超精密加工装置的性能分析

超光滑表面加工技术是超精密加工体系的一个重要组成部允.介绍了流体二维振动超光滑表面加工新技术、实验装置的组成及加工原理,并对实验装置的频率响应特性、声场的分布等动态性能进行了测试和分析.     

计算机控制纳米胶体射流抛光的实验研究

将所设计的纳米颗粒胶体射流加工系统与计算机控制技术结合,实现了计算机控制纳米颗粒胶体射流加工,可将其应用于小曲率半径非球面和自由曲面元件的超光滑表面加工。本试验对一非球曲面高纯石英玻璃元件进行纳米颗粒胶体射流超光滑表面加工,用表面轮廓仪测量了纳米颗粒胶体射流加工前后该高纯石英玻璃元件的表面轮廓曲线。实验结果表明:计算机控制纳米颗粒胶体射流加工,实现了可控的微/纳米材料去除,该非球曲面元件轴向最大去除量为900 nm。原子力显微镜检测结果表明:该元件轮廓截面曲线上的表面粗糙度由Ra2.860 nm降低到Ra0.460 nm。采用纳米颗粒胶体射流技术对小曲率曲面及自由曲面进行超光滑表面加工,是一种确定性超光滑表面的加工方法。     

等离子体加工光学元件工艺研究

为了得到超光滑表面且无表层损伤的光学元件,引入一种新型的超光滑表面加工技术--等离子体抛光.介绍了有关等离子体刻蚀的研究进展以及去除机理,在已经设计好的实验平台上进行等离子体加工工艺实验,对影响去除效果的参数进行了实验研究,最后进行工艺参数优化.结果表明此技术能够应用于对光学元件的加工.     

氮化铝基片超精密加工的实验研究

氮化铝材料具有较高的热导率和良好的介电性能，机械强度高，热膨胀系数与半导体硅材料相近，非常适于制造大功率或快速半导体器件的散热基片和封装材料。本文采用游离磨料加工方法对氮化铝基片表面进行了研磨、抛光，讨论了不同加工参数对试件表面粗糙度和材料去除率的影响。采用表面粗糙度仪和厚度仪分别对超精密加工后AIN基片的表面粗糙度及去除厚度进行了测量。实验结果表明，在本实验条件下可以获得表面粗糙度Ra为8nm的超光滑表面。实验还采用XJZ-5型电子显微镜对加工过程中AIN的表面结构进行了观察，分析了不同超精密加工阶段的材料去除机理，同时发现晶粒间孔隙会降低AIN基片的可加工性能。     

基于激光捕获原理的超精密加工技术研究

为了适应超精密加工对加工精度的要求,将激光捕获技术引入到超精密加工领域,提出了"基于激光捕获原理的超精密加工技术"的概念,介绍了其工作原理,建立了其理论模型,并通过组建基于激光捕获原理的超精密加工系统进行纳米加工,证明将激光捕获技术应用在超精密加工中是可行的.基于激光捕获原理的超精密加工技术为超精密加工提供了一种全新的工具,必将发挥越来越大的作用.     

磨料射流表面抛光研究综述

作为精密超精密光学制造工艺过程中的一个重要环节,各种新型表面抛光方法与工艺始终吸引着科研人员不断深入研究与探索。磨料射流抛光方法为小型复杂零件的表面抛光提供了一个新思路,成为精密超精密光学加工技术的重要组成部分。对磨料射流表面抛光过程中衍生的磨料水射流抛光、磁射流抛光、负压吸流抛光、磨料气射流抛光、冰粒水射流抛光、纳米胶体射流抛光的抛光原理、方法及特点进行了综述,分析了各射流表面抛光技术材料去除的最新发展;从加工原理、磨料选择、抛光精度、数学模型等方面对上述新型射流抛光技术进行深入分析与比较,其中磁射流抛光、纳米胶体射流抛光、磨料水射流抛光的抛光精度较高,可以实现表面粗糙度纳米级的超精密抛光,而磨料气射流抛光、冰粒射流抛光从加工成本上来讲则相对较低。最后,对磨料射流表面抛光在去除函数优化、精度效率的提高、应用范围扩展、在线检测、商业化应用等方面的发展趋势进行了预测。     

金属粉末注射成型技术(MIM)的进步

微型粉末注射成型技术常规的粉末注射成型技术(MIM),能够加工制造的粉末冶金产品限于3～50g的重量范围以内。而近年来由于超精密加工技术的运用,已有可能使用小型精密模具有效地利用MIM法制造机加工困难材料以及复杂小型且不能进行后加工或表面加工的制品,这就是微型MIM法(micro—MIM)。利用微型MIM法生产的制品,在现阶段还不是MIM法制品之中的主要部分,     

大口径高精度超光滑非球面制备方法

本发明涉及非球面加工技术。要解决大口径高精度超光滑非球面加工非常困难，而且加工周期长、成本较高的问题。本发明在溅射功率及工作气体压强一定的条件下，首先对靶材的沉积速率进行定标，再根据球面和非球面的差异量，利用沉积速率确定出转盘公转机构的速度，通过控制球面基底上各点经过溅射靶材的公转速度，从而控制球面基底上各点在溅射镀膜区的停留时间T，在球面基底镀制出的按一定空间分布的膜层厚度，则制成所需要非球面面形。解决了传统数控和应力盘抛光等问题，提供了一种表面粗糙度低、精度高、加工周期短、成本低的大口径高精度超光滑非球面制备方法。本发明适用于大曲率半径、小偏移量和大口径的高精度超光滑非球面加工。     

纳米表面工程基本问题及其进展

阐述了纳米表面工程的产生背景、内涵、特点和科学问题,详细阐述了纳米表面工程在纳米超薄膜的制备、超光滑表面的制备、表面超微细图形加工、纳米结构涂层的组装、制备纳米复合功能涂层方面的研究进展。     

超精密加工用金刚石工具的研发动态

使用高精度高刚性机床和锐利光滑切削刃的单晶金刚石切削工具的超精密切削加工作为被切削性良好的软质金属的稳定高效高精度加工技术已趋向成熟。特别是在非球面反射镜和发动机部件的精加工中正在全面地采用超精密切削加工。另外，Si和Ge等非金属材料的红外光学元件的加工和作为透镜，导光板等光学元件的模具Ni—P镀层的加工，虽存在工具磨耗大这一问题，但目前没有其它的有效加工技术，现仍采用这种加工技术。     

Hybrid machining of Inconel 718

A new approach for machining of Inconel 718 is presented in this paper. It combines traditional turning with cryogenically enhanced machining and plasma enhanced machining. Cryogenically enhanced machining is used to reduce the temperatures in the cutting tool, and thus reduces temperature-dependent tool wear to prolong tool life, whereas plasma enhanced machining is used to increase the temperatures in the workpiece to soften it. By joining these two non-traditional techniques with opposite effects on the cutting tool and the workpiece, it has been found that the surface roughness was reduced by 250%; the cutting forces was decreased by approximately 30–50%; and the tool life was extended up to 170% over conventional machining.     

单晶SiC基片的化学机械抛光技术研究进展

单晶SiC因其优异的物理化学性质而成为重要的外延衬底材料,广泛应用于卫星通信、集成电路和消费电子等领域。衬底外延生长需要单晶SiC具有较低的加工表面损伤和残余应力的超光滑平坦表面,其表面质量决定了后续的外延层质量并最终影响器件的性能。化学机械抛光(CMP)是目前实现单晶SiC基片超精密加工的一种常用且有效方法。我们综述了单晶SiC基片化学机械抛光加工的研究现状,根据加工原理进行归类并分析了各种类别的优缺点及运用局限,指出了其在化学机械抛光领域的发展前景。      

磨料尺寸对固结金刚石聚集体磨料垫研磨石英玻璃加工性能的影响

石英玻璃的研磨加工是其超光滑抛光加工的前道工序,对其加工效率和最终表面质量影响甚大。针对石英玻璃的硬脆特性,采用固结金刚石聚集体磨料研磨垫,对其高效低损伤研磨加工工艺进行了研究。探索了金刚石聚集体磨粒的一次颗粒尺寸、二次颗粒尺寸、研磨压力和研磨液流量4因素对研磨石英玻璃加工性能的影响,综合优化得到加工效率高和表面质量优的工艺参数。实验表明:采用固结金刚石聚集体磨料研磨垫,当一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为1.0~2.0 μm和20~25 μm,研磨压力为14 kPa,研磨液流量为60 mL/min时,材料去除率达到2.64 μm/min,平均表面粗糙度值R_a为54.2 nm。      

绝缘工程陶瓷的特种加工技术

针对用机械磨削方法加工绝缘工程陶瓷存在成本高、效率低和工件表面易产生微裂纹等问题，国内外学者开展了大量的研究工作，并取得了较大的研究进展。概述了绝缘工程陶瓷的激光加工、超声加工、电火花加工、等离子弧切割等特种加工技术，并对这些加工技术的原理、特点和应用状况等进行了分析评述。     

螺旋曲面的四自由度加工方法

文章在研究螺旋曲面的加工原理的基础上,提出以工件旋转、刀具的坐标变化以及刀具的螺旋角度变化为基础,按空间包络法计算刀触点轨迹,由四轴插补形成了刀具沿螺旋线方向的进给运动,从而实现了前后两个加工截面之间的螺旋位置关系。该方法在国内首次提出四轴坐标系下应用无瞬心包络铣削理论实现螺旋曲面加工,为四轴联动数控机床加工复杂螺旋曲面提供了可靠的理论基础。     

Investigation on AFM-based micro/nano-CNC machining system

To solve the problems in the atomic force microscope (AFM)-based nanomachining process such as nonlinearity and low repeatability positioning accuracy of AFM scanner in a larger scale, a novel micro/nanomachining system similar to conventional CNC machine tools was presented. The system integrated AFM with a precision stage. AFM optical lever detection method was employed to apply a very light normal load on the sample surface. An AFM diamond tip was utilized as a cutting tool to scratch the sample. The precision stage was used as a worktable to move the sample. This process was different from machining with a planer. Based on the system, effects of tip geometry, the scratching direction, the normal load, the machining velocity and the feed on the machining depth were discussed. Fabricating techniques of two-dimensional and three-dimensional complex micro/nano-structures using AFM-based mechanical scratching method based on this system were presented. Complex regular structures were fabricated. Moreover, AFM-tip-induced local anodic oxidation was also carried out based on this system, which displayed higher repeatability positioning accuracy with a larger machining dimensions and a significant machining ability of this system.     

Compensation of electrode orbiting in electrical discharge machining based on non-uniform offsetting

In orbiting EDM, the orbital motion of electrode makes the cavity dimension in the workpiece deviate from the design objective. This paper presents a compensation method for electrode orbiting. The presented techniques are used to modify the geometric shape of free-form electrode, so as to eliminate the effects to the cavity dimension that arise from the electrode orbiting. The basic approach consists of three steps: (1) NURBS parameters extraction of electrode surfaces and surface adaptive sampling; (2) non-uniform offsetting of the sampled points according to the orbiting patterns; (3) approximation of non-uniform offset surface under error control. And the method to handle trimmed surface in compensation is also discussed. Quite a few implemented examples and machining results show that the developed techniques can compensate the orbital motion and improve the machining precision effectively.     

并联机床数控加工的刀具瞬时包络面轮廓线研究

文章对用并联机床进行曲面加工,处于两个加工刀位之间的刀具的平移和旋转的运动速度进行了分析.通过引入在一般运动情况下(包括旋转和平移),通用锥形刀具的瞬时包络面轮廓线的求解公式,得到了用并联机床数控加工中刀具的瞬时包络面轮廓线的解法.对这些轮廓线进行放样处理就可以创建刀具的包络面体.应用上述研究成果可以模拟并联机床曲面加工中已加工表面的形状,文中最后给出了计算实例并进行了验证.