Ф124mm口径碳化硅质非球面镜面数控研抛技术研究

介绍了碳化硅质光学镜面的光学加工流程和加工手段，分析了碳化硅光学镜面的光学加工过程各个步骤中所应用的磨料和加工方法。利用自主研制的非球面数控加工中心，探索一种新型轮式研磨抛光技术，解决了中小口径非球面元件的数控加工问题，形成比较规范的中小口径碳化硅非球面元件加工方法，并应用到Ф124mm口径两面均为非球面的碳化硅元件的加工中，工件最终加工精度为第一面：0．761λ（PV）、0．059λ（RMS）（λ=0．6328μm）；第二面：0．834λ（PV）、0．089λ（RMS）（λ=0．6328μm），满足了设计要求。     

中等口径光学非球面的高效研抛技术

介绍了一种弹性模抛光与小磨头修正抛光相结合的两步研抛法实现中等口径光学非球面表面的快速抛光。利用弹性模预抛光来保证小工具抛光模型的准确稳定,并采用补偿的方法减小弹性模抛光对面形精度的破坏作用。然后利用优化的小磨头修正残留的表面误差来提高抛光精度。应用上述方法加工非球面,在较短的抛光周期中,获得的面形P-V精度达0.35μm。     

Ф50mm石英非球面零件批量化生产数控研抛技术的应用研究

非球面光学元件的加工技术在近些年有了一定的发展,如计算机数控单点金刚石车削技术、光学玻璃透镜模压成型技术、光学塑料成型技术、计算机数控研磨和抛光技术、环氧树脂复制技术、电铸成型技术以及传统的研磨抛光技术等。目前,世界先进国家均开展了光学非球面的数控铣磨和抛光技术的研究,如美国的Rochester大学和以德国Satisloh、Optotech、LOH公司等为代表,利用计算机自动控制技术,实现非球面元件的快速精密铣磨成型,并且能够保证光学零件具有较高的面形精度。国内的凤凰、中光学、舜宇等企业均已将发展非球面镜技术和产品作为企业发展和新产品开发的重要方向。     

一种中小口径非球面元件数控抛光技术

基于自主设计研制的FSGJ-3型非球面数控加工中心,针对口径φ108 mm凸非球面透镜(曲率半径R＝318 mm,k=－3),研究了非球面粗抛光工艺、精抛光工艺、抛光设备、磨料以及相关工艺参数,提出了规范的中小口径非球面加工的工艺方法和新型轮式抛光技术,实现了中小口径非球面元件的数控快速精密铣磨成型,且保证了光学零件具有较高的面形精度。抛光后元件面形精度达到0.306 λ(PV)、0.028λ(RMS) (λ=0.632 8μm)。满足了在光学系统中使用非球面零件,明显改善像质,提高光学特性,减少光学零件数目,从而简化系统结构,减小系统体积,减轻系统质量的目的。     

非球面数控气囊研抛技术研究

针对目前气囊研抛方法中研抛力控制精度不高的问题,提出一种新的非球面精密气囊数控研抛方法,由磁流变力矩伺服器(MRTS)对气囊与非球面之间的研抛力进行独立控制,由数控车床对气囊研抛工具进行位移伺服控制。基于这一技术,介绍了气囊数控研抛系统的组成,阐明了基于MRTS的研抛原理,分析了气囊研抛工具与非球面工件之间的接触力,建立了研抛力模型,对气囊研抛工具的研抛路径进行了规划,在此基础上,进行了实验研究。实验结果表明,提出的方法可以实时有效控制气囊研抛过程中的研抛力,得到表面粗糙度Ra≤0.03μm的非球面镜面表面,实现了非球面精密、超精密加工。     

大口径碳化硅材料凸非球面反射镜检验技术

为了实现某大口径碳化硅材料凸非球面反射镜检验,研究了无像差点法以及补偿检验法方案,经过方案比较优选,确定选用补偿检验方案并专门设计了高精度大口径非球面补偿器,设计精度为PV：0.0082,RMS：0.0029（=0.6328nm）,采用会聚光束、使用大口径数字干涉仪进行凸非球面正面检测,采用该方法进行检验凸非球面反射镜最终检测结果为0.022（RMS）本文所述补偿器的设计方法和要求具有普遍性,设计结果也可用于同类型大口径凸非球面检验用补偿器的设计。采用该方法提高了凸非球面检测精度,并且在凸非球面镜的材料选择、结构设计、支撑方式等方面提供了更多的优化空间,为新型光学材料在凸非球面反射镜的应用铺平了道路。     

红外线聚光非球面透镜的单点金刚石镜面切削方法

根据硬脆性材料的延性域加工机理和面形误差补偿加工方法,研究了圆弧形和平头形刀具的单点金刚石延性域切削方法,在加工中直接获得了镜面切除面;并利用数控技术进行误差补偿,克服了因加工试验、刀具磨损、机械振动、热变形等造成的加工误差导致的非球面的面形精度降低和表面粗糙度恶化.并将该方法用于采用圆弧形刀具对红外线聚光的φ70mm非球面锗透镜进行单点金刚石切削实验中.试验结果表明面形误差补偿加工方法可以进一步消除加工误差,将非球面的面形精度PV值从微米级(1.23μm)提高到亚微米级(0.36μm)的程度,表面粗糙度R_a从亚微米级(0.27μm)改善到超亚微米级(0.04μm)的范围.     

小型非球面数控抛光技术的研究

用计算机控制抛光的方法对小型非球面数控抛光技术进行了研究。对计算机控制小磨头抛光的材料去除作用进行了计算机模拟;依据计算机模拟结果,调整驻留时间函数,进行抛光补偿;最后,在自行研制的三轴联动非球面数控抛光原理样机上高效地完成了70 mm左右非球面的抛光,各项指标达到了中等精度要求,表面粗糙度为2.687 nm,面形精度为0.45 μm,且重复精度良好。结果表明,该技术有效提高了小型非球面光学零件的批量生产效率。     

大口径非球面光学研抛压力控制系统

根据大口径非球面光学元件研抛工艺的需求,基于行星式研抛装置设计了一种新型的双路气压平衡研抛压力控制系统。该系统利用低摩擦气缸,压力传感器和两个电气比例阀构建研抛气压闭环回路。分析了系统工作原理,建立了压力控制系统的非线性模型。为了实现恒压控制,运用前馈控制及双模态PID控制算法设计了复合控制器。实验结果表明,该系统能实现研抛压力的平缓过渡,可完成研抛压力的无级调节和柔性控制,输出研抛压力在0到350N可调,稳态压力波动小于1N,对气缸活塞位移波动干扰有较强的鲁棒性。该系统基本满足研抛系统对研抛压力稳定性和精确度的要求。     

φ50mm石英非球面零件批量化生产数控研抛技术的应用研究

非球面光学元件的加工技术在近些年有了一定的发展,如计算机数控单点金刚石车削技术、光学玻璃透镜模压成型技术、光学塑料成型技术、计算机数控研磨和抛光技术、环氧树脂复制技术、电铸成型技术以及传统的研磨抛光技术等.目前,世界先进国家均开展了光学非球面的数控铣磨和抛光技术的研究,如美国的Rochester大学和以德国Satisloh、Optotech、LOH公司等为代表,利用计算机自动控制技术,实现非球面元件的快速精密铣磨成型,并且能够保证光学零件具有较高的面形精度.国内的凤凰、中光学、舜宇等企业均已将发展非球面镜技术和产品作为企业发展和新产品开发的重要方向.     

磁流变数控抛光技术研究

磁流变加工技术则具有高效率、高精度、低亚表面缺陷等优点,而非球面元件由于自身的优点得到广泛应用,实现非球面元件的磁流变加工技术具有重要的意义,因此,文章进行了非球面的磁流变抛光工艺软件设计,对非球面的磁流变加工算法进行了研究,同时对自研磁流变机床运动形式进行了分析,实现了非球面元件的自动装调定位系统设计,开展了对大口径的方形非球面元件的磁流变加工验证实验,非球面元件的透射波前误差得到了收敛,最终实现了面形精度PV为λ/3。验证了磁流变加工非球面元件的能力。     

非球面精密数控研抛中研抛力的控制

提出了一种基于磁流变力矩伺服装置(MRT)的研抛力控制方法来控制非球面数控研抛系统中的研抛力以实现恒压力研抛.研究了该方法的原理、模型、影响因素并研发了相应的实验研究系统.阐述了基于磁流变力矩伺服装置的研抛力控制原理;应用Preston方程分析了恒压力控制的重要性并基于Hertz理论建立了研抛压力模型,进而建立了研抛力...     

小型非球面数控抛光的计算机控制技术分析

随着经济的快速发展和科技的进步,计算机技术已经广泛应用于社会生产的各个行业,利用计算机控制抛光的方法对小型非球面进行数控抛光控制,通过计算模拟结果,得出研制的小型非球面光学元件有良好的精度,计算机控制技术能有效的提高小型非球面光学元件的生产效率,对企业生产有十分重要的意义。     

大口径高陡度离轴非球面精磨阶段的数控加工

对大口径高陡度离轴非球面的数控加工过程中遇到的矢高变化率太大、磨头去除特性改变等技术难题进行了深入细致的研究,并提出了相应的解决方法。首先,通过坐标变换降低高陡度离轴非球面的矢高变化率;然后,给出了磨头沿非球面的法线方向进行数控加工的具体实施方法;最后,对轮廓检验的结果进行修正,使之在法线方向投影,从而使数控加工能更加准确有效地控制面形误差收敛。给出了数控加工实例,精磨阶段达到面形精度PV:10.502 8 μm,RMS:0.829 3 μm。结果表明,提出的方法在工程中完全可行,并有较高的收敛效率。     

非球面数控气囊研抛力/位解耦控制

针对非球面研抛过程中的力/位耦合问题,本文通过磁流变液力矩伺服控制装置进行力的控制,由数控车床完成位置及速度等工艺参数的控制,实现了力/位解耦,从而提高了研抛的精度。根据Preston研抛控制机理,建立了力控制的实现模型,在确定了研抛过程的工艺参数后,进行了研抛实验研究。通过计算椭球面研抛过程的驻留时间,进而确定了不同位置的时间与研抛力的对应关系,通过控制磁流变液力矩伺服装置的电流输出得到相应的研抛控制力,使其与数控机床给定的进给速度及位置进行匹配。实验结果表明:通过驻留时间进行力控制的方法可以实现高效率研抛加工中力的控制。     

碳化硅陶瓷新型反应连接技术研究

在碳化硅陶瓷反应连接工艺的基础上研究了一种新型的反应连接工艺,利用该工艺连接了自制的反应烧结碳化硅（RB-SiC）陶瓷。连接的RB-SiC陶瓷样品表面经过初步抛光后,测试了焊缝宽度、焊缝处的显微组织结构、连接层的力学性能和高低温实验后连接层对表面面形的影响。测试结果表明：利用新型反应连接工艺连接的RB-SiC陶瓷的焊缝宽度分布在54-77μm之间;焊缝处的显微组织结构非常均匀,接近基体材料;测试了十个样品的室温抗弯强度,平均值为307MPa,而且断裂都产生在母材上,说明焊缝处力学性能优异;高低温实验后,整块碳化硅陶瓷表面面形无变化,说明连接层的热学性能与母材一致,无残余应力。     

ZF6重火石玻璃非球面数控加工技术的研究

由于重火石玻璃的密度很大,材料较软,在数控加工过程中难以控制材料的去除量。现主要针对Ф62mm ZF6非球面凸透镜,对铣磨成型工艺、抛光工艺、抛光设备及抛光液等相关工艺参数进行了研究,采用弹性模预抛光与小抛头修正抛光相结合的两步研抛法对零件表面快速抛光,给出了一套规范的ZF6玻璃非球面的数控加工工艺,同时保证了零件具有较高的面形精度,实现了该非球面元件的快速批量生产。Ф62mm口径非球面最终面形精度达到0．5μm以下,表面光洁度达到Ⅲ级,明显改善成像质量,减少系统中光学零件数目,满足了非球面的使用要求。     

非球面柔顺研抛的边缘效应机理研究

在整个非球面柔顺研抛的过程中,如果运动速度、进给速度和外加压力都不发生变化,非球面边缘区域的研抛进给路径是其他区域的一半,所以理论上边缘区域去除量应该更少,但实验结果正好相反。针对该边缘效益,从研抛过程的基础动力学状态转换过程入手,重新研究了柔顺研抛的工艺过程,发现在边缘区域虽然加工时间以线性方式减少一半,但接触压力以二阶幂指数方式由原值递增至无穷大,决定去除效率的因素中,接触压力比加工时间更占主导,所以边缘区域实际去除量会更多。     

轻型碳化硅质反射镜坯体的制造工艺

研究了轻型碳化硅质反射镜坯体制造技术,讨论了制备工艺中的关键环节.提出了一种先进的消失模技术用于制备性能更加优异的背部半封闭式轻量化结构.针对制备大尺寸复杂形状陶瓷的难点,研究了SiC陶瓷素坯凝胶注模成型及成型过程中高固相含量低黏度SiC浆料的配置、浆料固化时间控制及大尺寸复杂形状SiC湿坯的液体干燥工艺等.测试分析了...     

高陡度非球面光学元件加工技术研究

高陡度非球面光学元件因形状特点,其毛坯成形、研磨和抛光等加工技术难度远高于传统的球面元件.其加工过程中根据不同材料和不同加工阶段分别应用化学气相沉积(CVD)精密复制方法、单点金刚石车削(DPT)、金刚石磨削、确定性微研磨(DMG)、磁流变抛光(MRF)和射流抛光等先进制造技术.分析高陡度非球面光学元件的形状特征,重点讨论高陡度非球面光学元件的加工技术及关键工艺,针对凹面抛光加工等技术难点做出工艺分析.