对极薄切削若干问题的分析

针对超精密切削的实现条件，即锋利的金刚石刀具和高精度、高刚性的切削机床及其他周边技术的支持，对极薄切削进行了分析．在其他加工条件固定时，金刚石刀具的刃口钝圆半径影响稳定切削时的切削厚度，进而影响切削变形、切削力、切削温度、刀具磨损和已加工表面质量．最小切削厚度的获得是反映超精密切削加工水平的重要标志，因此对极薄切削进行分析具有重要意义．     

单晶铜纳米切削过程的研究

采用分子动力学三维模型研究单晶铜纳米切削过程，工件原子间相互作用力和工件与刀具原子间相互作用力采用Morse势计算．通过分析切削过程中瞬间原子图像、切削力、单位切削力和轴向切削力与切向切削力比值。发现在整个切削过程中有位错产生，在加工表面发生弹性恢复，但未发生切屑体积的改变，切屑以原子团方式去除，单位切削力和轴向切削力与切向切削力的比值比传统切削时大得多．单晶铜纳米切削过程是位错在晶体中运动产生的塑性变形．     

基于正负刚度并联的新型隔振系统研究

分析了正负刚度的概念，提出了通过正负刚度弹簧并联实现超低频隔振的新方法．并联负刚度弹簧不但显著降低了隔振系统的固有频率，同时也改善了系统的阻尼特性，提高了隔振系统产生高频内共振的频率．对所研制的正负刚度并联隔振系统进行的大量试验研究表明：由于并联了负刚度弹簧，隔振系统固有频率从6Hz降低到0．75Hz。隔振能力明显提高．     

纳米工程中大规模分子动力学仿真算法的研究进展

综述了借助分子动力学仿真方法研究纳米工程领域中的单晶材料纳米压痕、拉伸、切削和磨削,非晶材料的纳米压痕和多晶材料的塑性变形等方面.介绍提高单机仿真规模的Verlet列表法、Cell Linked链表法、网格邻近列表链表法和列表势等串行算法,还描述原子分解法、作用力分解法和空间区域分解法等通过增加CPU的数量使仿真规模得到大大提高的并行算法.同时,从串行算法和并行算法两方面对国内外学者在该领域的研究现状进行较全面的综述.最后,指出目前的分子动力学仿真规模还不足以满足需求,仿真算法还需本质上的突破.     

基于小波分析的钻头破损检测

采用小波分析技术对钻削过程中由于钻头破损导致的进给电机电流信号变化进行处理,运用了小波分析具有的自适应滤波特点,有效地提取了刀具破损信号特征,并与声发射信号融合,建立了方法简单、可靠度高的刀具破损检测系统,这种方法克服了单独使用电机电流法和声发射法的缺点。利用研制的系统在Makino Fanuc74-A20上进行了实测,测量结果表明利用所研制的系统检测φ1mm以上的钻头破损检出率达到了99％,完全能满足实际自动化加工系统的需求,从而证明小波分析的时－频特性能有效地显现出信号的局部变化,在融合声发射信号的条件下能大幅度减少刀具破损检测的误报率。     

脆性材料超精密车削中脆—塑性转变的研究

以脆性材料的印压和刻划理论为基础,研究了在垂直载荷和切向载荷共同作用下脆性裂纹的产生和扩展机理,提出用切向载荷当量系数和裂纹生成角两个参数来研究切向载荷对裂纹的影响。根据超精密金刚石车削脆性材料的切削模型,提出了满足镜面车削的条件,推导出了临界切削深度和最大进给量的计算公式。     

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。     

运用碳纳米管原子力显微镜针尖减小长程力作用的研究

减小探针和样品表面之间的长程宏观力是原子力显微镜获得高分辨率成像的关键。首先通过理论分析得出影响长程力的主要因素是探针的几何形状和尺寸。然后分别运用几何形状和尺寸不同的原子力显微镜的传统Si针尖和碳纳米管针尖对样品进行扫描试验研究,结果显示碳纳米管针尖较传统针尖获得了高分辨率的图像。这一结果表明,碳纳米管针尖减小了成像中宏观长程作用力的影响,是理想的原子力显微镜针尖。     

基于扰动前馈补偿的超精密机床伺服控制技术研究

为消除超精密机床伺服系统中各种扰动力矩及系统参数波动对控制系统性能的影响,研究了基于扰动前馈补偿与反馈技术相结合的控制方法。利用扰动前馈控制器实时补偿系统中的扰动力矩,而利用常规反馈控制器保证了系统的良好的动态特性,并将其应用于实际系统中。实验表明该控制策略使系统跟踪速度信号时对各种扰动有良好的抑制能力,系统的最大稳态跟踪误差小于±20nm。     

基于AFM微加工的单晶硅表层性质的研究

在纳米级材料去除率和极小载荷下,利用原子力显微镜(AFM)对单晶硅进行基于金刚石针尖的微加工,并且应用扫描电子显微镜(SEM)对微加工区域及切屑的元素特征进行分析,同时应用能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)对加工区域及非加工区域的化学成分组成进行对比分析.通过SEM观察发现无论在微加工区域内部还是在其边缘都不产生微裂纹及断裂破坏.元素分析表明微加工后去除的切屑因为松散且具有很大的自由表面面积所以容易被氧化,而加工区域内部的XPS分析结果显示出加工表层有非晶态二氧化硅的产生,深度值随加工时垂直载荷的不同在0.3～0.4nm之间变化.