KDP晶体无磨料潮解抛光技术研究

综述了KDP晶体无磨料潮解抛光技术的研究现状,介绍了KDP晶体无磨料潮解抛光原理及优势,详细阐述了油包水型无磨料潮解抛光KDP晶体和乙醇—水型无磨料潮解抛光KDP晶体的研究进展,并对其前景进行了展望,提出了今后的重点研究方向。     

单晶MgO抛光基片表面吸湿潮解变化研究

将制备好的单晶氧化镁(MgO)抛光基片分别置于空气、干燥箱和真空环境中,采用光学显微镜、3D表面轮廓仪及X射线光电子能谱仪研究基片表面的吸湿潮解变化.通过研究发现,单晶氧化镁(MgO)抛光基片的吸湿潮解行为会严重破坏晶体结构,影响表面质量.在不同的环境下,吸湿潮解行为对表面的破坏程度是不一样的.     

KDP晶体超精密加工切削力的实验研究

KDP晶体是一种常用的非线性光学材料,广泛应用于激光变频、电光调试和光快速开关等高技术领域。文中通过实验研究了KDP晶体超精密切削加工的切削力特性,分析了切削深度、进给量对切削力的影响,并对KDP晶体和铝合金的切削力进行了比较。研究结果表明,立轴平面铣削KDP晶体的切削力Fz、Fy随着切削深度和进给量的增加而增加,但增加的速度远小于铝合金的切削力Fz、Fy增加速度。实验证明了在生产实际中加工KDP晶体时,在不影响加工表面质量的前提下,可以适当加大切削深度和进给量,从而提高切削效率。     

KDP晶体光学零件超精密加工技术研究的新进展

KDP晶体作为优质的非线性光学材料 ,被广泛的应用于激光非线性光学领域。由于大型KDP晶体具有一系列不利于光学加工的特点 ,因此被公认为是最难加工的光学零件。本文概述了KDP晶体超精密磨削和磁流变抛光的加工方法 ,阐述了KDP晶体光学零件单点金刚石加工技术的研究现状 ,并详细地分析了单点金刚石切削加工时机床精度、加工工艺参数、装夹变形、晶格方向变化、金刚石刀具几何参数、冷却液等对加工表面质量 (平面度、表面粗糙度、小尺度波纹等 )的影响     

端面铣削KDP晶体切削力试验研究

研究KDP晶体端面铣削过程中切削力的影响。理论分析和试验表明,端面铣削过程平稳,切削力对表面质量影响很小。并建立端面铣削KDP晶体的切削力指数经验公式。     

KDP晶体塑性域切削技术研究

通过对KDP晶体等脆性材料压痕实验中的塑性行为分析,说明了实现KDP晶体等脆性材料塑性域切削的可行性.通过对脆性材料的切削模型进行分析,阐明了刀具几何尺寸以及切削用量对KDP晶体切削过程的影响.分析已有模型的不足,同时提出了从微观角度建立材料脆性断裂判据,以完善KDP晶体塑性域切削机理的研究思路.     

KDP晶体各向异性对切削力的影响研究

对KDP晶体单点金刚石切削中动态切削力产生的原因及变化规律进行深入研究,以揭示材料各向异性对KDP晶体超精密加工切削力的影响。以微观塑性力学和断裂力学理论为基础,建立了切削力新模型,并优选出最佳晶体切削方向,以降低由材料各向异性引起的切削力波动对加工表面质量的影响。     

KDP晶体超精密切削各向异性的理论研究

KDP晶体作为优质的非线性光学材料被广泛应用于“惯性约束核聚变”固体激光器中,且被赋予相当严格的制造精度。本文利用剪切变形比能最大及单晶材料不同晶面晶向剪切弹性模量不同的原理,结合超精密切削模型,从理论上计算出不同晶面、不同晶向及不同刀具前角超精密切削条件下的剪切角,得到其在不同切削条件下的变化规律,并由此解释了切削加工中由KDP晶体各向异性所导致的工件表面粗糙度的各向异性。     

KDP晶体加工专用超精密机床数控系统开发

介绍了KDP(磷酸二氢钾)晶体加工专用超精密机床基于PMAC运动控制器的双CPU开放式数控系统,并详细说明了系统硬件构建和软件实现及伺服控制方法.超精密机床数控系统采用工业控制计算机作为上位机完成数控加工中的非实时任务,PMAC运动控制器作为下位机完成实时的控制任务.该系统应用于KDP晶体专用超精密机床加工铝试件,获得了Ra5.158 nm的表面粗糙度,验证了该数控系统的实用性和可靠性.     

KDP晶体超精密加工技术的研究

通过对KDP晶体等脆性材料的塑性域切削进行理论分析，研究实现脆性材料塑性域切削的条件。激光核聚变KDP晶体的3项主要技术指标是：表面粗糙度、波纹度和透射波前。通过分析影响这3项技术指标的因素。提出了实现KDP晶体精密加工的超精密机床和工艺参数。通过理论分析与实验。研究了晶向、刀具前角、刀具圆弧半径和进给量等参数对表面粗糙度的影响，最终给出KDP晶体精密加工的最佳工艺参数。     

KDP晶体表面残留颗粒的机器视觉检测方法研究

KDP晶体是一种优质的非线性光学材料,广泛应用于激光核聚变等军工、国防领域。KDP晶体材质特殊,需采用超精密加工技术进行加工,加工过程中的杂质和抛光清洗液中的纳米级羰基颗粒容易吸附在其表面,对其光学特性影响很大。采用机器视觉技术检测晶体抛光清洗后表面残留颗粒,使用光学显微镜获取表面微观图像,经过图像存储、图像增强、边缘检测和图像分割等操作,将残留颗粒特征提取出来,然后进行图像标定、图像测量得到残留颗粒分布状态,对于评价KDP晶体清洗结果、指导清洗过程和保证晶体表面质量有重要作用。     

大口径KDP晶体装配附加面形畸变抑制工艺优化

在高功率固体激光装置中,大口径KDP晶体的面形畸变控制是影响终端光学组件倍频转化效率的关键因素之一。为了提高大口径KDP晶体的装配附加面形质量,提出了一种点支撑装配附加面形畸变抑制工艺方法。首先,通过遗传算法对支撑点及其分布进行优化设计。然后,采用有限元分析方法对KDP晶体的装配预紧工艺进行优化设计。最后,开展优化后的装配工艺对KDP晶体装配附加面形畸变的抑制和倍频转换效率的实验验证。实验结果表明：提出的工艺方法对KDP晶体装配附加面形畸变具有良好的抑制效果,实测面形PV值为6.51μm,二倍频转化效率可达72.6%,且重复装配的一致性良好。该方法大幅提升了晶体倍频效率和远场光斑质量,并在工程上得到应用与推广。     

KDP晶体微塑性域增强金刚石切削方法研究

针对KDP在SPDT切削过程中容易产生凹坑、划痕、裂纹等表面缺陷问题,提出利用热激励的方式增大KDP晶体塑性切削域深度,降低各向异性、机床运动误差、环境振动等因素对加工过程的影响,进而提高SPDT切削加工过程稳定性的方法。通过纳米压痕试验获得了KDP晶体表面在不同温度状态下的硬度和脆塑性转变深度变化规律,并在SPDT机床上采用金刚石刀具开展了KDP晶体飞切划痕实验,进一步验证了适当提高KDP晶体温度可以增大KDP晶体脆塑性转变临界切削深度。在此基础上,对KDP晶体开展了不同温度状态下的切削实验,实验结果表明在相同工艺参数下,随着温度的升高,表面粗糙度Sa值从3.2nm降低至1.6nm。     

KDP晶体单点金刚石飞切轨迹波纹误差辨识研究

频率辨识是消除或抑制KDP晶体超精密金刚石飞切轨迹波纹误差的重要前提。针对该问题,提出了一种基于空间频率变换的飞切轨迹波纹误差辨识方法。该方法通过提取表面飞切轨迹上的轮廓幅值,计算其波纹误差的空间频率,然后采用飞切线速度进行转换,获得时间域上的频率值,实现波纹误差特征频率的准确分离。将误差特征频率与切削振动频率、机床气浮主轴系统的固有频率进行对比分析,明确了气浮主轴在断续切削力作用下产生的自激振动和来自电机的受迫振动是导致KDP晶体金刚石飞切波纹误差的根本原因。在此基础上,通过对主轴驱动及结构的优化,工艺实验结果表明,大口径KDP晶体飞切后的PSD1(2.5~33mm)频段内波纹误差RMS值由53nm降低至12nm。     

KDP晶体表面质量主要影响因素的研究

针对KDP晶体超精密加工过程中出现的表面波纹度和粗糙度问题,采用二次通用回归旋转组合优化设计法及单点金刚石飞刀切削(SPDT)技术,对KDP晶体进行切削实验,对加工过程进行在线监测,利用多因素交互作用分析KDP晶体表面波纹度和粗糙度的影响规律。最后利用偏最小二乘法及lingo软件获得最佳加工工艺参数组合,即当刀具圆弧半径为9mm;转速为800 r/min;进给量为9.184μm/r;背吃刀量为21μm时,加工出KDP晶体的表面波纹度值为0.020μm,表面粗糙度值为0.017μm,对后续能够加工出更大口径(400×400)mm的高质量KDP晶体以满足航空航天领域应用具有重要的实际意义。     

KDP晶体卧式飞刀切削加工表面质量影响因素及其规律的实验研究

研究了KDP晶体卧式飞刀切削加工时刀具前角、进给量及背吃刀量对晶体表面粗糙度和表面波纹度的影响规律;比较分析了KDP晶体卧式与立式两种飞刀切削加工方法的各自优势和两种切削加工方式下切削参数对工件表面质量影响规律的异同.     

KDP晶体加工表面的亚表面损伤检测与分析

采用截面显微法和择优蚀刻法分别对磷酸二氢钾(KDP)晶体从线切割样品制备到磨削、抛光亚表面损伤进行检测,利用OLYMPUS MX40光学显微镜对表面腐蚀现象与亚表面裂纹形状进行观测,并对裂纹深度进行测量。结果表明,由线切割产生的亚表面损伤裂纹形状以"斜线状"为主,裂纹深度最大值为85.59 μm;由#600砂轮磨削产生的亚表面损伤深度最大值为8.55 μm。在(001)晶面出现了四方形的分布密度较高的位错腐蚀坑;而在三倍频晶面上出现的是密度较低、形状类似梯形的位错腐蚀坑。该研究为KDP晶体亚表面损伤提供了一种检测与分析手段。     

KDP晶体精密机床静动态特性及实验模态分析

为保证KDP晶体加工中表面粗糙度、表面波纹度和透射波前三项技术指标,需解决KDP晶体单点金刚石飞刀切削超精密机床加工稳定性和精度差的问题。通过ANSYS Workbench软件对机床进行静态分析,利用有限元模态分析得到机床整机的变形云图和振型云图,并分析了机床结构的固有频率与振型之间的关系。结果表明,主轴箱为机床的薄弱环节,需改变主轴箱内部筋板结构及提高导轨结合面的接触刚度。基于LMS SCADAS进行的机床整机实验模态分析结果与有限元分析之间的最大误差为10.75Hz,验证了有限元分析结果的正确性,并为下一步机床的优化设计奠定了基础。     

KDP晶体表面波纹度的分析与研究

针对工艺参数对KDP晶体表面波纹度值的影响问题,基于二次通用回归旋转组合方法优化KDP晶体单点金刚石飞刀切削工艺参数组合,采用单因素和多因素法分析各因素对表面波纹度的影响规律,并以此为基础优化工艺参数,进行KDP晶体切削实验。试验表明:各因素对表面波纹度的影响程度大小顺序为:进给量二次项、进给量、转速、转速与进给量的交互作用。优化出表面波纹度值最小时的加工工艺参数组合:刀具圆弧半径为9mm;转速为633r/min;进给量为11.8μm/r;背吃刀量为21μm,利用此组工艺参数加工出KDP晶体的表面波纹度为0.02μm。     

KDP晶体飞切加工主轴气膜波动分析

大口径KDP晶体因其特殊的物理材料属性,常通过单点金刚石飞切加工[1].提出了一种基于大涡模拟的气膜波动模型,针对空气静压轴承内部结构,研究涡流的运动变化,通过对流场时变特性的分析得到气膜波动形成的原因,以便更好地理解主轴气膜波动对于飞切加工的影响,为提高加工精度和效率奠定理论基础.