超精密磨削

摘要： 半球谐振子作为半球谐振陀螺的核心部件,其加工精度和表面质量直接影响半球谐振陀螺的工作精度和使用寿命。为解决半球谐振子加工难题,提高半球谐振陀螺的性能,从半球谐振子的结构特征出发,对谐振子加工过程中的干涉进行理论分析;再根据球头砂轮磨削区域分布的特点进行磨削轨迹规划,确定谐振子不同磨削阶段球头砂轮的最佳转角;最后在自研的半球谐振子超精密磨削机床上进行加工实验。超精密磨削后的谐振子表面粗糙度(Ra值)由0.615 8μm提升至0.040 2μm,面形精度(PV值)由4.590 4μm提升至0.339 0μm;经磁流变抛光后谐振子表面粗糙度(Ra值)进一步提高至0.003 2μm。研究表明:采用轨迹规划后的磨削工艺可避免砂轮与工件间的干涉,并加工出高质量的半球谐振子零件。

摘要： 玻璃模压是一种快速大批量生产光学玻璃透镜的方法,受到各行业的青睐。而无结合剂碳化钨作为一种优异的模仁材料被广泛应用于玻璃模压,其具有高硬度、高强度、高热导率的特点。然而无结合剂碳化钨由于其较大的脆性,加工过程中极易出现裂纹崩碎,难以获得良好的表面质量和形状精度。首先在超精密单点车床上进行了高速刻划试验,研究不同线速度(1m/s、5m/s、10m/s、20m/s)对碳化钨材料去除形式的影响。然后对碳化钨进行超精密磨削,研究碳化钨的表面形貌和亚表面损伤等。此外,引入机械化学磨削液,研究其对碳化钨磨削过程的促进作用,磨削时采用含有质量分数为1%纳米氧化硅和3%过氧化氢的水基磨削液,并观察机械化学磨削的表面形貌,结果发现机械化学磨削液能够有效降低表面划痕数量,提高磨削后表面质量。

摘要： 蓝宝石复杂表面光学元件因其优异机械性能和光学性能被广泛应用于高端科技和航空航天等领域,而蓝宝石的高硬脆性和复杂表面的高精度要求对光学制造能力提出了巨大挑战。分析了蓝宝石复杂表面光学元件的磨削机理及关键制造技术研究现状,首先从蓝宝石材料性能、表面和亚表面损伤、工具和工具磨损、能场辅助和残余应力等方面阐述了蓝宝石磨削机理,然后对高陡度蓝宝石保形整流罩、非球面光学元件超精密磨削加工技术进行研究,最后对蓝宝石自由曲面超精密磨削加工关键技术进行总结与展望。

摘要： 超声振动螺线磨削过程中,砂轮表面微观形貌的变化复杂.为准确表征其特征,采用功率谱密度分析方法,将砂轮表面的微观结构分解为不同频率、振幅和相位的谐波,对比分析不同磨削行程时普通磨削和超声振动螺线磨削砂轮表面的磨损行为.结果表明:砂轮表面功率谱密度曲线的斜率k随着磨削行程的增大而逐渐减小,即k越小砂轮表面磨损越严重.其中,在早中期磨削阶段(行程不超过60次),超声砂轮表面的斜率k明显大于普通砂轮表面的,而在中后期超声砂轮表面的斜率k下降的速率显著高于普通砂轮表面的,该变化趋势揭示了2种磨削方式下砂轮表面有效磨粒数和砂轮堵塞的变化规律.进一步分析发现磨粒磨平和脱落使得磨粒功率谱密度占比减小,砂轮堵塞使得功率谱密度曲线的总体能量值增大.在早中期磨损阶段,超声振动螺线磨削砂轮表面的有效磨粒数多于普通磨削砂轮表面的,而在中后期其砂轮堵塞情况比普通磨削砂轮的更显著.

摘要： 稀土氧化物激光晶体是制作固体激光器核心部件的首选材料,在加工过程中容易产生脆性破碎和裂纹等损伤,这些损伤会严重影响激光器的输出功率和使役寿命。实现稀土氧化物激光晶体的高效、高表面完整性加工成为固体激光器元件制造领域的瓶颈问题。针对典型的稀土氧化物激光晶体,基于从准静态纳米压痕和划痕实验到高应变率条件下的磨削实验、从材料力学性能和材料去除机理到形成超精密磨削加工工艺的研究思路,系统地开展了稀土氧化物激光晶体纳米压痕/划痕以及超精密磨削等方面的研究工作,获得了以下研究成果。

摘要： 文章介绍了超精密数控加工的概念、应用和历史,综述了超精密数控加工技术特别是超精密磨削、超精密切削和超精密抛光的发展.分析了我国这一领域的现状及存在的问题.最后,讨论了该领域的发展趋势以及我国应对这一趋势的对策.

摘要： 随着科学技术的迅猛发展和新材料的不断出现,人们对零件加工的精度及表面质量要求越来越高。磨削技术一直是一种精密超精密加工方法,近年来精密超精密磨削技术也得到了迅速的发展,出现了许多新的磨削方法和应用。文章围绕超精密磨粒加工技术最新发展及应用,分别介绍了在超精密磨削装备、固结磨粒的超精密磨削和自由磨粒精密超精密磨削方面相关技术新的发展情况。并在此基础上对超精密磨粒加工的发展进行了展望。

摘要： 针对超精密磨削机床的监控需求,基于NI–sbRIO硬件平台开发了一套应用于超精密磨床状态监测和数据采集的嵌入式监控系统,使用FPGA对温度、振动、声发射等信息进行实时数据采集,并使用实时处理器对数据进行分析和处理,实现对机床的实时状态监测和数据存储.通过FPGA编程取代硬件数据采集卡,成本低,灵活性强.试验表明,该系统能够胜任超精密磨床的监控任务.

摘要： 随着科学技术的迅猛发展和新材料的不断出现,人们对零件加工的精度及表面质量要求越来越高.磨削技术一直是一种精密超精密加工方法,近年来精密超精密磨削技术也得到了迅速的发展,出现了许多新的磨削方法和应用.文章围绕超精密磨粒加工技术最新发展及应用,分别介绍了在超精密磨削装备、固结磨粒的超精密磨削和自由磨粒精密超精密磨削方面相关技术新的发展情况.并在此基础上对超精密磨粒加工的发展进行了展望.

摘要： 在超精密加工中电主轴振动(Spindle vibration SV)是影响高精度加工表面的关键因素之一。因此，该研究将讨论超精密磨削中主轴振动对其加工表面形貌的影响。重点建立超精密磨削主轴振动多自由度物理动力学模型，用于揭示超精密磨削主轴振动对表面生成的影响，并由超精密磨削实验验证。理论与实验研究结果表明:(1)在超精密磨削主轴振动物理动力学模型中(公式1)，受磨削砂轮中的金刚石磨粒随机分布，磨削力是随机的，故其主轴振动表现为随机性;(2)在超精密磨削中，加工表面形成扇贝形刀痕，该刀痕是由磨削砂轮中的金刚石磨粒切削工件表面而形成的并沿加工路径分布而形成螺旋痕迹;(3)该表面的随机条纹是由于磨削过程中主轴随机振动而导致的;(4)该模型可以用来预测磨削过程中表面生成。重中之重，该理论和实验研究对超精密磨削中主轴振动及其表面生成影响提供了的更深入认识。

摘要： 超精密磨削加工过程中,砂轮的不平衡性引起的振动是表面生成的主要原因.这主要是由于砂轮不均匀性磨损所导致的,其很难完全消除.为砂轮振动引起表面波纹度轮廓的原理简图.可以看出砂轮的协同振动在工件表面上产生了规则的波纹度,其数量等于砂轮与工件转速的比值,图2(b),2(d)和2(f)中螺旋线数量分别为80,40和27.在图2(f)中,由于相移ε≈0.33,其螺旋线相移累积较多,导致表面波纹度密度明显比图2(b)和2(d)中相移近似为0(考虑砂轮转速误差+18rpm)的密度要大.由于砂轮转速存在误差,因此,相移是不可能完全消除的,它会随着工件的连续进给运动不断的积累从而改变工件表面的波纹轨迹.

摘要： 本文以金刚石微粉砂轮在线电解修整(ELID)磨削氮化硅陶瓷为例,着重研究了磨具特性和机床热变形对硬脆材料超精密磨削过程的影响.磨具组织沿砂轮圆周的不均匀性将导致砂轮表面钝化膜状态的不一致,这将对ELID 超精密磨削过程产生不利影响.机床热变形将导致超精密加工的实际磨削深度大大小于名义进给深度,确定实际切削深度对于正确地评估和分析硬脆材料ELID 磨削的材料去除方式和材料去除率、对于通过控制进给速度来提高加工效率都具有极其重要的意义.

摘要： 熔石英材料因其优良的光学性质,被广泛应用于高功率激光装置透射类光学元件.为提高装置的总体输出能力,保证装置长时间高通量稳定运行,需要对熔石英元件的各类型缺陷进行严格控制,尤其是冷加工过程中产生的亚表面缺陷.光学元件的冷加工主要分为超精密磨削成形和确定性抛光.由于光学元件的固结磨料磨削是一个材料脆性去除过程,磨削时除了需要精密收敛元件形状精度外,还需要对元件整个表面加工产生的亚表面缺陷进行严格控制.对于大口径光学元件而言,如果亚表面缺陷深度存在较大波动,后续抛光轮次需成倍增加才能将所有缺陷完全去除,这将大大延长整体冷加工工时.作为超精密磨削的加工工具,金刚石砂轮与光学元件直接接触,金刚石颗粒高速切削运动实现材料的精密微量去除,并形成被加工表面,砂轮质量会对元件的亚表面缺陷及其深度一致性产生重要影响.

摘要： 选择了三种尖端角度(45°、60°和75°)的V形树脂结合剂金刚石砂轮进行了碳化硅菲涅尔微结构的磨削加工实验，通过分析不同角度砂轮尖端磨损演变规律以及磨削比,研究了砂轮尖端角度对砂轮抗磨损性能的影响.通过比较不同尖角砂轮磨削的菲涅尔微结构的面形误差和表面粗糙度,研究了砂轮尖端角度对磨削加工精度的影响.最终综合考虑砂轮的抗磨损性能和磨削加工精度,优选出了适用于碳化硅菲涅尔微结构超精密磨削的砂轮尖端角度.

摘要： 高效、低成本光学玻璃、陶瓷、硬质合金等硬脆材料非球面的超精密磨削加工一直是先进光学制造领域的研究重点.本文介绍了国内外硬脆材料非球面磨削加工设备的发展及最新研制情况,并对其发展趋势进行了总结.

摘要： 本文从表面几何学和物理学特性方面对ZrO和Sialon工程陶瓷精密磨削的表面质量进行了理论与实验研究.

摘要： 利用基于自旋转磨削原理的硅片超精密磨床,通过试验研究了砂轮粒度、砂轮转速、工件转速及砂轮进给速度等主要因素对材料去除率、砂轮主轴电机电流以及磨削后硅片表面粗糙度的影响关系.研究结果表明,增大砂轮轴向进给速度和减小工件转速,采用粗粒度砂轮有利于提高磨削硅片的材料去除率,砂轮轴向进给速度对材料去除率的影响最为显著;适当增大砂轮转速,减小砂轮轴向进给速度,采用细粒度砂轮可以减小磨削表面粗糙度;在其它条件一定的情况下,砂轮速度超过一定值会导致材料去除率减小,主轴电机电流急剧增大,表面粗糙度变差;采用比＃2000粒度更细的砂轮磨削时,材料去除率减小,硅片表面粗糙度没有明显改善.

摘要： 利用基于自旋转磨削原理的硅片超精密磨床,通过试验研究了砂轮粒度、砂轮转速、工件转速及砂轮进给速度等主要因素对材料去除率、砂轮主轴电机电流以及磨削后硅片表面粗糙度的影响关系.研究结果表明,增大砂轮轴向进给速度和减小工件转速,采用粗粒度砂轮有利于提高磨削硅片的材料去除率,砂轮轴向进给速度对材料去除率的影响最为显著;适当增大砂轮转速,减小砂轮轴向进给速度,采用细粒度砂轮可以减小磨削表面粗糙度;在其它条件一定的情况下,砂轮速度超过一定值会导致材料去除率减小,主轴电机电流急剧增大,表面粗糙度变差;采用比＃2000粒度更细的砂轮磨削时,材料去除率减小,硅片表面粗糙度没有明显改善.

摘要： 利用基于自旋转磨削原理的硅片超精密磨床,通过试验研究了砂轮粒度、砂轮转速、工件转速及砂轮进给速度等主要因素对材料去除率、砂轮主轴电机电流以及磨削后硅片表面粗糙度的影响关系.研究结果表明,增大砂轮轴向进给速度和减小工件转速,采用粗粒度砂轮有利于提高磨削硅片的材料去除率,砂轮轴向进给速度对材料去除率的影响最为显著;适当增大砂轮转速,减小砂轮轴向进给速度,采用细粒度砂轮可以减小磨削表面粗糙度;在其它条件一定的情况下,砂轮速度超过一定值会导致材料去除率减小,主轴电机电流急剧增大,表面粗糙度变差;采用比＃2000粒度更细的砂轮磨削时,材料去除率减小,硅片表面粗糙度没有明显改善.

摘要： 本发明公开了一种用于成型磨削的精密超精密加工方法，该方法实现了金属结合剂砂轮的在位修形、在位修整、在线电解修锐及在线检测的“精准递进”磨削加工工艺模式。其方法的特征：在位实现石墨轮精密车削成型；去离子水做介质，实现砂轮电火花精密成型修形；通过金刚石滚轮对磨修整法，实现砂轮在位修整，去除硬质层；在线电解修锐，实现砂轮在磨削去除过程中始终保持良好的锋利性；在线检测，实现加工零件尺寸精度检测；根据砂轮粒度、浓度和不同工序间的递进量级，实现“精准递进”精密成型磨削加工。本方法解决了传统加工离线修形、修整、修锐、检测和加工表面质量差、加工品质一致性难易保证的难题，可实现批量生产条件下精密超精密成型磨削加工。

摘要： 本发明涉及一种用于精密超精密加工的可变角度超声振动辅助磨削装置，包括置于测力仪上面的圆盘形旋转台下底座和圆盘形旋转台上底座、变幅杆夹紧装置下底座和变幅杆夹紧装置上底座、连接变幅杆的超声波发生器以及工件托台，所述圆盘形旋转台下底座与圆盘形旋转台上底座之间同心定位可转动连接，所述变幅杆夹紧装置下底座和变幅杆夹紧装置上底座中间对合夹紧固定变幅杆。本发明通过旋转台上下底座的精确旋转实现了任意方向的超声振动；同时由于采用了对合的夹紧方式方便工件托台平面调整水平；测力仪只与旋转台下底座连接，可以保证变幅杆任意角度旋转时仍能够测量砂轮三个方向的力；本发明适用于硬脆性材料以及部分合金材料的精密超精密加工。

摘要： 一种超精密磨削温度补偿仪及磨削加工工艺，包括补偿仪、三轴工作台组件、测量仪、样品固定架工作台组件、样品固定组件、标准样品；温度补偿仪将磨削加工中循环使用的冷却液通入温度补偿仪的加热盘中，利用加热盘加热标准样品，使标准样品温度与被加工零件的温度保持一致；然后利用测量仪测量标准样品的尺寸变化量，将尺寸变化量反馈至加工磨削机床，补偿被加工零件因温度变化产生的误差，从而解决了因热胀冷缩现象导致超精密磨削加工时的零件尺寸超差问题；使用本发明的温度补偿仪，无需将磨削机床和被加工零件放置在恒温环境中，只需按照一定工艺就可以使超精密磨削加工在常温下进行，因此具有对环境条件要求低、加工周期短、成本低的优点。

摘要： 精密超精密磨削砂轮径向误差补偿方法及其应用属于精密超精密加工技术领域；目的在于解决现有技术中由于径向误差及径向圆跳动带来的问题。包括以下操作步骤：通过多次测量方法精确确定砂轮半径；根据确定好的砂轮半径确定砂轮磨削过程中的中心路径；将步骤一中确定好砂轮半径的砂轮沿步骤二中确定的砂轮中心路径进行磨削加工。本发明随机选取砂轮边缘点确定多个砂轮圆心进而确定砂轮半径，实现对砂轮半径的修正，保证被加工元件的表面精度，提高了加工精度；本发明的径向误差补偿方法在砂轮高速旋转下确定边缘点坐标，整合圆心点位置分布在一定程度上确定了砂轮径向圆跳动，进一步进行了修正补偿加工。

摘要： 本发明公开了一种超精密磨削参数调整方法和磨削系统，其中方法包括：在磨削过程中，实时获取磨削参数的实测值，所述磨削参数为磨削温度和/或磨削力；根据磨削参数的实测值和可行域，计算磨削参数的调整量；利用磨削参数的调整量，根据磨削参数与加工参数的对应关系，计算加工参数的调整量，其中，加工参数包括晶圆转速、砂轮转速和砂轮进给速度中的至少一个。

摘要： 一种超精密磨削温度补偿仪及磨削加工工艺，包括补偿仪、三轴工作台组件、测量仪、样品固定架工作台组件、样品固定组件、标准样品；温度补偿仪将磨削加工中循环使用的冷却液通入温度补偿仪的加热盘中，利用加热盘加热标准样品，使标准样品温度与被加工零件的温度保持一致；然后利用测量仪测量标准样品的尺寸变化量，将尺寸变化量反馈至加工磨削机床，补偿被加工零件因温度变化产生的误差，从而解决了因热胀冷缩现象导致超精密磨削加工时的零件尺寸超差问题；使用本发明的温度补偿仪，无需将磨削机床和被加工零件放置在恒温环境中，只需按照一定工艺就可以使超精密磨削加工在常温下进行，因此具有对环境条件要求低、加工周期短、成本低的优点。

摘要： 精密超精密磨削砂轮径向误差补偿方法及其应用属于精密超精密加工技术领域；目的在于解决现有技术中由于径向误差及径向圆跳动带来的问题。包括以下操作步骤：通过多次测量方法精确确定砂轮半径；根据确定好的砂轮半径确定砂轮磨削过程中的中心路径；将步骤一中确定好砂轮半径的砂轮沿步骤二中确定的砂轮中心路径进行磨削加工。本发明随机选取砂轮边缘点确定多个砂轮圆心进而确定砂轮半径，实现对砂轮半径的修正，保证被加工元件的表面精度，提高了加工精度；本发明的径向误差补偿方法在砂轮高速旋转下确定边缘点坐标，整合圆心点位置分布在一定程度上确定了砂轮径向圆跳动，进一步进行了修正补偿加工。

摘要： 可实现精密超精密磨削的磨床静压头架，包括套筒、头架主轴、支撑箱体、装设于头架主轴前端的头架顶尖和连接于头架主轴后端的头架电机，套筒装设于支撑箱体上，套筒的前端装设有前端盖，头架主轴的前后两端分别通过前液体静压轴承和后液体静压轴承支承于套筒上，前液体静压轴承和后液体静压轴承均与头架主轴之间充满有液体介质，头架主轴上设有止推轴肩，止推轴肩上套有一圈垫片，止推轴肩和垫片均位于前液体静压轴承和前端盖之间，止推轴肩前端与前端盖之间留有前端间隙，止推轴肩后端与前液体静压轴承之间留有后端间隙，前端间隙与后端间隙内充满液体介质构成液体静压止推轴承。该头架具有刚性好、回转精度高、减振性能好、精度寿命长的优点。

摘要： 本发明属于磨削技术领域，公开了一种磨粒射流辅助的微细超硬磨料砂轮超精密磨削方法，微细超硬磨料砂轮精密磨削过程中辅以带有超细粒度的磨粒液射流，利用超硬磨料、普通磨料和结合剂三者之间的强度差别对磨削过程中的微细超硬磨料砂轮工作表面进行在线修锐和微细磨削刃等高性修整，在微细超硬磨料砂轮锋利等高性磨削刃的磨削作用下实现超精密磨削。本发明实现了对微细超硬磨料砂轮磨削刃的修锐和等高性修整，有效解决微细磨料砂轮表面磨削刃的在线修锐和磨削微刃等高性修整的技术难题，对提高磨削加工表面的质量有积极作用。本发明具有明显的先进性，对推动磨削加工技术的发展具有显着的学术和实际应用价值。

摘要： 可实现精密超精密磨削的磨床静压头架，包括套筒、头架主轴、支撑箱体、装设于头架主轴前端的头架顶尖和连接于头架主轴后端的头架电机，套筒装设于支撑箱体上，套筒的前端装设有前端盖，头架主轴的前后两端分别通过前液体静压轴承和后液体静压轴承支承于套筒上，前液体静压轴承和后液体静压轴承均与头架主轴之间充满有液体介质，头架主轴上设有止推轴肩，止推轴肩上套有一圈垫片，止推轴肩和垫片均位于前液体静压轴承和前端盖之间，止推轴肩前端与前端盖之间留有前端间隙，止推轴肩后端与前液体静压轴承之间留有后端间隙，前端间隙与后端间隙内充满液体介质构成液体静压止推轴承。该头架具有刚性好、回转精度高、减振性能好、精度寿命长的优点。