三轴超精密单点金刚石车床SGDT350研制

文章介绍了基于静压支承技术自主研制的三轴超精密单点金刚石车床SGDT350。机床采用模块化设计,构建了开放式控制体系,成功实现了机床的高精度运动。经实测机床主轴回转跳动≤50nm,导轨直线度允差≤0.3μm/250mm,加工φ75mm口径SR250mm铝合金凸球面面形PV值达0.24μm,表面粗糙度Sa值达3.5nm,表明了机床具有较好的运动精度和加工性能。

单晶金刚石车刀在超精密单点切削中的磨损分析

通过金刚石单点切削试验 ,考察了对无氧铜、铝合金和单晶硅进行超精密单点切削时金刚石刀具的磨损行为 ;分析了刀具磨损对被加工材料表面粗糙度的影响 ;并应用光学显微镜和原子力显微镜对刀具的不同磨损形态进行了宏观和微观观测 ;结合热力学、化学反应磨损和机械磨损的分析方法 ,对金刚石车刀在切削 3种材料时的不同磨损机理进行了实验研究和理论分析 .结果表明 ,为了减轻甚至消除金刚石刀具的磨损 ,在切削铜时应使用少氧或无氧的切削液 ;在切削铝时应在刀具表面涂覆润滑剂或隔离膜 ;在切削单晶硅时应保证低温和少氧环境 .

分子动力学在单点金刚石超精密车削机理研究中的应用

介绍了分子动力学模拟的基本原理和算法 ,综述了国外应用分子动力学研究单点金刚石超精密车削机理的进展情况 。

单点金刚石超精密车削快点火靶丸微孔精度控制

研究了单点金刚石超精密车削技术(SPDT)加工靶丸微孔中的精度控制方法,建立了靶丸微孔加工误差的仿真模型,并理论分析了不同误差因素对微孔尺寸误差的影响规律;根据误差分析结果提出了基于刀具阶梯进给运动方式的微孔精度控制方法,用以控制靶丸微孔精度;在单点金刚石超精密车床上进行了辉光放电聚合物(GDP)靶丸微孔的车削实验,实验结果表明:采用该精度控制方法,靶丸微孔尺寸误差和圆度误差分别降低了70.7%和87.5%,实验结果表明了所提出方法的有效性。

掺硼大单晶金刚石制备及其刀具切削温度在线检测研究

为了实时测量单晶金刚石刀具加工区域的温度和实时监测金刚石刀具超精密加工工件表面的质量,利用掺硼金刚石的半导体性质,建立掺硼金刚石电阻与温度的对应关系,得出其测量灵敏度为6.2Ω/℃;利用所研制的掺硼单点金刚石刀具在金刚石车床上分别对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和碳纤维增强塑料(CFRP)试件进行了单点金刚石刀具(SPDT)的切削温度测量,实验验证了所研制的掺硼金刚石刀具切削温度测量系统能够灵敏地测量精密切削过程中的切削温度;金刚石刀具切削CFRP试件时,切削温度和加工表面形貌出现周期性的变化,这一发现对于指导单点金刚石刀具超精密表面加工状态的在线监测也很有价值。

基于指数分布论域模糊PID的超精密金刚石车床导轨运动控制

针对传统PID控制难以适应超精密加工中存在多种非线性扰动的问题,通过MATLAB/Simulink仿真对比了PID参数对超精密金刚石车床导轨阶跃响应的影响规律,提出了一种模糊PID论域优化方法,并将优化后得到的指数分布论域模糊PID控制方法应用于车床导轨的控制。仿真结果表明,相比传统的定参数PID控制,指数分布论域模糊PID控制方法使系统响应速度变快,表现出更优的控制效果。

超精密单点金刚石飞切机床研制

KDP晶体是一种优质的非线性光学材料，其作为光学倍频转换器及电光开关元件在ICF高功率固体激光系统中发挥着重要作用。KDP晶体具有质地软、易潮解、脆性高、高温度敏感性等特点，是一种非常难加工的光学材料，但是ICF激光系统对KDP晶体元件的表面粗糙度提出了极高的要求（RMS≤5nm）。目前，国内在大口径KDP晶体的加工设备及加工技术方面与国外先进水平尚有一定差距，依靠自主力量研制超精密加工设备解决大口径KDP晶体光学元件的加工工艺难题已成为当务之急。

单点金刚石切削技术在ICF靶制备中的应用

单点金刚石切削(SPDT)技术是上世纪80年代以来国际上推广应用的一项新技术,是实现超精密加工的有效技术途径。本文阐述了SPDT技术的原理、特点以及在ICF靶制备中的应用,包括腔体的制备、异形靶零件的制备以及泡沫车削加工等。

单点金刚石机床及其在光学工程领域的应用

介绍了单点金刚石车床概念,总结回顾了单点金刚石车床在国防和商业领域内的发展状况,给出了目前商用单点金刚石车床的典型产品。对单点金刚石车床的关键零部件和核心技术,如空气静压主轴、液压导轨、直流电机、对刀装置、误差补偿和自适应控制等进行了分析。最后,介绍了适宜单点金刚石车削加工的材料,分析了快刀伺服和慢刀伺服在光学元件中的应用以及所加工的光学元件在国防和商用光电产品中的应用,并以主次镜望远镜系统和精密光学系统无调整装配为例,说明了单点金刚石车削在光电产品中的重要作用。

单点金刚石切削技术在EOS靶制备中的应用

针对激光状态方程(Equation of state,EOS)实验对靶的高精度、表面高质量、材料密度达到或接近理论密度的需求以及金刚石切削技术不改变原材料密度、加工精度高、粗糙度小的特点,阐述了单点金刚石切削技术(SPDT)在EOS靶制备中的应用情况,包括铝、铜等金属薄膜零件制备、多种结构整体式台阶靶制备、整体式楔形靶制备以及金刚石切削技术与其他技术结合制备阻抗匹配靶等靶零件。

单点金刚石切削加工表面粗糙度的影响因素分析

本文研究了单点金刚石切削加工表面微观形貌形成机理,建立了圆弧刃金刚石刀具超精密加工表面微观形貌的理论模型,重点分析了主轴转速、进给量、刀尖圆弧半径和振动等因素对超精密加工表面粗糙度的影响。

微透镜阵列单点金刚石车削补偿技术

为了提高微透镜阵列单点金刚石车削的加工精度与一致性,提出了加工误差的理论模型,并针对其补偿方法进行了理论分析和实验研究。将微透镜阵列加工等效为自由曲面加工,通过建立单点金刚石慢刀伺服切削模型,计算了理论曲面在每一个切削点处沿切削方向的曲率半径;结合刀具等效倾斜角模型和机床加工时延模型,进一步得到了慢刀伺服切削微透镜阵列误差面形的理论预测值。然后,使用原位测量设备测量处理得到实际加工误差,将面形误差理论值与实际加工误差测量值比较,并将面形误差理论值预补偿到加工程序中。实验结果表明,面形误差理论值与实际加工误差测量值具有一致性,两者偏差在[-0.7μm,0.3μm];补偿加工后微透镜阵列的PV值从5.4μm降低到0.6μm。所提出的微透镜阵列的单点金刚石车削加工与补偿方法能够预测误差面形,显著提升面形精度与一致性。

KDP晶体塑性域超精密切削加工过程仿真

提出了压痕实验与有限元仿真结合的方法。它采用压痕深度与有限元仿真深度进行对比,可求解出KDP晶体的塑性特性参数。建立了KDP晶体塑性域切削的有限元模型,并用该模型仿真研究了切削参数对KDP晶体表面形成过程的影响。结果表明,在刀具前角为-40°左右时,工件表面质量可达到最佳值。研究还发现,当刀具刃口半径为80nm时,其能够产生切屑的最小切削厚度在10nm-30nm之间,此时法向切削力与主切削力之比为0.96,该结论对KDP晶体超光滑表面的获取有着重要指导意义。

磷酸二氢钾晶体超精密加工存在的若干问题分析

磷酸二氢钾(KDP)晶体作为优质的非线性光学材料,在现代光学领域应用越来越广泛,常用作光学频率转换器件和电光开关元件。KDP晶体具有质软、脆性高和易潮解等不利于光学加工的特点。在国家点火装置(NIF)的研究中,经常采用单点金刚石切削(SPDT)加工KDP晶体以获得超光滑表面。采用单点金刚石切削加工具有强烈各向异性KDP晶体时,选用的背吃刀量和进给量非常小,这时发现切削行为、微切削力的波动和近表层力学性能都随晶体的切削方向的变化而变化。但到目前为止,在文献中很难找到一些关于KDP晶体超精密加工方面的有价值参考数据。着重介绍KDP晶体超精密加工技术的近期发展状况,详细分析KDP晶体超精密加工中存在的若干问题。

虚拟仿真技术在超精密加工实验教学中的应用

依托单点金刚石超精密加工机床Freeform L,运用信息化技术进行了超精密加工虚拟仿真实验平台的设计。虚拟实验平台涵盖了刀具偏置校正、动平衡测试、加工程序自主编写、正式加工、在线测量、迭代补偿加工等多个交互模块。利用此实验平台,配合改进的教学方法,能使学生在较短时间内掌握超精密加工技术的基本原理和加工工艺流程,培养学生的综合创新能力及实践动手能力,实现超精密加工技术从设计加工到结果检测完整工艺过程的线上教学。该虚拟实验不但可使学生了解前沿知识与先进技术,大幅降低超精密加工实验教学的成本,而且易推广使用,方便自主学习及教学,为高精尖工程技术人才的培养提供一种新方法。

多模调制曲面超精密加工轨迹优化技术

研究了采用单点金刚石超精密车削加工技术(SPDT)加工多模调制曲面过程中的刀具轨迹优化方法,首先,分析了SPDT方法加工多模调制曲面的基本原理;其次,理论分析了平行弦双圆弧插补算法的基本原理,推导了插补误差计算公式。在此基础上,提出采用插补步长伸缩变化方式实现了插补误差的动态控制,并获得了完整的插补计算公式;最后,采用Matlab软件对该插补算法进行了实例仿真分析,并分别与直线插补算法和固定步长双圆弧插补算法进行了对比分析,结果表明,该方法能在保证插补允差的前提下最大程度的减少插补区间数,从而有助于提高加工效率和延长刀具寿命。该方法在调制靶金属模板的制备中获得了广泛应用。

光学非球面的超精密加工技术及非接触检测

针对亚微米级及亚微米级以下的光学硬脆性非球面器件难加工问题 ,分析了光学非球面的形状精度和应用 ,讨论了其超精密加工原理和方法及非接触检测手段 .结果表明 ,精密数控机床。

超精密非球面镜面模具直轴磨削的研究

研究了非球面镜面模具直轴超精密磨削技术,给出了非球面镜面模具超精密加工机理、算法原理、软硬件结构、系统实现、工艺分析及实例应用,开发了小型超精密非球面镜面加工系统SGTCAM1.0。研究结果表明,系统原理正确,加工出的非球面光学零部件形状误差在100 nm以下,表面粗糙度在5 nm以下,达到纳米级加工精度。开发的系统使用方便,成本低。

基于 PC 的超精密金刚石车床 CNC

介绍了一种基于ＰＣ的超精密金刚石车床ＣＮＣ系统的结构、软硬件的配置、以及性能指标，该系统专为超精密加工而研制，具有一系列适合超精密加工的特性。采用主从式的双处理器结构，在ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＷｉｎｄｏｗｓ３１环境下运行，具有一定的开放性。编程分辨率为１ｎｍ，可同时控制三轴联动，并且还专门设计了超精密加工专用的特殊插补功能－ＳＰＣＩ。同时具备光学零件自动编程功能。