150 mm时,外圈子镜的表面粗糙度从75.78 nm(Ra)变小为69.08 nm(Ra)。在超精密慢伺服加工微透镜阵列过程中,必须考虑基面几何形状和子透镜位置两个因素对加工精度的影响,这将有助于提高微透镜阵列加工精度的一致性并保证微透镜阵列功能的有效性。     

微结构自由曲面的超精密单点金刚石切削技术概述

回顾了超精密加工技术的发展,主要包括超精密加工设备的开发历程,以及超精密单点金刚石切削技术基础,并对微工程技术作一简要介绍;重点论述微结构自由曲面的微纳切削技术,包括单点金刚石车削(Single point diamond turning, SPDT),快刀伺服加工(Fast tool servo, FTS),金刚石微凿切(Diamond micro chiseling, DMC),光栅铣削等技术。指出微结构自由曲面测量领域面临的挑战和存在的问题,包括接触式测量和非接触式测量。通过几个典型微结构自由曲面的加工及测量的应用进行举例说明;最后介绍我国在超精密加工机床领域内的研制情况,展望了超精密切削技术未来发展趋势。     

超精密慢刀伺服车削零件的面型分析与刀具设计方法研究

研究首先分析总结了当前自由曲面复杂零件超精密慢刀伺服车削加工中的具体加工技术挑战,进而系统地研究了自由曲面零件面型特性,零件面型关键参数提取,零件面型参数与刀具参数之间的关联关系。进一步研究了超精密慢刀伺服车削金刚石刀具的几何参数确定方法;并针对自由曲面零件的可加工性,提出了超精密慢刀伺服车削加工中金刚石刀具选用准则。另外,通过超精密慢刀伺服车削加工实际案例和应用加工试验,证明零件面型分析及金刚石刀具几何参数的合理选用,对实现高效稳定的工业化超精密慢刀伺服车削加工至关重要。     

慢刀伺服车削渐进多焦点透镜的刀具路径生成与实验

针对渐进多焦点透镜的高效、高质量加工需求,基于慢刀伺服的超精密车削技术提出了一种等弧长-角度混合刀触点离散方法,模拟分析了金刚石圆弧车刀在加工渐进多焦点透镜时的三维刀具轨迹形貌。通过程序生成,采用超精密慢刀伺服车削的方法在超精密机床上进行了PMMA材料渐进多焦点透镜样件的加工,经检测分析,验证了刀具生产算法的可行性和有效性,加工效率和加工质量得到了有效保证。研究成果对于渐进多焦点透镜自由曲面加工技术的发展具有重要意义。     

自由曲面慢刀伺服车削加工技术

目前,自由曲面的高速、高精度加工存在很多困难.因此,提出了适用于自由曲面加工的慢刀伺服车削的刀具路径规划方法.该方法考虑节点向量与控制点,采用NURBS曲线拟合刀具路径.NURBS曲线拟合的过程中先预处理离散点,然后将其参数化.再确定节点向量后反求控制顶点.通过调整控制顶点,可以快速的调整曲线的形状,使拟合的过程更加准确.最后对正弦网格表面与微透镜阵列表面进行了加工实验,验证了该加工方法的有效性.     

复杂曲面慢刀伺服加工刀具半径补偿方法

随着机床技术的进步,一种基于慢刀伺服技术的超精密金刚石车削创成加工方式成为可能,能够一次加工获得精度很高的各种复杂曲面。在复杂曲面慢刀伺服车削加工路径规划中,针对存在的刀具过切现象,传统刀具半径补偿算法为计算曲面刀触点的等距点,通过分析传统等距点刀具半径补偿算法的不足,提出了一种基于等距点的刀具半径补偿算法,弥补了传统等距点刀具半径补偿算法的不足,通过实例证明该算法有效地改进了传统刀具半径补偿算法的不足,提高了曲面加工的精度。     

环曲面眼镜片的慢刀伺服加工技术

为解决非回转对称非球面眼镜片加工的难题,探讨了环曲面眼镜片的慢刀伺服加工方法。建立了环曲面数学模型,对其加工进行了路径规划,分析了刀触点离散方案、刀具补偿方案及棱镜曲面空间延拓问题。实例加工表明,提出的基于慢刀伺服加工技术的路径规划方法实用可行,可以加工屈光度精度0.05D以内的环曲面眼镜片。     

辊筒模具微透镜阵列的慢刀伺服成形加工

目的：为实现辊筒模具表面微透镜阵列高效率、高精度加工,本文对微透镜阵列成形法加工轨迹的拟合方法和机床伺服参数的优化方法进行了理论与实验研究。首先,分析了微透镜阵列的原始轨迹特征,确定了过渡台阶的突变是微透镜表面振纹的主要诱因。其次,为保证加工轨迹二阶导数的连续性,本文提出了三次样条插值与傅里叶级数拟合拼接的方法优化加工轨迹。最后,在优化加工轨迹的基础上,通过调整伺服系统的前馈参数,提高了进给轴响应能力,减小了因驱动质量和阻尼效应而产生的跟踪误差。口径800μm、深度26.7μm的微透镜阵列加工实验表明,采用优化的刀具轨迹和伺服参数,机床加工效率可以达到8Hz,进给轴跟踪误差小于300nm,消除了微透镜阵列的表面振纹。微透镜单元口径的尺寸误差约为设计值的1.075%,随机检测结果表明口径尺寸变化范围为2μm,加工一致性良好。三次样条插值与傅里叶级数拟合优化的加工轨迹可有效抑制进给轴的振动,改善了微透镜阵列表面质量。     

微透镜阵列快刀伺服车削进刀路径生成与优化研究

微透镜阵列作为一种非轴对称的复杂光学曲面,对轮廓精度及表面粗糙度的要求都非常高,在快刀伺服车削加工过程中,刀具补偿及其轨迹规划是非常重要的环节。首先介绍了刀具加工路径生成的基本流程,根据刀尖圆弧与工件曲面之间的几何关系,推导了刀位点坐标的计算公式;然后针对微透镜开口轮廓边缘区域,讨论了过渡区及其宽度和分布情况;最后提出了过渡区刀尖半径补偿优化算法,并基于MATLAB软件进行了加工仿真。结果表明提出的刀具路径优化方法能够有效提高微透镜轮廓边缘的加工精度。