空气静压轴承在精密磨削和超精密加工方面的应用

精密磨削和超精密加工中所使用机床的主轴部件和机床导轨近年来有了很大的发展,在六十年代主要是采用液体静压轴承和静压导轨,而七十年代国外研制高精度空气静压轴承和空气静压导轨,取得了很大的进展。美国气动精密(Pneumo Precision)公司、Du Pout公司和埃克塞罗(Ex-Cell-O)公司等将高精度空气静压支承用于超精密加工的主轴部件和导轨。美国气动精密公司已经成系列地生产MSG超精密机床,包括金刚石砂轮磨削、金刚石车削、铣平面与镗孔、金刚石飞刀切削等各种机床。机床主轴和导轨全部采用空气静压     

全气体静压环形抛光机床的研制及应用

针对单轴抛光机面形控制难度大、较多依赖人工经验,无法满足光学元件激增的数量和精度需求的问题,提出研制一种新型超精密环形抛光机床。首先引入抛光盘跳动为变量构建基于Preston公式和赫兹接触理论的材料去除模型;模型仿真分析表明抛光盘跳动误差变化会导致材料不均匀去除,而主轴跳动误差和导轨直线误差会直接影响抛光盘的面形修正和测量精度。然后基于此结论,利用静态、模态、谐响应分析对机床整体布局和横梁支撑形式进行优化;同时设计气体静压导轨和主轴以提高直线运动精度和主轴回转精度。最后为了验证机床精度和加工指标,采用LK-G5000激光传感器检测导轨和转台的运动误差分别优于1.2μm/400 mm和0.4μm。对?300 mm的UBK7光学元件进行抛光,8小时后粗糙度和PV值分别优于Ra0.56 nm和1/10λ。结果表明：所研制的超精密环形抛光机床达到了设计要求。     

静压导轨几何误差对运动直线度影响研究

为了提高机床的加工精度,研究液体静压导轨几何误差对运动直线度的影响规律。根据静压导轨对置油垫刚度和承载力的计算特征,建立导轨面形方程,对导轨进行运动误差分析,推导立柱运动直线度误差模型。以生产中常见的,因制造误差导致工作表面为凸型的闭式液体静压导轨为例,运用数学软件MATLAB对导轨运动误差进行曲线仿真,分析发现导轨的几何误差,如面形误差、立柱长度、导轨行程、及油垫对数对导轨运动的直线度有显著影响。最后通过实验所测的直线度曲线图和仿真进行对比,证明理论推导的正确性。     

大口径光学元件超精密加工技术与应用

大口径光学元件超精密加工技术是多种学科新技术成果的综合应用,促进了民用和国防等尖端技术领域的发展,在国家大光学工程的推动下,我国的超精密加工技术取得显著的成果。围绕大口径光学元件“高精度磨削＋确定性抛光”超精密加工体系,介绍该领域研究进展及厦门大学微纳米加工与检测联合实验室取得的相关研究成果,主要针对光学元件磨削和抛光两个加工流程,详细分析磨削装备技术、磨削工艺技术、精密检测技术、可控气囊抛光技术、加工环境监控技术和中频误差评价技术等关键技术的研究应用情况。这些技术研究从超精密加工的需求出发,借鉴国内外的研究经验和成果,通过对装备、工艺、检测等各方面整合,形成具有自主知识产权的大口径光学元件磨抛超精密加工体系,从而实现大口径光学元件高精度、低缺陷加工。     

主轴部件套类零件高精度立式磨床研制

在分析套类工件结构特点和技术要求基础上,以精度为目标,开展了立式复合磨削工艺路线设计及与之相适应的精密立式磨床研制。所研制的磨床其动态回转精度优于0.3μm的高刚度液体静压直驱式静压回转工作台和运动直线度优于0.2μm/200 mm的高刚度液体静压导轨很好地保证工件磨削圆度和母线直线度。研制的机床实现了内孔磨削圆度0.7μm,外圆磨削圆度优于0.45μm的磨削效果,能满足各种高精度主轴部件套类零件高精度磨削。     

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。     

液体静压导轨技术分析

液体静压导轨技术主要用于精密与超精密机床,现介绍静压导轨滑块的工作原理,并分别从油膜厚度、流量控制器、热变形这三个影响因素出发,对液体静压导轨的性能进行阐述,总结众多学者对这三方面影响因素的研究成果。     

非球面曲面光学零件超精密加工装备与技术

"Nanosys-300非球面曲面超精密复合加工系统"是 "九五"重点预研课题-"非球面曲面的超精密加工与测量技术"的主要研究成果.重点对非球面曲面光学零件超精密加工机床,非球面曲面光学零件超精密加工工艺,非球面曲面光学零件超精密测量技术进行了研究.其主要技术成果有:非球面超精密复合加工系统综合设计和制造技术,高速超精密空气静压主轴系统,超精密闭式液体静压导轨系统,高速超精密空气静压磨头电主轴系统,开放式高性能数控系统集成技术等.系统的精度检测和工艺实验表明其研究水平进入了国际先进行列.     

微结构光学功能元件模具的超精密磨削加工技术

微结构光学功能元件在航空航天、机械电子、光学以及光电子领域都具有非常重要的应用价值和极其广阔的应用前景,针对其大批量复制用模具的超精密磨削加工技术也越来越受到重视。微结构光学功能元件模具的超精密磨削加工技术不同于传统的磨削加工技术,是在模具表面加工制造出各种不同形貌、不同尺度、不同维数并具有不同光学功能的微小几何结构。结合目前国内外微结构表面超精密制造技术的研究和发展,对微结构光学功能元件模具的超精密磨削加工技术进行综述。介绍超精密磨削加工技术在微结构表面制造中的应用,分析目前微结构光学功能元件模具超精密磨削加工中存在的关键技术问题,并对微结构光学功能元件模具的超精密磨削加工发展趋势进行预测。     

中大口径轴对称光学非球面超精密磨削数控机床的研制

通过系统分析轴对称中大口径方形光学非球面包络法加工原理,提出了非球面磨削加工机床各轴系运动的数学控制模型,设计并研制了非球面精密磨削加工机床及机床速度、位移双闭环控制系统,在研制的加工机床上进行了330×300mm的方形光学非球面镜片磨削试验,并采用数字型电感测微仪设计了非球面在线检测系统,通过对加工后的光学非球面进行在线检测,试验结果表明设计并研制的光学非球面磨削加工机床加工精度满足光学非球面镜片加工面形精度PV值达到4μm的要求,且加工效率高,适用于中大口径非球面磨削加工。     

向心滚动轴承的精化方法

滚动轴承导轨 具有运动灵活、摩 擦力矩较小和承载能力比滚珠导轨大等优点,被广泛应用于超精密加工机床和精密测试仪器(如三坐标测量机等)的垂直和侧面导向系统。滚动轴承导轨的运动直线性,不但与导轨本身的直线度有关,而且与向心滚动轴承的旋转精度有关。一股外购的标准向心滚动轴承适用于高速     

PM流量控制器参数对液体静压导轨运动精度影响的研究

液体静压导轨在超精密机床中广泛应用,其运动误差直接影响被加工件表面精度,因此,针对液体静压导轨运动精度的研究并不少见。然而,上述研究涉及的建模方法都具有一定的简化处理,并且少有考虑恒压式液体静压导轨中关键元件节流器的影响作用。基于运动学理论,直接建立四油垫闭式液体静压导轨准静态理论模型,研究PM流量控制器参数对运动精度的影响。分析表明,该节流器三个关键参数不影响运动误差曲线波峰波谷的出现位置,但会影响运动误差的波动程度和PV值。通过油膜反力波动分析可以解释运动误差变化机理,油膜反力波动越剧烈,运动误差变化也越显著。相对于其他两个参数比流量Kr和供油压力P_s,初始流量Q_0对运动精度的影响较为显著。研究工作旨在为PM流量控制器关键参数的选取提供理论参考。     

面向CPV的聚光透镜制造装备设计技术研究

太阳能光伏发电作为太阳能利用中最具发展前景的技术已被广泛应用,其中由聚光透镜构成聚光器是光学系统中的关键部件,从而开展面向CPV的聚光透镜制造装备设计是实现太阳能光伏发电的基础。为此从复杂微结构大口径光学元件(菲涅尔透镜)结构及其表面微结构几何特征尺寸,分析得到超精密加工机床的技术要求。通过对装备功能构架的设计,获得超精密立式车床的总体构成,再分别对装备中床身、导轨、主轴、刀架等进行分析,获得满足菲涅尔透镜加工精度要求的超精密加工机床。     

非球面光学元件加工检测方法的研究

对非球面光学元件加工检测进行了试验和研究,得出了具体的测试方案。在非球面大口径光学元件的精密磨削中,其磨削阶段的检测技术是工件加工的关键。通过对大口径非球面光学元件加工中工件旋转轴(A轴)、砂轮旋转轴(B轴)、工件平移轴(X轴)、砂轮平移轴(Y轴)、砂轮回转轴(C轴)的位置和速度所进行的检测,证明了所使用的检测方法是可靠的,能够顺利地完成对非球面光学元件加工过程的检测,实现了非球面光学元件的精密磨削,满足了设计的要求。     

静压导轨的流体-结构耦合分析及动态性能优化设计

由于液体静压导轨具有抗震性好、工作寿命长、工况稳定等优点,所以广泛用于精密加工的机床中。在液体静压导轨工作的过程中,温升和油腔压力会导致结构变形,从而影响静压导轨的工作性能。通过 ANSYS Workbench的流体分析相关模块得到液体静压导轨的压力场和温度场分布情况,接着进行流体-固体耦合分析研究温度和压力分布对静压导轨静刚度的影响以及动态性能的影响,对静压导轨的结构优化有一定的借鉴作用。     

非球面曲面的超精密加工与测量技术的研究

全面介绍了“九五”重点预研课题——“非球面曲面的超精密加工与测量技术”的研究内容及其成果。其主要研究内容有：非球面曲面的超精密加工系统的研究、非球面曲面的超精密加工工艺的研究、非球面曲面的超精密测量技术的研究。其主要研究成果有：高精度、高刚性高速空气静压主轴技术,高精度、高刚性闭式液体静压导轨技术,超精密车削系统,超精密磨削系统,高性能、开放式数控系统基础集成技术等其它相关技术。     

汽车曲轴的"三轴联动切点跟踪"随动磨床及其关键技术研究

在分析两轴联动切点跟踪曲轴随动磨削方法的技术缺陷基础上,系统地介绍了"三轴联动切点跟踪"磨削原理,给出了"三轴联动切点跟踪"曲轴随动磨削运动模型,概括了该原理在曲轴连杆颈和主轴颈磨削中的技术优势.并且通过高精度液体静压导轨、高刚性直线驱动技术和在线测量与误差补偿等关键技术的综合运用,成功地解决了超精密磨削加工中各运动部件动态性能及其对加工精度的影响,攻克了用普通刚玉砂轮高效率、高精度磨削曲轴主轴颈和连杆颈的技术难题.     

光学玻璃专用平面磨床工作台静压导轨设计

光学玻璃专用平面磨床是应用于激光技术、光电通讯、航空航天以及国防工业等领域大尺寸光学玻璃精密加工的专用机床。工作台所在轴的运动是加工辅助运动,其运动精度是影响加工精度的一个重要因素,通过创新设计确定了工作台与床身之间结构为直线电机驱动的双层静压导轨设计方案,力封闭直线电机驱动静压导轨和结构封闭的工作台闭式静压导轨双层结构之间采用弹性连接,有效地避开了直线电机驱动过程中电磁力等因素对工作台运动精度的影响,确保了光学玻璃专用平面磨床的加工精度。     

新型液体静压支承技术在机床导轨上的应用

该文介绍了液体静压导轨的工作原理,针对开式液体静压方式工作过程中存在的问题,提出采用喷射泵与PM流量控制器相结合的新型液体静压支承技术,保证了开式液压静压导轨所需的油膜厚度和刚度,并将该技术应用到机床导轨中,使机床抗振性强,运动精度高,提高了工件的加工精度。     

光学脆性材料的金刚石切削加工

重点对脆性材料的超精密研磨、抛光加工技术及超精密磨削加工技术和超精密切削加工技术进行了分析研究。分析表明,硬脆材料光学元件主要应进行超精密研磨、抛光及超精密磨削加工;软脆材料光学元件主要应进行金刚石切削加工。对软脆材料金刚石切削进行了试验设计,指出了光学脆性材料的金刚石切削加工过程不同于金属加工过程,通过控制切削条件可以实现脆性材料塑性域加工,提高光学脆性材料的表面加工质量。