自由曲面光学元件气囊抛光进动运动控制技术

针对自由曲面光学元件的加工特点,研究气囊抛光自由曲面光学元件进动运动控制技术,用于求出气囊工具进动过程中两虚拟轴的转角,实现对气囊自转轴空间位置的控制.以气囊自转轴为研究对象,由于自由曲面光学元件上每个点的法线三维坐标都不相同且气囊进动抛光过程中气囊自转轴与工件加工点局部法线夹角不变,提出建立基坐标系和抛光点对应三维空间坐标系的方法,得到抛光过程中气囊自转轴的空间位置变化情况,而后利用旋转坐标变换得到气囊抛光进动运动控制模型;在所建立的自由曲面光学元件气囊抛光进动运动控制模型中加入控制算法,求出抛光自由曲面光学元件各点时气囊工具两个虚拟旋转轴的转角.利用Matlab对自由曲面光学元件不同方向截面进行仿真抛光试验,得到自由曲面各方向上气囊抛光进动运动曲线以及仿真进动角曲线,结果证明了自由曲面光学元件气囊抛光进动运动控制模型及控制算法的正确性.     

基于数控指令修正的数控内圆磨床几何误差补偿

为减小各几何误差对机床加工精度的影响、提高机床加工精度,以数控精密内圆磨床为研究对象,基于多体系统理论及齐次坐标变换原理,得到磨床的空间运动误差模型,建立几何误差与运动位置之间的映射关系。对加工补偿点的确定方法及数控指令修改方法进行研究,得到精密加工数控指令;通过软件进行阶梯轴试件的加工仿真验证,分别得到补偿前后的数控指令,并选取5个补偿点;补偿前后到理想位置的空间误差分别从0.616、0.607、0.614、0.295、0.376 cm减小到0.354、0.398、0.376、0.188、0.255 cm,分别减小42.5%、34.4%、38.6%、36.3%、32.1%。结果表明：通过修改数控指令能够提高机床加工精度。     

基于FMECA与FTA的数控磨床数控系统可靠性分析

数控系统是数控磨床的关键子系统之一，其可靠性水平决定数控磨床整体质量。采集某系列数控磨床的故障数据，对数控系统进行可靠性分析。采用故障模式和影响性分析法，求出数控系统对整机的危害度；利用故障树分析法进行分析，求出最小割集，确定造成数控系统故障的直接原因。针对故障原因，提出改善措施，以提高数控磨床整体可靠性。研究结果能够为数控磨床的设计和制造提供参考。     

高热流密度电子元件中热管散热技术的进展

散热器的散热性能是影响电子元件使用寿命与安全性的重要因素,热管以其空间尺寸小、冷却能力高、无需消耗动力等优点在高热流密度元件的散热技术领域得到广泛应用.文中总结了热管散热器整体结构设计的创新尤其是热管的不同排布和组合,研究了热管元件性能的提高包括热管内部吸液芯的改进、复杂结构吸液芯的制造,分析了纳米流体工质的引入对换热效果的强化,介绍了散热器热性能分析和参数优化的相关方法.通过分析总结国内外研究成果,提出了新概念热管散热器的结构设计、纳米流体理论模型及复合吸液芯的加工制造等方面的发展趋势与展望.     

大口径轴对称非球面气囊抛光进动运动建模及控制

研究大口径轴对称非球面气囊抛光进动运动建模及控制。分析气囊抛光机构及大口径轴对称非球面抛光进动工艺特点,确定以气囊自转轴线与气囊交点为研究对象,以气囊球心为原点建立气囊进动基础坐标系,根据大口径轴对称非球面连续进动抛光中各抛光点气囊自转轴与局部法线夹角值(即进动角)不变的原理,在分析每个抛光点时建立与其对应的坐标系,得到抛光该点时气囊自转轴与气囊交点在该点对应坐标系中的值,而后进行坐标变换,将抛光任意点时气囊自转轴线与气囊交点的位置换算至气囊进动基础坐标系中;根据大口径轴对称非球面方程、加工控制模型及前述的坐标变换运算结果,利用矩阵变换得到大口径轴对称非球面抛光的进动运动模型;在上述的运动模型中加入最有效率控制算法后进行运动学仿真,得到大口径轴对称非球面抛光的进动运动曲线,并通过仿真气囊自转轴线跟随加工点法线变化的趋势及比较仿真进动角与实际进动角验证所建立运动模型及控制算法的正确性。     

基于数控磨床FMECA与模糊TOPSIS的FMEA方法研究

根据收集的故障数据分别对数控磨床的进给系统进行基于故障模式影响及危害性分析（FMECA）和模糊逼近理想排序法（TOPSIS）的FMEA方法研究。利用FMECA方法对系统进行了故障模式分析、故障原因分析和危害度分析;根据故障模式对系统的危害度,对故障模式进行风险排序。采用基于模糊TOPSIS的FMEA方法,对故障模式进行模糊语言评价,根据引入的三角模糊数进行量化,构建模糊决策矩阵并且规范化处理;基于熵权法确定3个风险因子的权重并构建加权规范化模糊决策矩阵。采用TOPSIS计算出各故障模式的相对贴近度并进行风险排序。结果表明：2种方法的实验结果相互验证了其可行性,基于模糊TOPSIS的FMEA方法更准确、实用。     

碳纤维复合材料激光加工成本优化

碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)具有高强轻质的优点,广泛应用于航空航天、汽车等行业.其传统的机械加工方式存在成本高、效率低及加工质量差等问题.激光加工通过对不同工艺参数的适当控制,可以实现微型化、超精密的切割.目前国内外学者在激光加工质量方面已取得较多成果,但缺少对加工成本的研究.分析了激光加工的成本构成,建立了激光加工工艺参数与加工成本的数学模型.并将该模型与已建立的激光加工热影响区宽度预测模型相结合,作为目标函数,采用NSGA-Ⅱ算法对工艺参数进行优化.获得了Pareto前沿面和Pareto最优解,可根据加工成本预算或所需要的热影响区宽度进行参数选择,完成对激光加工成本及加工质量的可控研究,对激光加工碳纤维复合材料的实际工程应用具有一定的参考价值.     

微流控芯片磁性抛光工艺参数优化

以提高微流控芯片表面质量为目的,进行磁性抛光微流控芯片的关键工艺参数优化研究.首先,设计单因素实验组,根据实验结果,得到磁性抛光关键工艺参数对其抛光质量的影响规律:随着抛光间隙的减小,芯片表面粗糙度由0.327μm增至0.045μm,后又降至0.130μm,其最佳抛光间隙为1.5 mm;主轴转速对抛光质量的影响并不显著,改变转速进行抛光后芯片表面粗糙度保持在0.045～0.055μm,其最佳范围为400～800 r/min;微流控芯片表面粗糙度随着抛光时间增加而提高,最高表面粗糙度为0.018μm,相对而言,最佳抛光时间为30 min.此外,磁性复合流体(magnetic compound fluid,MCF)抛光质量受加工间隙影响最大,受抛光时间的影响略大于主轴转速.实验结果表明,通过对磁性抛光的关键工艺参数进行优化,可以将微流控芯片的表面粗糙度从0.510μm提高到0.018μm,由此可进一步探索磁性抛光技术应用于微流控芯片的确定性抛光.     

离轴楔形非球面平行磨削及补偿技术研究

针对精密光学系统中对高精度离轴楔形非球面透镜的加工要求,提出采用由倾角可调三轴摆动式数控夹具系统和精密磨床数控系统(Computer numerical control,CNC)协调完成离轴楔形非球面透镜的高效加工方法。设计三轴摆动式数控夹具机构及控制系统相关程序,完成夹具制造及调整,在数控精密平面磨床上实现对离轴楔形非球面平行磨削加工。倾角可调夹具的设计简化原有的加工工序,提高加工效率。根据平行磨削加工原理对加工插补误差和工件形面误差进行模拟计算,结果表明:夹具旋转误差以及工件的形状尺寸会对加工精度产生较大影响。根据模拟结果和平行磨削方法原理,设计工件加工误差的在位补偿方法。通过平行磨削加工及补偿试验证明:在位补偿方法可以有效提高工件的加工精度。     

确定性抛光非球面光学元件残余误差的评价方法

研究非球面光学元件确定性抛光中表面残余误差的评价方法。对两种非球面残余误差的评价方法,分别为轴向误差法和法向误差法,进行理论研究。指出非球面的残余误差理论上应使用法向误差法来评价,并提出一种基于轴向残余误差求解法向残余误差的方法,继而对二者进行比较发现两者存在一定的偏差,并且差值从非球面的中心向边缘方向逐渐增大。以气囊抛光和数控小磨头抛光为例,通过试验表明使用轴向误差法评价残余误差,进行确定性抛光引入了不同程度的加工误差,引入的加工误差的大小与非球面光学元件的口径和顶点曲率半径的比值(即"相对孔径")成正相关,故对于相对孔径较小的非球面光学元件在确定性抛光中可使用轴向误差法替代法向误差法作为残余误差的评价方法,反之,则应使用法向误差法。