振动影响下金刚石车削表面的形貌仿真

超精密车削加工中,影响工件表面形貌的主要因素有刀具的几何形状、进给速度、主轴转速、刀具与工件的相对振动等,考虑这些因素,对超精密加工的三维表面形貌进行建模,并通过仿真分析刀具轮廓在工件径向截面内可能发生的剪切现象。验证结果表明,用该模型仿真超精密端面车削的工件表面能得到较好的效果。利用该模型可以模拟刀具切削运动的轨迹、预测工件表面三维微观形貌及二维截面轮廓形状等表面特征,并可将其作为实际切削加工中切削参数优化的理论指导。     

超精密铣削机床的开发

在大多数情况下,亚微米级的超精密加工是通过使用金刚石车削或高速切削得以实现的。典型的产品是磁盘或平面扫描装置多角镜的激光基片。工件的几何形状通常局限于诸如非球面,球面或平面断面之类的轴对称表面。预计将来对具有更复杂表面形状的精密产品会有强烈需求。典型的以轴对称镜片或微结构表面的模子为例。由此开发了一种超精密铣削机床。该机床能够加工具有光学质量的雕刻表面和总体尺寸仅几微米的小物体。     

光学阵列器件的慢刀伺服车削加工技术

慢刀伺服技术是相对于快刀伺服提出的方法.采用C轴、X轴、Z轴联动的方法在极坐标或圆柱坐标内进行加工.光学阵列如微透镜阵列、微反射镜阵列在高速数据、声音和视频信号传输中具有重要作用.将光学阵列看作一个自由曲面,使用慢刀伺服车削技术一次加工成形,可以解决传统加工中将光学阵列分块加工后拼装和调整的困难.但是由于光学阵列表面形状复杂,其表面法线的突变可能会使机床运动超出伺服轴执行能力.根据慢刀伺服加工技术的特点,建立了伺服轴执行能力限制曲线,研究了不同刀具半径补偿方式对加工的影响.实验结果表明,根据机床伺服轴执,厅能力合理选择刀具半径补偿方式可实现微光学阵列器件高精度加工.     

采用扭轮摩擦传动的超精密定位系统

为了进行超精密定位,我们提出了运用扭轮摩擦传动。要提高常规的扭轮摩擦驱动的定位精度,所提出的方案有两个主要特征:(1)主动轴与从动轴之间的扭角非常小。(2)从动轮由液体静压轴承支撑。扭轮是一种机械上的丝杠,小的扭角使得摩擦驱动的导程小于0.1mm,静压轴承的应用对于提高从动轮的旋转精度,以及消除旋动过程中波动对定位精度的影响是有效的。实验结果证明,定位分辨率小于10nm,这种扭轮摩擦传动特别适合超精密定位。     

四轴超精密车床的改进坐标驱动装置

带微进给方式步进电机的PC控制轴系驱动装置可生产光学质量的表面。超精密车床可生产诸如球体和非球体之类的集合体,其表面粗糙度≤5nmRa,可用于光学装置的反光镜或空气轴承转轴的超精密零件。     

采用扭轮摩擦传动的埃级定位系统

我们提出了一个具有埃级分辨率的定位系统。这个系统有一个由液压导轨驱动的工作台和一个安装在工作台内的扭轮摩擦传动系统。摩擦传动把交流伺服电机的旋转运动转换成工作台的线性运动。扭轮摩擦传动特别适合超精密定位。因为它的导程可以小于0.1mm,用一个光纤传感器检测工作台的位移,计算机控制交流伺服电机的转角,最后得到0.2nm的定位分辨率。这种系统的行程可以达到几百毫米。这样,证实了扭轮摩擦传动是适合埃级定位的系统。     

超精密加工机床及其新技术发展

介绍了超精密加工技术、应用背景、发展动向以及超精密加工关键技术的一些最新成果。从超精密加工技术推广应用的角度阐述了其精度目标、模块化、廉价化发展趋势 ,同时就如何发展超精密加工技术全面介绍了目前机床模块化部件、传动系统、检测环节、数控系统和环境控制等领域的最新研究水平和成果。     

成果转化

亚微米超精密车床融机械、电子、光学、检测和计算机控制等领域中的高技术为一体,是我国自行研制的第一台计算机控制亚微米级精度超精密车床。用金刚石刀具在这台车床上,可加工各种有色金属材料。某些半导体材料和非金属材料加工零件表面粗糙度Ra≤0.02微米(镜面),零件尺寸、形状一致性误     

叶片数控加工关键技术及切削参数优化

从涡轮叶片的叶型特点出发,综述了叶片数控加工的方法及技术的发展现状,并着重论述了叶片数控加工的几项关键技术叶片造型、叶片加工方式与刀具路径规划、叶片加工变形控制等.以表面粗糙度与切削效率为评价指标,完成了以切削深度、主轴转速、每齿进给量和走刀行距为切削参数的叶片铣削工艺试验研究,通过极差分析法考察了切削参数对表面质量和加工效率的影响规律,最终得到叶片铣削的最优工艺方案.     

超精密加工技术与现代武器制造

1 超精密加工技术概要 超精密加工技术是适应尖端技术的需要而发展起来的一种新工艺。它综合应用了机械技术发展的新成果及现代电子技术、测量技术和计算机技术等新技术,是航空、航天、电子、原子能、机械、仪表等技术极为重要的基础技术,而其本身的发展又促进上述各     

超精密机床变分法精度分析及其应用

本文介绍了一种基于变分法的机床精度分析方法,以及这一方法在超精密机床精度分析中的应用。以超精密气浮花岗石车床为研究对象,建立了车床成形系统的数学模型,对车床的输出精度进行了理论分析,指出了加工误差中各成分的来源及物理意义。最后还探讨了变分法精度分析在超精密机床设计中的应用     

音圈电机驱动的超精密快刀伺服系统的性能研究

基于快刀伺服系统的超精密金刚石车削加工技术是光学自由曲面高效率、高精密的加工手段。本文介绍了一种新的音圈电机驱动的超精密快刀伺服系统,行程达到30mm,最大加速度为920m/s₂。通过实验手段获得了系统的运动模型,来用于控制器的设计。针对一类典型的光学自由曲面-微透镜阵列进行了加工,并对加工结果进行了测试与分析。测试结果表明,所研制的快刀伺服系统达到了加工技术要求,为以后该系统在实际加工中更广泛的应用研究打下了基础。     

超精密加工在线检测与误差补偿的理论与方法

超精密加工技术是高新技术、现代机械、电子产业以及国防工业的重要支柱,已成为技术发达国家重要的竞争目标。我系自１９８２年以来开展超精密加工技术的研究已有十多个年头了,取得了重要进展和重大突破。本文就所进行的研究工作,综合介绍了超精密加工中的若干理论与方法,包括形状误差在线检测的误差分离、误差补偿控制、微进给机构的非线性建模、微位移检测等内容,最后介绍了我系所取得的主要成果。     

精密加工中顶尖、中心孔形状误差对工件圆度的影响及其作用机理

对于轴类零件精密、超精密车削和磨削加工,顶尖夹持是最常见的夹持方式。本文分析了精密加工中顶尖夹持误差对工件圆度的影响,通过分析工件回转轴线的轨迹变化及夹持的径向接触刚度与顶尖、中心孔圆度误差的各阶谱成份之间的关系,论述了顶尖、中心孔形状误差对工件圆度的影响及其作用机理。探讨了顶尖夹持方式下提高工件圆度的有效途径。     

快轴伺服系统的设计与性能测试

研制了用于加工非回转对称光学元件的快轴伺服系统(FAS)的整体结构及其控制系统,系统具备较大行程和高工作频率,最大的行程可达到30mm。系统采用了音圈电机驱动的气体静压轴承技术、线性电流放大器、高分辨率编码器以及高速控制系统。对不同截面形状气浮导轨的静、动态特性进行了有限元分析。系统采用PID反馈和速度/加速度前馈控制方法来改善系统的动态性能。FAS系统0.1mm阶跃响应的上升时间为2ms,最大超调量为0.4%,稳态时间为4ms,对铝件进行超精密切削实验,表面粗糙度可达Ra24nm,实验结果表明系统具有较好的动态和切削特性。     

塑性状态下光学及电子镜面的亚纳米级精密磨削

本文讲述了由PC机控制的多用途超精机床(MPUMT)的设计及光学镜平滑表面的加工。已研制出的机床可用于磨削、切削、研磨或抛光塑性状态下的硬脆材料。作为建立新的加工系统的关键部分,采用了大型磁致伸缩调节器(GMA),在没有放大器元件的情况下,它具有大功率的输出和大于压电陶瓷调节器几倍的纳米级的位移。切削DOC的深度和控制塑性状态过程的微塑性区域能够被调节器设置为具有高于1nm的精度,并能用金刚石磨削砂轮研磨。在当前研究中所用到的镜为多晶体、非晶体,也有加固玻璃。磨削实验的结果表明,已研制出来的超精机床能够实现对塑性状态下的玻璃和陶瓷材料的加工。材料特性参数和微裂纹之间的关系已被检测到,适用于大多数被研究玻璃的脆性到塑性磨削方式的转换已经确定。运用AFM、SEM和ZYGO对磨削表面进行了分析,例如BK7和TRC5(新材料;加固玻璃)的磨削表面分别具Ra=0.15nm和Ra=0.32nm的表面粗糙度。     

纳米金刚石磨料磁流变抛光材料去除机理与工艺研究

理论分析与实验验证表明,纳米金刚石磨料磁流变抛光材料去除机理是塑性剪切去除.在KDMRF-1000F磁流变抛光机床上进行工艺实验,研究抛光轮与工件表面的间隙、抛光轮转速、磁场强度对峰值去除效率和表面粗糙度的影响.工艺实验表明,去除函数具有良好的稳定性和重复性,2.5h以内峰值去除效率稳定在±0.3%以内,体积去除效率稳定在±0.5%以内.直径202mm(有效口径95%)的HIP SiC平面镜采用子孔径拼接测量方法,经过磁流变粗抛(30h)和精抛(9h)后,面形误差PV值0.13μm,RMS值0.012μm,表面粗糙度RMS值2.439nm.     

基于神经网络的超精密机床伺服进给非线性模型辨识

以双轴Ｔ型结构的超精密金刚石车床的伺服进给系统为研究对象,采用自构造神经网络技术,建立了系统的非线性动态数学模型,为系统非线性控制与补偿提供参考模型     

化学气相沉积碳化硅超光滑抛光机理与表面粗糙度影响因素

为实现化学气相沉积碳化硅(CVD SiC)的超光滑抛光,采用纳米划痕试验研究了化学气相沉积碳化硅脆塑转变的临界载荷,根据单颗磨粒受力对其抛光机理进行了分析,并从材料特性、工艺参数以及抛光液pH值三个方面对其表面粗糙度影响因素进行了系统的试验研究.研究结果表明:化学气相沉积碳化硅的稳定抛光过程是磨粒对碳化硅表面的塑性域划痕过程;CVD SiC的晶粒不均匀与表面高点会降低晟终所能达到的表面质量;表面粗糙度在一定范围内随磨粒粒度增加呈近似线性增长,随抛光模硬度的增加而增长;抛光压强对表面粗糙度的影响规律与抛光模的变形行为相关,当抛光模处于弹性或弹塑性变形阶段时,表面粗糙度随抛光压强的增加呈小幅增长,而当抛光模包含塑性变形之后,表面粗糙度基本与抛光压强无关;此外,抛光速度和抛光液pH值对表面粗糙度的影响不大.研究结论为CVD SiC超光滑抛光的工艺参数优化选择提供了定量的试验依据.     

采用空气轴承的大行程快速刀具伺服系统

随着对结构化超精密部件需要的不断增加,出现了加工具有高的表面光洁度以及形状精度的非旋转对称镜片的新技术。根据现有的快速刀具伺服系统,研制出了最大行程为16mm的新型快速刀具伺服系统(图1)。以前的快速刀具伺服系统采用了弹性导向机构,而现在的快速刀具伺服系统则采用了空气轴承,并且用了一个高频直线电机来驱动这个系统。由于采用了一个新的功率放大器,使得这个系统能够最高达到100Hz的频率以及1mm的振动幅度。这篇文章给出了这种新型快速刀具伺服系统的技术细节。