超精密车削

摘要： 目的研究碘化铯(CsI)晶体(110)晶面的力学性能和以及车削参数对超精密车削表面粗糙度的影响。方法分别采用纳米压痕和霍普金森压杆(SHPB)试验,获得并分析CsI晶体(110)晶面在准静态下和高应变率下的力学性能。采用单点金刚石车削(SPDT)的方法在不同的方向和车削参数对晶体进行超精密加工,并使用白光干涉仪、测力仪和红外热像仪分别测量超精密车削过程中已加工表面的粗糙度Ra、切削力和切削温度。结果CsI晶体在压痕过程中主要发生塑性变形,且无明显的脆性裂纹,其(110)晶面的维氏硬度约为100 MPa。当应变率从6000 s^(–1)提高8000 s^(–1)时,晶体的屈服强度提高了7 MPa。在试验中,沿着270°方向车削,可以获得Ra为20 nm以下的表面粗糙度。沿着该方向使用10°前角的金刚石车刀、转速为2000 r/min、进给速度为4μm/r、切削深度为2μm时,可以获得最好的表面质量,平均表面粗糙度Ra为8.53 nm,最大表面粗糙度Ra为11.02 nm。结论CsI晶体具有较强的塑性,且硬度低,高应变率下,材料的强度和硬度明显提高。通过提高转速即切削速度,增大超精密车削过程中的材料应变率,改善了软塑性材料的可加工性,使CsI晶体的表面粗糙度降低了80%。结合优选的车削方向、刀具前角、进给速度和切削深度等其他车削参数,获得了Ra在10 nm以下的光滑表面。

摘要： 阵列微结构光学元件广泛用于各种光束匀化场合,而常规的加工方法难以满足大矢高凸柱面阵列的精度要求.本文采用超精密车削成型法,分析了影响金刚石车削的主要因素,设计了顺序搜索法和二分搜索法寻找车削轨迹,并对比了两种方法的优缺点,结合Matlab软件用二分搜索法成功找到车削轨迹及数控程序,并在超精密车床上进行了车削实验,得到了表面轮廓误差在135 nm的大矢高阵列微结构.证明了二分搜索法能够准确获得车削轨迹,并且此法可同时适用于球面轮廓和非球面轮廓,具有重要的工程应用价值.

摘要： 对刀精度是影响加工工件面形精度的主要因素之一,为了实现平面或球面零件在超精密车削过程中的高精度对刀,设计了一种基于CCD传感器的光学对刀装置.通过LVDT对刀装置粗定位、光学对刀装置精定位的粗精结合的方法,快速准确地测得刀具的中心高、刀尖圆弧半径以及刀具定心坐标,重复对刀精度达到1 μm,实现精确对刀.对刀装置应用于自研三轴金刚车SGDT350机床,实现了直径75 mm、顶部球径为250 mm的凸球面铝件超精密加工,其面形精度PV达到0.24 μm.进一步证明了该对刀装置的精度以及该方法的有效性,同时大幅提高了对刀效率.

摘要： 超精密车削技术广泛应用于铝合金反射镜制造。直接超精密车削加工的铝合金镜面应用于可见光波段时会出现衍射效应,严重影响镜面的光学性能。为抑制衍射效应目前普遍对超精密车削铝合金镜面进行抛光。抛光工艺加工时间长、成本高,难以满足高质量镜面批量生产需求。为此,本文针对铝合金超精密车削镜面衍射效应的来源和抑制技术开展了研究。

摘要： 由于复杂曲面铝反射镜所具有的独特优势,其在光学系统中的应用越来越广泛.但是只采用超精密车削加工的光学反射镜精度受到超精密车削加工"误差复映"的限制,只能满足红外系统应用需求,其应用的进一步推广遭遇瓶颈.采用超精密车削、磁流变抛光、计算机控制表面成形(CCOS)的组合加工工艺,并结合复杂光学曲面的计算全息图法(CGH)面形检测技术,可以进一步提升铝反射镜的面形精度,满足可见光系统的应用需求,为复杂曲面铝合金反射镜的推广奠定了制造基础.

摘要： 基于ABAQUS软件对2024铝合金的超精密车削过程进行热力耦合仿真模拟,研究了切削三要素对工件表面残余应力的影响规律,并采用了评价函数的方法,以低残余应力为目标进行了切削参数优化.结果表明:2024铝合金已加工表面(切削稳定区域)以压应力为主,随着距已加工表面距离的增加,残余压应力值减小并逐渐变为拉应力,残余应力分布深度在10μm内.随着切削深度(10～30μm范围内)的增大、切削速度(50～150 m·min-1范围内)的减小、进给量(10～24μm范围内)的增大,2024铝合金工件表面残余应力呈现增大趋势,采用评价函数进行优化,确定了当切削速度129.8650 m·min-1(实际切削加工可取130 m·min-1),进给量为8.9μm,背吃刀量为1μm时,总体表面残余应力最小,表面质量更优,经过车削实验也验证了结论的可靠性.

摘要： 为了满足精密物理实验纳米量级加工精度的需求,采用天然金刚石刀具对10 B/Al复合材料切削加工是必然选择.通过分析10B/Al复合材料特性,研究了材料增强相受力状态与增强相破坏方式的映射关系,并研究了3种不同破坏方式:拔出、压入、断裂的切削表面成形机理.设计了考虑冷却润滑条件、切削深度、转速、进给的四因素三水平正交实验,结合表面成形机理,讨论分析了不同切削条件对切削表面质量的影响规律,结论认为,高转速、小切深、小进给、非油雾润滑更易获得好的表面质量.

摘要： 在超精密加工中,工件三维表面形貌的多尺度分析常用于纹理特征的提取和误差溯源.传统的二维离散实小波变换存在频率混叠严重和方向选择性差等缺陷,影响其对超精密车削表面中多方向性线形纹理特征的提取效果.文章基于车削实验,将二维双树复小波变换应用于超精密车削表面的分析中,并且针对小波变换层数的选取问题,对各层尺度系数重构表面的峭度及其相对于原始表面形貌数据的均方根误差进行分析,确定了小波变换层数的选择准则.为了评估二维双树复小波变换的分析效果,从能量泄漏和纹理特征两方面将其与二维离散实小波变换进行对比,验证了二维双树复小波变换分析超精密车削表面的优越性.

摘要： 考虑到光学自由曲面慢速刀具伺服车削缺乏切削轨迹点选取位置和数量的依据,提出了主动控制加工误差的刀具路径生成方法.进行了刀触点、刀位点轨迹分析和慢刀伺服车削正弦波面试验,结果表明,本文方法可以预测加工表面精度并可以显著降低切削点数量.

摘要： 辊筒模具是加工微结构阵列光学薄膜的关键零件,辊简表面由大量微结构构成,其表面的微结构通过UV固化技术复制到光学薄膜上,可以实现许多新型光学功能.在该技术中,辊筒模具表面数量庞大的微结构超精密加工质量是保证压印加工质量的关键和难点.为此,利用自主研发的光鼓车加工微V槽型辊简,分析并解决了刀具、程序、加工表面等方面的关键技术难点,得到了预期的微结构效果.

摘要： 金刚石超精密车削是加工微结构表面光学元件的有效方法，其关键是高性能快速刀具伺服系统。在加工过程中，快速刀具伺服系统应能克服时变的切削力负载，驱动刀具按照指定的轨迹完成频率高达数千赫兹的高精度跟踪运动。为了解决快速刀具伺服系统的跟踪控制问题，本文根据微结构表面车削时参考轨迹已知的特点，应用自抗扰控制原理和加速度前馈策略，采用状态空间法设计了一个精密自抗扰控制器，并应用于正应力电磁驱动的快速刀具伺服机构。实验结果表明了控制器的有效性。

摘要： 为实现光学透镜模具用碳化钨材料的高效率、低/无损伤、高精度加工,首先开发了与超精密车床配套使用的高频超声振动切削系统,并对其基本性能进行了测试.然后对光学透镜模具用碳化钨材料进行了单点金刚石车削,研究了塑性域加工时刀具磨损机理,分析了实际加工过程中产生的让刀现象并提出了相应解决方法.实验结果显示,采用刀尖圆弧为半径R0.5的刀具在工件表面可以加工出Ra10nm以内的粗糙度,表面形貌没有诸如磨削中出现的微观裂纹等缺陷;切削相同面积的碳化钨时,单点金刚石车削与超精密磨削相比效率至少提高20倍.PCD和单晶金刚石刀具磨损都是以磨粒磨损和微崩刃为主,所提出的负前角倾斜超声振动切削方法,有望解决加工过程中的金刚石刀具磨损问题.

摘要： 为实现光学透镜模具用碳化钨材料的高效率、低/无损伤、高精度加工,首先开发了与超精密车床配套使用的高频超声振动切削系统,并对其基本性能进行了测试.然后对光学透镜模具用碳化钨材料进行了单点金刚石车削,研究了塑性域加工时刀具磨损机理,分析了实际加工过程中产生的让刀现象并提出了相应解决方法.实验结果显示,采用刀尖圆弧为半径R0.5的刀具在工件表面可以加工出Ra10nm以内的粗糙度,表面形貌没有诸如磨削中出现的微观裂纹等缺陷;切削相同面积的碳化钨时,单点金刚石车削与超精密磨削相比效率至少提高20倍.PCD和单晶金刚石刀具磨损都是以磨粒磨损和微崩刃为主,所提出的负前角倾斜超声振动切削方法,有望解决加工过程中的金刚石刀具磨损问题.

摘要： 为实现光学透镜模具用碳化钨材料的高效率、低/无损伤、高精度加工,首先开发了与超精密车床配套使用的高频超声振动切削系统,并对其基本性能进行了测试.然后对光学透镜模具用碳化钨材料进行了单点金刚石车削,研究了塑性域加工时刀具磨损机理,分析了实际加工过程中产生的让刀现象并提出了相应解决方法.实验结果显示,采用刀尖圆弧为半径R0.5的刀具在工件表面可以加工出Ra10nm以内的粗糙度,表面形貌没有诸如磨削中出现的微观裂纹等缺陷;切削相同面积的碳化钨时,单点金刚石车削与超精密磨削相比效率至少提高20倍.PCD和单晶金刚石刀具磨损都是以磨粒磨损和微崩刃为主,所提出的负前角倾斜超声振动切削方法,有望解决加工过程中的金刚石刀具磨损问题.

摘要： 为实现光学透镜模具用碳化钨材料的高效率、低/无损伤、高精度加工,首先开发了与超精密车床配套使用的高频超声振动切削系统,并对其基本性能进行了测试.然后对光学透镜模具用碳化钨材料进行了单点金刚石车削,研究了塑性域加工时刀具磨损机理,分析了实际加工过程中产生的让刀现象并提出了相应解决方法.实验结果显示,采用刀尖圆弧为半径R0.5的刀具在工件表面可以加工出Ra10nm以内的粗糙度,表面形貌没有诸如磨削中出现的微观裂纹等缺陷;切削相同面积的碳化钨时,单点金刚石车削与超精密磨削相比效率至少提高20倍.PCD和单晶金刚石刀具磨损都是以磨粒磨损和微崩刃为主,所提出的负前角倾斜超声振动切削方法,有望解决加工过程中的金刚石刀具磨损问题.

摘要： 本发明涉及精密超精密加工技术领域，提供了一种超声振动加工装置，主要由超声振动单元、外壳和刀具组成。缩紧环结构的外壳对超声振动单元的2处波节位置进行紧固，非常容易调整外壳的长度，实现外壳内环形凸台始终紧固在超声振动单元的波节位置。该装置的工作频率在38±0.5KHz，不产生噪声污染，加工效率高，且其装配环节少、刀片安装和卸载方便；同时，该装置刚度好、密封性好；本发明在难加工材料加工和细长轴、薄壁件等弱刚度零件的切削加工方面效果显著，可以显著减小切削力、切削温度，刀具磨损和工件材料切削加工变形，提高了工件加工表面质量和形位精度，减少了后续加工工艺，进而提高加工效率和经济性。

摘要： 本发明提供了一种镜片固定装置，用以吸附镜片进行加工，所述镜片固定装置包括夹持件、吸附件、抽真空装置，所述吸附件用以与所述镜片的凹面或者凸面连接，所述夹持件上开设有与连通所述抽真空装置和所述吸附件的连通孔，所述吸附件采用石墨材料制得。本发明的镜片固定装置通过设置采用石墨材料制得的吸附件，从而可以通过吸附件吸住镜片，避免划伤镜片，同时可以保证镜片同一侧的任意位置吸力相当，抓力均匀。

摘要： 本实用新型涉及一种微型线材超精密旋转车削机头，包括一气浮转台、一中空的步进电机、多个车刀架、多个弹簧与一中空锥形的丝杠滑台，气浮转台设有一阶梯槽，阶梯槽的底端处设有一盖板，盖板的底端设有丝杠滑台，丝杠滑台的底端处设有步进电机，或者步进电机为压电陶瓷大行程纳米滑台，盖板穿设有车刀架，车刀架与气浮转台之间压设有弹簧，并且与丝杠滑台线性抵接，气浮转台的中心位置处设有一线材孔。该微型线材超精密旋转车削机头具有提高车削工艺精度，实现轴向和径向的同步进给，降本增效，提高通用性以及使用范围等优点。

摘要： 本发明公开了一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法，通过金刚石车刀在工件表面车削出特定的两个圆槽结构，再将工件置于白光干涉仪下高精度测量出圆槽最低点对应的圆弧半径，根据实际测出的半径与理想半径之间的关系计算出X与Y轴对刀偏差的大小，进一步校准进行后续加工。其优点为：首先，提出的试切圆槽的方法简单易行并且不依赖于操作人员的对刀经验；其次，基于高精度的白光干涉仪测量能够突破传统显微镜测量分辨率低下的局限性，更好地获取可靠的高精度测量结果；再者，所提出的方法仅需单次装夹因而能够很好地减少重复装夹引入误差，同时大大减少对刀时间并实现高效率对刀。

摘要： 一种针对微小锥形回转体构件的超精密车削机床及对刀及加工监控方法，涉及微小构件加工技术领域，为解决现有的微小构件超精密车削加工无法精确非接触对刀，且无法同时对加工过程进行精确监控并进行修正问题。本发明提供了一种针对微小锥形回转体构件的超精密车削机床，它包括机床主体、对刀及加工监控装置和加工监控控制系统，机床主体包括基座、X轴直线单元、Y轴直线单元、Z轴直线单元、工件轴C轴、液压回转台B轴和刀具组；本发明还提供了一种针对微小锥形回转体构件的超精密车削对刀及加工监控方法，实现了加工前的精确对刀和加工过程的准确监控，大大提高了加工效率和加工质量。

摘要： 本发明涉及一种基于超精密车削的光学曲面表面形貌仿真方法，属于超精密加工技术领域。基于已规划超精密刀具轨迹模型，对仿真区域进行网格点划分，计算网格点在径向截面上所有的刀具轨迹刀触点，并进行刀具半径补偿，得到对应刀触点的刀位点，根据网格点和已规划刀位点的几何位置关系计算出仿真区域内所有网格点的最小残留高度坐标数据，实现了整个仿真区域内光学曲面的表面形貌仿真，将表面形貌仿真数据去除光学曲面理论设计的形状成分可实现对光学曲面的加工面形误差分布情况的预测。本发明考虑了已规划刀具轨迹的刀具半径补偿对形貌仿真的影响，可以在车削实验前预测实际加工工件的表面形貌，无需进行多次昂贵费时的试错实验。

摘要： 本发明涉及一种TIR透镜的分段式超精密车削加工方法，包括：分割TIR透镜模型，得到第一部件模型和第二部件模型；对第一部件模型和第二部件模型进行修改，得到对应的第一毛胚和第二毛胚；基于第二毛胚，车削加工出第二分割锥面，得到第二部件；基于第一毛胚，车削加工出第一定位基准面和第一光学表面；基于加工后的第一毛胚，进一步车削加工出第一分割锥面，得到第一部件；沿第一分割锥面和第二分割锥面，胶合第一部件和第二部件，使两部件的对称轴重合，得到未加工完全的TIR透镜主体；车削加工TIR透镜主体的其余光学表面，得到TIR透镜成品。与现有技术相比，本发明能够解决TIR透镜样机中的锐角加工问题，同时具有加工成本低、加工周期短的优点。

摘要： 本发明公开了一种基于平均镜像光反射率的超精密车削表面粗糙度测量方法，步骤为：建立单个进给量内经过超精密车削的工件表面的二维刀痕轮廓模型；将该二维刀痕轮廓模型以刀具每转进给量f为周期进行扩展，建立整个工件表面二维刀痕轮廓模型；计算工件表面粗糙度对应的镜像光反射率；以获得的各个平均镜像光反射率Rf为自变量，以Rf分别对应的表面粗糙度轮廓的最大高度值Rz为因变量，建立Rz和Rf之间的数学关系模型；对于待测的经过超精密车削的工件表面，测量工件表面在步骤三设定的入射光波长范围内的镜像光平均反射率Rf，代入到建立的数学关系模型中，即可获得表面粗糙度轮廓的最大高度数值。采用本方法实现了快速、准确测量。

摘要： 本实用新型公开了超精密车削技术领域的一种基于超精密车削用微透镜阵列车削工作台，包括上箱、下箱和收料箱，上箱的内腔横向插接有一号丝杠和一号光杆，一号丝杠的与上箱侧壁转动配合，一号光杆与上箱的侧壁固定连接，一号丝杠的外壁固定安装有一号电机，一号丝杠的外壁螺纹配合有夹紧工作台，夹紧工作台与一号光杆滑动配合，上箱的内腔横向插接有二号丝杠和二号光杆，二号丝杠的与上箱侧壁转动配合，二号光杆与上箱的侧壁固定连接，二号丝杠的外壁固定安装有二号电机，二号丝杠位于一号丝杠的下方，本装置能够便于微透镜阵列车削的安装，能够通过风力将车削屑取出，不影响光学成像，并且可以清理残余车削屑。

摘要： 本实用新型公开了一种中心可调的超精密车削装置，包括安装箱，所述安装箱的内部设有四组刀具安装机构，四组所述刀具安装机构关于安装箱的中心线阵列排布，每组所述刀具安装机构上安装有车刀，所述安装箱与车刀对应的位置设有矩形孔。本实用新型中，通过设置四组刀具安装机构对不同的车刀进行安装，每组刀具安装机构能够分别对其上的车刀中心高度进行调节，从而每个车刀能够独立完成对刀，避免反复换刀过程中重新调节刀具高度，提高工作效率。