硫系玻璃单点金刚石车削技术的研究进展

硫系玻璃是应用较为广泛且较难加工的红外光学元件。单点金刚石车削加工技术不仅具有较高的加工质量,还能有效避免磨料嵌入光学元件导致面形精度降低,适用于小口径、大批量硫系玻璃镜片的超精密加工。本文介绍了硫系玻璃单点金刚石车削加工的原理和条件,综述了硫系玻璃单点金刚石车削加工过程中机床、刀具、加工工艺等对面形精度和表面光洁度的影响。

大口径ZnSe晶体单点金刚石车削工艺技术研究

表面质量是衡量大口径ZnSe晶体能否用于红外成像和激光光学系统中最重要评价参数之一。大口径ZnSe晶体通常采用单点金刚石车削的加工方式。这种方式表面容易产生白点、云雾状缺陷,严重影响红外和激光光学系统质量。ZnSe晶体的表面质量与主轴转速、进给速度、切削深度、刀具半径等多个加工工艺参数影响因素密切相关。采用Taguchi法设计加工实验,对各个工艺参数进行深入研究,得到优化加工工艺参数组合,最终得到大口径ZnSe晶体的加工工艺技术方案。

红外晶体等距恒速单点金刚石车削

单点金刚石车削技术广泛应用于红外脆性晶体材料光学表面的加工。然而,受车削参数、材料特性、刀具参数等多因素的影响,将会导致车削表面质量的不均匀。为了获得更为均匀优质的表面质量,在分析单点金刚石车削影响因素的基础上,提出了等距恒速的车削方法。详细介绍了等距恒速车削的原理,分析了车削参数的确定过程,得到了等距恒速车削的工件转速和进给速度曲线。最后应用一CVD ZnS材料进行了车削试验,获得了该材料车削最佳的线速度,应用此参数进行车削,得到了均匀优质的车削表面,整体表面粗糙度由Ra=6.4 nm降低到了Ra=4.1 nm。

单点金刚石车削技术的研究

介绍了单点金刚石车削原理,分析了单点金刚石车削技术中影响光学零件面形精度和粗糙度的重要技术因素,同时提出了相应的解决方案,并展望了单点金刚石车削技术在光学制造领域的应用前景。

KDP晶体单点金刚石车削表面形貌分形分析

分别使用2维和3维分形方法对单点金刚石车削加工的KDP晶体表面形貌进行了分析,并对表面的3维分形维数和3维粗糙度表征参数进行了比较,分析了二者对表面形貌表征的差异。使用2维轮廓分形方法计算了KDP晶体表面圆周各方向上的分形维数。通过分析得出:3维分形维数与表面粗糙度值成反比关系;使用单点金刚石车削方法加工KDP晶体会形成各向异性特征明显的已加工表面,在一定程度上容易形成小尺度波纹;已加工表面是否具有明显的小尺度波纹特征与表面粗糙度值并无直接关系,但与其表面轮廓分形状态分布密切相关;KDP晶体表面2维功率谱密度与其分形状态具有相近的方向性特征。

单点金刚石车削表面粗糙度的研究

为了进一步研究单点金刚石车削加工所获得的工件表面粗糙度,在前人工作的基础上,详细阐述了现有的具有代表性的单点金刚石车削表面粗糙度的研究方法及其优缺点,主要包括基于切削理论的方法、谱分析方法和人工智能方法.研究表明,最有前途的方法是将上述几种方法结合起来,以发挥各自的优点.

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。

单点金刚石车削刀痕的螺旋正弦轨迹气囊抛光去除

单点金刚石车削技术已经广泛应用于高精度光学表面的制造,然而其残留在被加工表面的微纳织构将会影响部分光学系统的性能,需要光滑去除。文中对单点金刚石车削刀痕的抛光去除技术进行了研究,发现抛光方向与刀痕垂直时刀痕去除效率最高。基于此,提出了一种螺旋正弦抛光运动轨迹,介绍了螺旋正弦运动轨迹的设计原则,并应用气囊抛光的方式与螺旋式和光栅式运动轨迹进行了对比抛光实验,证明此运动轨迹下微纳织构的改善效果明显优于其他两种方式。最后应用螺旋正弦运动轨迹对一锗材料单点金刚石车削非球面进行了抛光光滑处理,在保持了面形精度的前提下,表面糙度Ra由1.28 nm降低到0.4 nm,规律性微纳刀痕变为随机织构,达到了表面织构改善的目的。

单点金刚石车削的工艺参数对表面粗糙度影响的实验研究

超精密车削中单点金刚石刀具切削参数的设置非常重要,这不仅关系到金刚石刀具的使用寿命,而且对于提高车削效率以及得到更好的工件表面车削质量都有着深远的意义。文章着眼于实验,首先对超精密车削中切削量、刀尖圆弧半径、进给量和主轴转速对表面微观形貌的影响进行了实验研究。然后对实验的数据结果进行了系统的归纳整理,最后分析了这些影响所产生的原因。根据实验的研究及分析的结果,可得到超精密加工切削参数的优化组合,为提高实际车削后工件的表面粗糙度提供了依据。

单点金刚石车削中刀具—工件相对振动的研究

在纳米级车削表面形成中刀具和工件间的相对振动为主要影响因素之一。现有相对振动的研究方法包括谱分析法、直接测量法和切削力分析法,均不能同时满足真实反映切削过程中的相对振动和很好地预测表面粗糙度的要求,致使纳米级表面粗糙度的预测精度较低。针对上述问题,通过分析和提取单点金刚石车削已加工表面轮廓数据、定义等效振幅的概念和计算方法,提出一种新的刀具和工件间的相对振动提取和检测方法用于预测表面粗糙度。分析结果表明实际加工中的相对振动不是恒定的,它主要受主轴转速和材料特性的影响,其中加工非均质材料时的相对振动取决于夹杂相的尺度及刀具和工件间接触长度的相对大小且大于加工均质材料时的相对振动。最后通过预测表面粗糙度来验证提出的检测方法,较高的预测精度说明该方法可得到更接近于真实情况的相对振动信息。

衍射元件单点金刚石车削的工艺参数

讨论了金刚石车削刀具刀尖半径和车削进给量对衍射元件微结构形状的影响;从加工表面粗糙度引起的光的散射(TlS)出发,分析了刀具刀尖半径、进给量和散射量之间的关系,给出了定量分析结果;再结合衍射元件加工中的遮挡效应、加工时间等问题,给出了加工过程中选取刀具刀尖半径和车削进给量等车削工艺参数的一般性原则。

单点金刚石车削加工的动态特性研究

提出并应用多元资料随动系统(MDDS)法,对单点金刚石车削(SPDT)加工的工件表面若干径向剖面上的表面粗糙度轮廓逐波分解。这些波长成分的特征与不同的表面形成机理存在着相互对应关系,可以其相对功率来衡量表面形成机理对总粗糙度的影响。由于考虑了局部的切削动态特性,该方法克服了传统的DDS和FFT频谱分析法在SPDT中表征材料属性的局部变化、切削动力学和表面粗糙度的不足。

金刚石车削在红外衍射光学元件加工中的应用

衍射光学元件 (DOE)技术的发展和应用极大地改变了传统光学设计和制造方法。尤其在红外光学系统中 ,由于谱段的优势 ,折衍射混合式光学元件的应用得以快速推广。

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。

影响单点金刚石超精密车削加工精度因素的研究

在夜视仪的光学系统中,大量的光学元件都依靠单点金刚石车削加工,因此研究影响单点金刚石超精密车削加工精度的因素具有极其重要的意义。对单点金刚石切削加工技术的原理作了较全面的分析,其中重点介绍了三维仿真技术。为进一步提高加工水平及精度,从五个方面分析了影响加工精度的因素,并提出了解决问题的相关方法。

影响单点金刚石车削加工质量的因素分析

介绍单点金刚石切削理论模型并得出其在一定刃口钝圆半径下的最小切削厚度公式;对金刚石刀具几何角度、切削参数、机床性能、加工环境、材料特性、气源波动等影响单点金刚石车削加工质量的因素进行分析,并提出一定的解决措施,为单点金刚石车削加工提供一些参考。

微圆弧金刚石刀具车削锗单晶衍射元件

锗单晶衍射光学元件具有特有的色散和温度特性,在红外光学领域,具有广阔的应用前景。衍射元件必须同时满足光学镜面及相位转变点的要求,采用微圆弧金刚石单点车削是解决这一途径的主要方法之一,但采用微圆弧刀具加工时,要求同时满足粗糙度和相位突变点是加工衍射元件的难点,因此,研究微圆弧金刚石刀具车削锗单晶衍射元件具有重大意义。基于DEFORM 3D切削仿真软件,对金刚石刀具车削锗单晶材料进行了仿真分析,分析了切削参数、刀具参数对锗单晶材料粗糙度的影响,并依据仿真试验结果优选切削参数以及刀具参数进行试验,R0.1mm微圆弧刀具车削单晶材料粗糙度达到4 nm。

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。

基于表面粗糙度和反射率多目标优化的6061铝合金超精密车削工艺研究

目的探究工艺参数对6061铝合金滚压件超精密车削性能的影响,对工件超精密车削加工表面粗糙度和表面光学反射率进行协同优化研究。方法首先,对6061铝合金材料表面进行单向超声振动滚压以提高工件表面质量。其次,设计了四因素四水平的超精密车削正交试验,研究了切削工艺参数(主轴转速、进给速度、背吃刀量、刀尖半径)对6061铝合金滚压件表面粗糙度及表面光学反射率的影响规律。最后,采用灰色关联分析方法,将多个工艺目标参数优化问题转化为单目标的灰色关联度优化问题,通过超精密车削试验对优化结果进行验证。结果主轴转速对表面粗糙度Ra和Sa的影响最显著,其次是刀尖半径和背吃刀量,进给速度的影响最小;工艺参数对可见光波段和中红外光波段反射率的影响程度与表面粗糙度一致,各参数按对近红外光波段反射率影响程度由大到小的顺序依次为背吃刀量、刀尖半径、进给速度、主轴转速;通过灰色关联分析获得优化工艺参数组合为主轴转速3000 r/min、进给速度10 mm/min、背吃刀量5μm、刀尖半径0.5 mm,此时对应的表面粗糙度R_(a)和S_(a)分别为2.162 nm和7.855 nm,可见光、近红外光、中红外光波段反射率分别为88.892%、88.893%、97.788%。结论通过优化结果能够有效降低表面粗糙度、提升表面光学反射率,对制造高水平金属反射镜具有十分重要的现实意义和研究价值。

硬脆及黑色金属材料的单点金刚石车削加工技术综述

单点金刚石车削技术是产生纳米特征表面的光学元件重要制造工艺之一。此加工技术在空间科学、生物医学工程、军事、国防和光学等领域有着广泛的应用。然而,金刚石刀具在切削硬脆和黑色金属材料时受到限制,如刀具磨损加剧、刀具寿命缩短以及工件表面加工质量降低等。为了减少刀具磨损和提高工件表面加工质量,相关学者提出了不同的解决方案,将从单点金刚石车削辅助工艺、工件改性、刀具性能改善和超硬材料及刀具方面梳理面向提高硬脆和黑色金属材料加工质量的单点金刚石车削加工技术相关研究,分析当前各种加工技术的优势与局限,提出未来将多种能场辅助的单点金刚石车削技术和基于聚焦离子束改性的金刚石刀具技术作为研究的重点。