音圈电机驱动的快刀伺服系统性能测试

研发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。通过实验手段获得系统的运动模型,用于控制器的设计。针对一类典型的光学复杂结构曲面-微小透镜阵列进行加工,并对加工结果进行测试与分析。测试结果表明,所研发的快刀伺服系统达到了加工技术要求,为该系统在实际加工中更广泛的应用打下了基础。     

微结构阵列超精密车床快刀伺服装置及试验研究

各种微结构阵列在LED照明、液晶显示、光学仪器等领域得到了广泛的应用,但其结构细微复杂且形状表面质量要求高,其加工工艺技术研究引起了广泛的关注。本文提出压电陶瓷驱动结合柔性铰链作为刀架的快刀伺服装置,建立快刀伺服系统的机电耦合模型,研究各系统参数对系统性能的影响规律,基于有限元仿真对铰链结构参数进行优化;通过激光位移传感器测试刀具输出位移的线性度;利用研制的快刀系统和超精密车床在红铜材质的圆柱面上进行正弦网格微结构加工,加工结果表明所设计的快刀系统能够准确有效地加工出结构复杂的微结构阵列。     

音圈式快速伺服刀架的分析与设计

自由曲面光学零件面形复杂,快刀伺服车削加工是其高效加工手段.针对压电陶瓷型伺服刀架行程小,加工能力有限的问题,提出一种基于音圈式直线电机驱动的快刀伺服方案.音圈式快速伺服刀架行程大,可大大拓宽快刀伺服加工范围.以典型光学零件加工为例,对快速伺服刀架所应具备的关键性能指标进行分析,给出了音圈电机的结构,对音圈式伺服刀架进行了理论建模、控制器设计以及实际性能测试.测试结果表明,所设计的音圈式伺服刀架行程大、频响高,在刀架行程为±100μm时可达到300Hz的频响能力,同样行程下的频响指标优于国外同类产品.     

音圈电机驱动的快刀伺服系统建模与性能分析

复杂面形,结构零件的应用范围越来越广,往往一个零件上既有复杂面形也有微小结构.为了实现复杂面形/结构零件的高效加工,分析了快刀伺服加工方式的特点,设计并研制了音圈电机驱动的快刀伺服系统;基于动力学和电磁学分析,建立了快刀伺服系统的传递函数模型,并对控制方法进行了设计;在此基础上.通过实验对快刀伺服系统进行了性能测试,实验结果表明本文所研制的快刀伺服系统具有较高的运动分辨率、定位精度和工作频响,能够作为快刀伺服加工的进刀装置.     

Nanosys-300非球面曲面超精密加工系统的研究

一、引言 非球面曲面光学零件因其优良的光学性能而日益成为一类非常重要的光学零件。非球面光学零件在机载设备、卫星、惯性制导及惯性导航系统、激光制导系统、红外探测系统等国防科技工业领域,以及民用光电产品方面都有着重要而广泛的应用。 国外从20世纪60年代开始进行超精密加工技术的研究,非球面零件加工技术便是其中一个重要的组成部分。80年代以来,出现了许多新的     

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。     

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。     

我国非球面曲面超精密复合加工系统技术取得重大进展

2003年5月19日,由中国航空工业第一集团公司303研究所为主承担研制的非球面曲面超精密复合加工系统在西安顺利通过现场调试验收,并正式交付用户——中国兵器工业集团公司第205研究所,投入科研生产。“Nanosys-300非球面曲面超精密复     

光波导微模具飞切加工工艺

针对目前模压制作工艺中高精度的光波导微模具加工工艺比较复杂的问题,基于金刚石超精密机械加工技术在光学元件微结构的广泛应用提出了光波导微模具的金刚石飞切高效快速的加工方法.通过超精密飞切加工系统以硬铝为模具材料进行了工艺优化的正交试验.试验结果表明:背吃刀量对光波导微结构表面质量的影响相当敏感,主轴转速对微结构表面质量的...     

自由曲面慢刀伺服车削及刀具参数确定方法

自由曲面光学元件具有优越的光学性能,在现代光学系统中得到越来越广泛的应用。慢刀伺服是单点金刚石车削自由曲面的新技术。由于自由曲面面形的复杂性以及慢刀伺服车削技术的特殊性,刀具与工件的相对位置关系也更加复杂,必须对刀具与工件表面的相对几何关系深入研究,从而确定合适的刀具参数。从原理上对慢刀伺服车削技术的特殊性进行了分析。分别基于过轴心截面曲线特性和基于NURBS曲面整体特性研究了刀具参数确定方法。以正弦阵列表面工件为例,验证了这两种分析方法。     

基于Zernike多项式拟合的自由曲面车削误差补偿技术

慢刀伺服车削技术是一种特殊的创成加工方法,采用C轴、X轴、Z轴联动的方式在极坐标或圆柱坐标内可车削加工自由曲面光学元件。但是由于各种误差因素的影响,使用慢刀伺服技术仅加工一次获得的光学元件可能不满足精度指标。为此需要研究能够进一步提升慢刀伺服车削加工精度的误差补偿技术。Zernike多项式是面形分析与光学分析之间的理想接口工具,因此本文使用Zernike多项式拟合的方法处理慢刀伺服车削加工的误差,并根据慢刀伺服加工技术的特点,建立慢刀伺服车削加工的误差补偿算法。实验结果表明,基于Zernike多项式拟合的慢刀伺服车削加工误差补偿技术可有效地针对加工中产生的特定误差进行补偿,从而提高自由曲面车削加工精度。     

激光加热辅助引弧微爆炸加工工程陶瓷的试验研究

为验证激光加热辅助技术改善引弧微爆炸加工质量和提高加工效率的可行性,探索加工工艺参数对加工过程的影响规律,设计了激光加热辅助引弧微爆炸加工试验系统,并通过试验研究了工艺参数对材料去除率和崩碎的影响规律。试验结果表明：激光加热辅助引弧微爆炸加工陶瓷可以提高材料去除率,改善崩碎情况;加工效率随激光功率的增加而提高,随光斑尺寸的增大而降低,随距离的增加先提高后降低;崩碎随激光功率的增加而减少,随光斑尺寸的增大先减少后增多,随距离的增加先减少后增多。研究结果为激光加热辅助引弧微爆炸加工机理的研究和工艺参数的优化提供了参考依据。     

慢刀伺服加工环曲面的刀具路径规划方法

如何规划刀具路径、进而获得高质量的数控加工代码,是应用慢刀伺服技术加工环曲面的关键技术之一。提出了基于等距面规划刀位点轨迹的刀具路径规划方法,推导了外凸环曲面的面形方程及其等距面方程,对比分析了两种导动曲线及两种数据点离散方法,优选了刀具路径规划方案,应用VB.net语言编写了慢刀伺服加工环曲面用数控代码生成软件,在Vericut平台上对数控代码进行了仿真验证,直观地展示了虚拟加工面相对理论曲面的残留区域,仿真结果验证了方法的可行性。结果表明:将外凸环曲面方程中的非一次常数项a变为a+r_d,即得到外凸环曲面的等距面方程;所提刀具路径规划方法适用于慢刀伺服加工外凸环曲面;该方法对应用慢刀伺服技术加工其他面型的光学镜面具有借鉴价值。     

计算机控制抛光中基于等面积增长螺旋线的加工路径

目前计算机控制抛光工艺中使用的阿基米德螺旋线路径,存在加工工件中心区域时工件转速过快的缺点.为了克服该缺点,分析了螺旋线路径加工的特点,分析表明工件的瞬时转速取决于加工点的驻留时间密度和螺旋线的面积增长速率.据此,提出了一种新的螺旋线作为抛光路径,该螺旋线的面积增长速率恒定,因此也称为等面积增长螺旋线.利用该螺旋线路径,加工转速趋于恒定,可降低加工中心区域的转速,从而降低对机床运动性能的要求,降低设备成本和加工成本.实验结果证实,阿基米德螺旋线路径加工中心区域容易产生过加工问题,加工精度较低;等面积增长螺旋线路径加工可避免中心区域过加工问题,获得较高的加工精度.     

Experimental and numerical investigations of interface properties of Ti6Al4V/CP-Ti/Copper composite plate prepared by explosive welding

Explosive welding technique is widely used in many industries. This technique is useful to weld different kinds of metal alloys that are not easily welded by any other welding methods. Interlayer plays an important role to improve the welding quality and control energy loss during the collision process. In this paper, the Ti6Al4V plate was welded with a copper plate in the presence of a commercially pure titanium interlayer. Microstructure details of welded composite plate were observed through optical and scanning electron microscope. Interlayer-base plate interface morphology showed a wavy structure with solid melted regions inside the vortices. Moreover, the energy dispersive spectroscopy analysis in the interlayer-base interface reveals that there are some identified regions of different kinds of chemical equilibrium phases of Cu–Ti, i.e. CuTi, Cu₂Ti, CuTi₂, Cu₄Ti, etc. To study the mechanical properties of composite plates, mechanical tests were conducted, including the tensile test, bending test, shear test and Vickers hardness test. Numerical simulation of explosive welding process was performed with coupled Smooth Particle Hydrodynamic method, Euler and Arbitrary Lagrangian-Eulerian method. The multi-physics process of explosive welding, including detonation, jetting and interface morphology, was observed with simulation. Moreover, simulated plastic strain, temperature and pressure profiles were analysed to understand the welding conditions. Simulated results show that the interlayer base plate interface was created due to the high plastic deformation and localized melting of the parent plates. At the collision point, both alloys behave like fluids, resulting in the formation of a wavy morphology with vortices, which is in good agreement with the experimental results.     

加工中心实时智能控制系统

加工中心的可靠运行是加工柔性自动化的重要一环。本文利用人工智能和多传感器信息融合技术监视多种加工异常情况,采用多种控制策略,并行工作,进行实时知识处理,推理相应对策,并控制ＣＮＣ系统,使加工恢复正常或停机,避免引起严重破坏。     

虚拟加工过程的建模与仿真

提出并建立了虚拟加工过程来对实际加工状况进行仿真，从而在零件正式生产之前就能预见和评估其加工过程中可能出现的问题，并加以解决。文中还介绍了虚拟加工过程的结构、建模技术和仿真过程。