液体静压运动副的四轴联动精密加工机床结构设计

大口径平面、球面、非球面光学元件广泛应用于光刻机、高能激光器、高分相机等高端装备的光学系统中,尺寸大于400 mm×400 mm、表面轮廓精度均方根值(root mean square,RMS)优于1μm等技术指标是大口径光学元件在磨削加工阶段的目标精度要求。磨削工艺主要面临如何实现高平滑的表面轮廓加工以及控制亚表面损伤层深度等问题。根据已有的实验研究,磨削机床采用高精度的液体静压运动副,可以有效地提高光学元件抛光后表面轮廓的平滑程度以及降低亚表面损伤层的厚度。具备上述特性的高性能磨削机床国外对中国禁运,而国内尚无成熟的商品。因此,文章研制了一种采用液体静压运动副的四轴联动精密加工机床,分析了机床的主要构型,进行了机床主要运动部件的精度分配,完成了基于液体静压运动副的X/Y/Z/C四轴的设计方案,最后进行了光学元件磨削加工工艺实验,实现了380 mm×541 mm口径微晶玻璃磨削面形精度±0.471μm(RMS值)、表面粗糙度Ra0.3μm的加工目标。

基于有限元分析的精密铣削装备整机设计优化

在面向高档汽车压缩机涡旋盘零件的加工需求背景下,对其加工装备做了基础设计,并根据课题组基础设定了装备部件的材料。对装备的各运动部件进行了精度分配,得到了课题5μm加工要求需要设计3μm的装备模型,由此设计了装备模型。在装备模型中间加工状态和两端加工状态两种极限状态下分别做了静力学仿真分析,对比了基础设计模型和优化设计模型。在中间加工状态下,基础设计模型加工点位置处和传动部件位置处的变形由0.298μm和0.20μm分别优化到优化设计模型的0.172μm和0.155μm;在两端加工状态下,基础设计模型加工点位置处和传动部件位置处的变形由0.301μm和0.197μm分别优化到优化设计模型的0.197μm和0.201μm。

基于有限元分析的精密铣削装备床身设计优化

在面向高档汽车压缩机涡旋盘零件的加工需求背景下,对其加工装备做了基础设计,并根据课题组基础设定了装备部件的材料。对装备的相关外部影响因素进行了精度分析,得到了课题5μm加工要求需要设计3μm的装备模型,由此设计了装备床身模型。在床身模型中基础设计和优化加筋两种方案下分别做了静力学仿真分析,对比了基础设计模型和优化设计模型。床身基础方案的总变形为0.41μm,斜筋方案为0.27μm,圆筋方案为0.32μm,并分析了在X、Y、Z三个方向的变形。

基于大型工程机械的城市地震灾害辅助营救属具技术初探

城市直下型地震巨灾救援是世界地震救援领域面临的重大挑战,我国在城市地震救援方面有过惨痛损失和教训。结合近年来国内外地震巨灾救援实际,重点分析了国内外地震救援大型机械装备的需求、现状和问题,提出了研制救援属具、通用接口与操作技术的解决思路,使现有通用大型工程机械设备能快速转化为具有多种救援作业能力的专用救援大型机械装备,实现具有专业救援功能的大型救援装备能够在第一时间快速投入生命营救,满足未来城市直下型地震巨灾救援对专业大型救援装备的迫切需求。

机械设计制造及其自动化专业卓越工程师企业实践方案研究

针对机械设计制造及其自动化专业卓越工程师的培养问题,从企业实践方案的设计方面进行了讨论研究。介绍了企业实践方案的总体设计,分析了企业认知实习、机械制造实践、机械装配实践、机械设计实践、行业专家讲座和基于企业项目的毕业设计等6个环节的设置内容、目的及要求,总结了培养中存在的问题并提出相应解决办法,为后续的卓越工程师培养提供了实践和理论指导。

KDP晶体精密切割机设计及其切割表面质量影响因素分析

KDP晶体具有较大的非线性光学系数和较高的激光损伤阈值,但具有易潮解和软脆特性,需要采用精密金刚石线切割实现其坯料的快速切割。基于电镀金刚石环线技术,设计了一种用于KDP晶体快速精密切割设备,能够实现切割张紧力可控可调;采用正交试验方法对200 mm×200 mm的晶体进行切割试验,并通过灰色理论对影响工件平面度和粗糙度的各工艺参数,进行了动态、量化分析,试验得出各工艺因素对切割表面质量影响程度大小,确定了环线切割的最佳工艺参数。

针阀体密封端面漏油原因分析及密封微凹结构优化设计

针对某型号针阀偶件在试验验证中容易产生暴漏的问题,首先分析了暴漏产生的原因,其次建立针阀体密封端面不同微凹结构的三维模型,并使用ANSYS进行静力学仿真分析,根据仿真分析结果对微凹结构进行了优化设计并进行了仿真分析验证。仿真结果表明:不同数量、宽度以及深度的环状微凹结构对接触状态有很大的影响;且当密封微结构为宽0.5mm,深2μm的环状凹槽时,其接触面积可以较初始平面接触面积增大2.37%,这使针阀体与针阀套之间的密封问题得到改善。

基于ANSYS的针阀体密封微结构设计

针对某型号针阀偶件在工况下,高压油易从针阀体和针阀套间的接触端面泄露的问题,利用Solidworks三维软件建立针阀体密封端面不同微结构的三维模型,并使用ANSYS仿真分析软件对针阀体上的微结构进行静力学仿真分析,根据仿真分析结果对比选出最优微结构。仿真结果表明:针阀体密封微结构可以起到增大密封端面接触面积的作用;且密封微结构的最优设计为抛物线凹状环槽,可使针阀体与针阀套之间的密封问题得到改善。

机床基础件应用人造花岗岩的发展和现状

在概述国内外人造花岗岩技术发展的基础上,详细分析了国内外机床基础件采用人造花岗岩复合材料的应用现状;分析了满足数控机床向超精密、高速方向发展对基础件的性能要求,机床基础件使用人造花岗岩复合材料的必要性;同时从绿色制造技术和低碳经济方面,指出人造花岗岩复合材料的生产属于绿色制造技术的范畴,符合国家发展低碳经济政策,加速人造花岗岩复合材料在机床基础件的应用研究,有助于推动产业化发展的步伐。

大口径轮廓测量仪龙门结构的优化设计

提出了一种新型的适用于大口径轮廓测量仪的椭圆焊接龙门结构设计方案.采用理论力学计算和有限元分析两种方法对椭圆焊接龙门结构和矩形焊接龙门结构进行分析计算,得出在Z轴部件恒定负载作用下,椭圆龙门结构具有变形量小、稳定性好的特点;运用有限元动力学理论对椭圆龙门结构进行模态及谐响应分析,确定出应避免的对测量仪测量精度影响较大的频率值.工程应用表明,椭圆焊接龙门结构具有节约材料、减小电机负载的优点.

Nd:YAG晶体高精度切割加工试验研究

利用环形电镀金刚石线切割机对Nd:YAG晶体进行了切割实验研究,分析了水平和旋转切割模式对晶体切割质量的影响,得出旋转切割更适合Nd:YAG的圆晶片加工,不仅可以提高晶体的加工表面质量,还大幅度减小了切割时间。采用正交法对旋转切割进行试验设计,研究不同切割参数对Nd:YAG晶体切割质量的影响规律。通过对试验结果进行分析,得出环形金刚石线切割Nd:YAG晶体的最优工艺参数,切割后的晶片经过工艺处理后可直接进行后续的抛光加工。

高精度气体静压抛光轴部件设计

超精密平面抛光技术对光学元件加工具有重要意义。超精密平面抛光机床的加工精度与抛光轴的回转精度具有直接关系。通过分析制造工艺、安装与维护成本、工艺试验等对抛光轴的驱动方式进行设计;分析和计算了气体静压轴承的结构参数;对上静压板、芯轴、转台壳体等抛光轴关键部件进行静力学分析。经过分析计算,所设计的高精度气体静压抛光轴满足了各项需求指标,为超精密平面抛光机床设计提供指导。

环形金刚石线锯切割镍钴合金的试验研究

基于环形电镀金刚石线锯切割硬脆材料的工艺特点,对张紧力、锯丝速度等切削参数进行分析并确定合理的取值范围。通过环形电镀金刚石线锯切割镍钴合金正交试验,为环形电镀金刚石线锯的工艺参数选择提供了一定依据。在测量切割工件表面粗糙度的基础上,分析了锯丝速度、张紧力和进给速度等参数对切割工件表面粗糙度的影响。结果表明:张紧力对粗糙度影响最大,张紧力越大粗糙度越小,但张紧力增大到一定值后其影响变得很小;表面粗糙度随着锯丝速度的提高而下降,但锯丝速度过高会降低锯丝使用寿命;进给速度越小则表面粗糙度越小,但过低的进给速度会降低切割效率。

基于FLUENT的高精度气体静压轴承性能分析

化学机械抛光(CMP)设备广泛应用于光学加工领域,其对抛光轴精度和稳定性要求高。高精度气体静压轴承因具有精度稳定性和保持性高的特点而广泛应用于超精密加工及检测相关领域。本文面向CMP设备的需求,利用FLUENT对高精度气体静压轴承性能进行承载能力和刚度分析,包括气体静压止推轴承和气体静压径向轴承。结果表明,设计的高精度气体静压轴承能够满足CMP设备的要求。

机床滚动直线导轨副装配方法和装配误差评定

导轨装配精度是保证机床精度的主要因素之一。滚动直线导轨具有使用性能较好、误差均化作用好等优点,文中介绍在保证精度情况下机床滚动直线导轨的一般装配过程和装配技巧。在装配过程中及时对装配质量进行测量,对装配导轨的直线度误差等进行数据处理和评定,最终达到导轨使用要求的精度。

磨削动态特性对光学材料亚表面损伤机理研究

本文在面向光学元件的加工需求背景下,对其磨削加工做了基础设计,并根据课题组研究基础设定了不同的磨粒尺寸。研究动态特性对光学材料磨削亚表面损伤的影响,以断裂力学中的裂纹扩展模型为基础,建立运动副动态特性指标以及磨削参数与亚表面损伤深度和分布的量值传递模型,通过对不同支承形式运动副磨削系统的建模仿真对量值传递模型进行检验和修正,并采用磨削工艺试验、动态特性参数监测和亚表面损伤检测方法对所建立的模型进行验证,形成以光学材料磨削亚表面损伤确定性控制为目标的运动副动态特性指标设计和磨削工艺参数优化方法。

平面光学元件抛光中沥青抛光胶材料特性研究

化学机械抛光(CMP)是平面光学元件超精密加工的重要手段,其所用的沥青材料抛光胶虽历史悠久,但仍需要人工进行试错选型。针对国内外多种沥青抛光胶,进行了材料特性分析,包括针入度、软化点等。通过Burgers蠕变模型对沥青抛光胶的粘弹性进行分析,得到了沥青的蠕变函数。最终,为生产用沥青抛光胶的选型提供支持。