微圆弧金刚石刀具修磨技术研究

微圆弧金刚石刀具是超精密加工中的重要应用工具,基于机械研磨法开展微圆弧金刚石刀具修磨技术研究。通过分析微圆弧金刚石刀具制备技术现状和制备难点,设计一种微圆弧金刚石刀具的修磨技术路线。通过修磨实验解决难磨、易磨方向定位,刀尖容易崩刃及精修刀尖圆弧等技术难点,制备刀尖半径R 8.2μm的微圆弧金刚石刀具。利用原子力显微镜和高倍光学显微镜进行观测,结果表明:前刀面粗糙度R_a=1.50nm,刀尖轮廓波纹度优于0.1μm,与进口高精度刀具指标相当。将其应用在微结构的超精密切削中,取得良好效果。      

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。     

超精密非球面磨削实验系统建模及实验

超精密磨削加工已广泛应用于轴对称非球面光学元件及硬脆材料的加工中,加工过程中砂轮的不平衡量和机床主轴引起的砂轮微小振动和摆动将直接影响工件表面质量：本文分析了加工过程中产生的微振动现象,建立磨削中振动引起工件表面轮廓误差的数学模型;没计一套微振动实验系统,建立系统动力学模型并进行实验研究。实验结果表明：优化选择砂轮转速、工件转速和加工进给速度,可有效减小砂轮振动,提高工件表面精度。     

微振动对超精密撞点加工精度影响

振动在加工中普遍存在,超精密撞点加工存在高速撞点加工精度差等问题,文章研究微振动对超精密撞点加工的影响,基于撞点各轴的振动误差,通过MATLAB构造出的振动仿真模型,发现适当降低X轴直线电机刚性、增强撞点加工中柔性铰链刚性可以抑制振动从而提高加工精度。根据仿真结果,进行了不同加工速度下的加工实验,验证结果表明,微振动对于撞点的超精密加工有很大影响,若加工速度超过35点/s,加工精度就会严重降低。该实验中采用微结构密集阵列加工机床,发现撞点加工速度维持在20点/s~30点/s,可以保证较高的加工精度。     

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。     

微结构几何参数对铝合金表面结冰性能的影响

目的 制备具有稳定性的抗结冰表面,并探讨表面微结构几何参数对表面结冰性能的影响.方法 以铝合金为基底材料,采用电火花线切割加工方法,在材料表面构建可控微米级尺寸沟槽与方柱阵列结构,对试件进行润湿性、结冰性能以及稳定性测试.结果 制备的微结构表面超疏水或者近超疏水.微结构表面具有优异的抗结冰性能,且方柱结构表面的抗结冰性...     

超精密车削工艺参数与表面质量关联性研究

为提高铝反射镜超精密加工的表面质量,介绍超精密切削的表面质量评价方法和影响表面质量的因素,分析各因素对表面质量的影响机制。采用单一变量法对Al6061进行不同工艺参数的单点金刚石车削实验,通过对比表面粗糙度和功率谱密度,研究各个工艺参数对表面质量的影响,并得出最佳工艺参数;最终加工出表面粗糙度为4.67 nm的光学表面。     

超声辅助切削微V形槽的切削特性研究

针对常规切削V形槽微结构时产生较多毛刺和凹坑等表面质量问题,对超声辅助切削微V形槽的切削特性进行理论分析和实验研究,并与常规切削的微V形槽进行对比。利用单晶金刚石刀具,通过改变切削深度和切削速度对黄铜这一延性材料进行切削试验。实验表明,超声辅助切削的切削力显著降低,加工边界的毛刺和凹坑等缺陷明显得到抑制,最小侧面粗糙度可达13 nm。超声辅助切削可以有效减少V形槽毛刺的产生,降低其侧面粗糙度,提高加工质量。     

超精密磨削加工微小振动模拟系统研究

文章分析了加工过程中产生的振动现象以及砂轮振动对工件表面精度的影响,设计了超精密磨削加工砂轮微振动的模拟系统.该系统可模拟实际磨削过程中砂轮径向、横向的微小振动和摆动,为研究不同的磨削加工参数下砂轮的振动及其对工件表面精度的影响奠定了实验基础.     

基于遗传算法精密机床立柱的多目标优化

立柱是机床的核心部件之一,其动态特性是决定超精密机床加工精度的重要因素之一。以精密光纤微V沟磨床的立柱结构作为研究对象,通过仿真实验的方法给立柱的刀具磨削点上施加谐响应力,获得立柱在0～175 Hz下的动态响应参数。综合利用中心复合实验设计、响应曲面法、多目标遗传算法对立柱结构的最大谐响应振幅、立柱的质量及一阶固有频率为目标变量进行多目标优化,获得立柱设计变量的Pareto解。结果表明：经过多目标优化设计后,立柱质量没有增加的前提下,立柱的最大响应振幅大大降低,从而提高立柱的动态刚度和机床的加工精度。     

基于微铣削的微结构尺寸与形状对PMMA表面疏水性的影响

目的 研究不同微结构尺寸参数和阵列形状对PMMA表面疏水性的影响.方法 使用精密微铣削方式,在光滑PMMA表面加工微沟槽、方柱、圆形及椭圆形阵列,并将测量的水滴的接触角和形状作为表面疏水性的表征指标.结果当微沟槽阵列的微槽宽度B、凸台宽度C及微槽深度H分别在84.86～208.77μm、36.22～133.94μm、6...     

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。     

电化学砂带复合加工回转沟槽表面的形貌与精度特性

目的通过电化学砂带复合加工实现回转表面上沟槽结构的光整。方法针对沟槽结构的特殊性,提出阴极悬浮定位方式控制加工间隙。通过对比有无电化学作用条件下砂带抛磨加工获得的表面形貌差异,以及分析加工过程中表面形貌的变化规律,研究电化学作用和机械作用对表面形貌与精度特性的影响机理。进行工艺参数对表面粗糙度和圆度影响的实验,获得单因素条件下各工艺参数的优化取值范围。进行正交实验和极差分析,获得各工艺参数对表面粗糙度和圆度影响重要性的排序。综合单因素和正交实验结果,确定面向表面粗糙度和圆度的工艺参数优化取值范围。结果砂带无轴向运动时,该工艺能实现小极间间隙条件下的稳定加工,同时获得良好的表面质量和加工精度。机械作用参数对表面粗糙度的影响程度大于电化学作用参数,砂带压力为主要因素;电化学作用参数对圆度的影响程度大于机械作用参数,加工电流为主要因素。结论对回转沟槽表面等磨具难以实现轴向运动的部位进行表面光整加工,电化学砂带复合加工是一种有效方法。     

微流控芯片注塑模具的微细电解加工

基于电解加工电极不损耗的优势,研究了一种微细电解加工微流控芯片注塑模具微结构的工艺,针对微小V型槽和微孔,解决微细电极在线制备和测量、微结构成形精度、群微结构加工等关键问题。加工实验结果表明:该工艺可实现曲线V型槽和群微结构加工,通过微细电解加工的模具具有较高的形状精度和表面质量。     

纵扭复合超声端面铣削表面微结构建模与试验研究

目的 对纵扭复合超声端面铣削加工表面微结构进行预测,以优化加工参数。方法 对纵扭复合超声端面铣削进行运动学分析,并在其基础上建立三维运动轨迹方程。对刀尖轨迹仿真,且研究该运动方式下的加工特性。通过对切削刃和工件离散化建立纵扭复合超声端面铣削表面微结构理论模型,并利用MATLAB进行三维表面仿真。对TC4钛合金进行超声振动切削试验。结果 理论仿真和切削试验结果均表明超声纵扭端面铣削时,随振幅的增加,由振动引起的表面微观结构特征愈加明显。扭纵幅值比增大时,加工表面微观结构凹坑效应弱化,At/Al=0.55时,加工表面呈条形片状微观结构。振动频率和主轴转速会影响表面微观结构单元的疏密程度。结论 加工表面微结构的生成与振动频率、振幅、扭纵复制比、切削速度等加工参数相关,铣削实验得到的加工表面变化趋势与表面理论模型吻合,该表面模型能够优化超声加工参数。     

经济信息

超精密非球面复合加工机由日本东芝机械开发的加工精度为0.01μm的ULD-1000A(H)型非球面复合加工机已开始在市场上销售。这是一种用金刚石刀具和砂轮加工非球面透镜模具镜面的,2轴同时控制进行切削和磨削加工的超精密复合加工机。工件轴及磨削轴采用由该公司自制的内装同步电动机的高刚性超精密空气静压主轴。对X、Z轴采用有限型V—V滚柱导准,因而可以实施形状精度的加工。数控设定单位为0.01     

自抗扰控制在快刀伺服系统控制中的应用

为了提高微结构自由曲面光学元件超精密加工中快刀伺服系统的跟踪精度和抗干扰性,引入自抗扰控制器。通过对快刀伺服刀架进行建模分析,得到惯性环节和二阶振荡环节串联的等效模型。根据低阶自抗扰控制器控制高阶系统的理论,设计出二阶三维扩张状态观测器,可对来自各种干扰源未知扰动的观测结果做出实时估计和补偿。设计出自抗扰控制器,并给出了参数整定的规则。数字仿真实验表明:自抗扰控制器具有良好的控制品质,应用在快刀伺服系统中可以提高控制系统的跟踪性能和抗干扰性。     

单位生产成本与加工精度的多工序车削优化

切削参数优化对于加工质量、生产效率、加工成本、产品利润具有非常重要的意义.数控加工过程中,单位生产成本和加工精度很大程度上决定了零件加工成本的高低和加工质量的好坏.建立以单位生产成本与加工精度为双目标的多工序车削优化模型进行切削参数优化选择十分必要.多工序车削模型同时充分考虑了粗精的刀具耐用度、切削功率、切削进给力、稳定切削区域、刀具表面切削温度及精车表面粗糙度等实际约束条件.运用高斯变异和多项式变异的NSGA-Ⅱ算法对多工序车削模型进行比较优化计算,优化实例表明多项式变异的NSGA-Ⅱ算法获得了更好的加工精度、单位生产成本的Pareto最优解集以及相应的粗精切削参数.用多项式变异的NSGA-Ⅱ算法得到的优化粗精切削参数进行切削试验,得到与NSGA-Ⅱ算法优化的加工精度、单位生产成本基本相符,为多工序车削切削参数优化提供了实践指导.     

具有沟槽微织构的超硬材料刀具切削仿真与实验研究

目的 探究微织构置入切削刀具表面对切削性能产生的影响.方法 在具有沟槽微织构的超硬材料刀具上,设计了切削仿真与实验.基于流体动压射流和流体二次润滑,以J-C准则作为车削的本构关系,采用ABAQUS进行仿真.在相同条件下,对有无沟槽微织构的超硬材料刀具进行了三维切削Al6061模拟,并结合刀具应力和前刀面切削温度,对切削性能进行了分析.采用飞秒激光工艺制备了新型沟槽微织构超硬材料车刀,并在CA6136车床上进行单因素切削实验.结果 刀具在置入沟槽微织构后,不仅降低了摩擦副间的接触面积,而且在切削液的双重作用下,瞬时高温现象也得到了缓解.在干切削条件下,沟槽微织构刀具的前刀面不具有较好的减磨抗粘能力,刀具磨损较快.在切削液润滑、流体动压射流现象和沟槽微织构共同作用下,刀具的摩擦磨损状况得到很大改善,使用寿命得到延长.结论 综合切削仿真与实验结果可知,微织构置入切削刀具表面能够提升刀具切削性能并缓解刀具磨损情况.     

德国泽查刀具公司开发的3种新型立铣刀

（1）超细微粒硬质合金立铣刀超细微粒硬质合金立铣刀系列（图1）是为满足超精密切削加工的需要而开发的,其径跳精度达到0．003mm,柄部精度为h4。该刀具采用了经过磨削和研磨加工的超细微粒硬质合金基体,并采用高水平涂层技术进行涂覆处理（图2）以及经过反复研究开发的最佳切削刃形状,使立铣刀能最大限度地发挥加工精度的优势,并具有较长的刀具寿命和最大的加工稳定性。