磁流变抛光驻留时间算法

针对磁流变抛光去除量与驻留时间呈线性关系特点,本文以Preston方程为依据,根据磁流变抛光专用机床的运动形式,提出了基于矩阵的磁流变抛光驻留时间算法,该算法通过调整各点驻留时间控制光学器件表面的去除量,达到面形误差修正的目的,适用于非球面等可用通用光学方程表示的回转对称曲面.仿真实验结果表明,采用该算法仿真加工可以使球形表面面形误差收敛至十几个纳米.通过对K9光学玻璃球面进行的磁流变抛光实验,获得了表面粗糙度Ra0.636 nm的球形表面,面形精度P-V值由抛光前的158.219nm减小到52.14 nm,验证了驻留时间算法的合理性.     

油基磁流变液的开发及抛光性能研究

磁流变抛光技术可用于具有超光滑要求光学元件的超精密制造。在明确磁流变抛光机理的基础上,开发了油基磁流变抛光液,其体积比配方是:33.84%的羰基铁,57.34%的硅油,6%的氧化铈,2.82%的稳定剂。抛光液初始粘度达到0.5Pas,流变性具有较大范围的稳定性能。实验中,利用磁流变液在外磁场作用下形成的强剪切应力对一平面K9玻璃进行了可控抛光,结果证明其具有良好的抛光特性,抛光23分钟后工件表面粗糙度降低到0.6739nm。     

磁流变抛光连续加工状态下去除函数稳定控制

在长时间连续加工情况下,即使稳定控制工艺参数,磁流变抛光材料去除效率仍会出现下降.通过仿真认为,去除效率的下降对于大口径工件的高精度修形而言不可忽略.通过材料去除机理分析、磁流变液微粒观测以及X射线衍射测试,认为去除函数发生变化是磁流变液中抛光颗粒消耗所致.基于液体抛光效率随抛光颗粒浓度增大而趋于饱和的规律,提出了定时定量添加过饱和磁流变抛光液使去除函数得到稳定控制的方法.通过实验,去除函数体积去除效率在达到饱和后波动率小于1!.最后对大口径光学元件进行修形,验证了控制方法的有效性.     

铝合金反射镜磁流变抛光表面质量控制的参数优化

基于化学机械抛光(CMP)技术的基本原理,选取合适的抛光液,研究了铝合金反射镜磁流变抛光过程中材料的去除机理,分析了磁流变平坦化加工的可行性,并通过单因素实验确定了最优参数,最后研究了相应去除函数的稳定性.实验结果表明,铝镜经磁流变抛光后获得了较高的表面质量,表面粗糙度达到Ra=5.593 nm,且去除了车削时产生的纹路;铝镜磁流变去除函数稳定,去除效率较高.     

磁流变抛光高精度光学表面中的工艺参数

对磁流变抛光进行高精度光学表面加工中必须考虑和控制的7类参数,即磁流变液黏度、磁场强度、磁流变液流量、抛光轮转速、锻带厚度、切深以及抛光斑点特性进行分析和优化,得出单因素条件下材料的去除量总是同这7类参数的变化存在一定的内在联系．在分析和优化磁流变抛光过程中这些参数的基础上,采用自研的KDMRF-1000机床对一块K4材料口径100mm的平面镜进行了抛光加工实验．经过两次循环大约200min的抛光后．面形误差值由最初的峰谷值（PV）为262nm,均方根值（RMS）为49nm收敛到最终的PV为55nm,RMS为5．7nm实验中面形误差的收敛表明：只要掌握了磁流变抛光过程中的这7种参数的变化规律,就能充分利用磁流变抛光技术,为高精度光学表面的加工提供可靠的保障．     

小口径永磁球头磁流变抛光工艺研究（英文）

针对半球谐振子最小曲率半径2 mm难以被传统轮式磁流变抛光的难题,提出一种直径4 mm的永磁球头磁流变抛光技术,研究了其去除函数和工艺参数.结合滑动轴承润滑流体动力学分析方法,建立小口径永磁球头磁流变抛光区的三维去除模型.采用二维有限差分、松弛迭代法等数值方法对模型进行求解,结果为抛光区形貌与剪切力速度乘积图极其相似,而与压力速度乘积分布完全不同,证明了工件表面材料去除是以剪切力去除为主,而不是以正压力去除为主,并且采用剪切力与抛光相对速度建立去除函数.通过计算可以得到Preston方程中中间区域的K平均值为8.93×10-13m2/N.单因素实验结果表明当最小加工间隙越小,主轴转速越大时,材料去除率越大.本文为不同情况下选择最优工艺参数提供了理论基础.     

磁流变抛光光学曲面的两级插补算法

根据磁流变抛光的加工特点,本文提出一种加工光学曲面的粗、精两级插补算法。粗插补算法控制工件的面形,精插补算法采用PVT模式,可实现对磁流变抛光光学曲面复杂过程的控制。仿真结果表明,采用该插补算法加工R41.3mm、口径20mm的球面工件,插补误差小于0.45nm,磁流变抛光该尺寸的K9光学玻璃,获得PV57.911nm的面形精度。     

微射流抛光机理仿真及实验研究

为实现193 nm投影物镜光学元件的超光滑加工,介绍了一种非接触式微射流超光滑表面加工方法,对该方法的材料去除特性和超光滑加工效果进行研究.首先,采用计算流体动力学理论对其材料去除机理进行了仿真研究,通过对微射流流场的压力、速度和表面剪切力的分析得到其去除函数形状与表面剪切力的分布相反,呈现W型.随后,采用正交法对各工艺参数对抛光效果的影响进行了综合分析,结果表明材料去除效率随入射速度和磨料浓度的增大而增大,随工作距离增大而减小,并且工作距离具有显著影响,为实验研究中工艺参数的选取提供了指导意义.最后,在自研的微射流抛光机床上对一平面熔石英进行了抛光实验,加工样件表面粗糙度均方根值由初始的1.02 nm降为0.56 nm.实验结果表明,微射流抛光技术可以用于光学元件的超光滑加工.     

永磁流变抛光中磁流变液的性能研究

利用永磁流变抛光技术制造超光滑光学元件是一项极具前景的超精密制造技术.本文在明确磁流变抛光机理的基础上,主要对一种新颖的油基磁流变抛光液进行了配制,并对其主要性能如流变性、稳定性进行了试验研究,所获得的油基磁流变液的初始粘度达到0.5 Pa·s,流变性具有较大范围内的稳定性.对油基磁流变液抛光性能的试验研究证明其具有良好的抛光特性,抛光23min后工件表面粗糙度降低到0.6739nm.     

光学加工中抛光垫特征对工件面形的影响分析

抛光是光学加工中获得超精密表面的主要手段.为明确抛光垫特征对平面光学元件抛光面形的影响规律,分析了抛光垫与工件之间的界面接触形式,并建立接触力学分析模型,运用有限元方法分析了工件与抛光垫之间的接触压力分布情况,获得了抛光垫厚度及表面球半径等特征对抛光压力分布的影响规律.基于理论分析结果,提出了一种新的平面抛光面形控制技术.在实验中对一块尺寸为430 mm×430 mm×60 mm的熔石英元件进行了加工,通过将抛光垫表面修整为微凸面,同时对抛光转速比进行精确控制,实现了工件面形精度的快速收敛.