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。     

2.5D Cf/SiC刹车材料浮动磨削工艺试验研究

为研究2.5D C_f/SiC刹车材料的浮动磨削加工性能,设计单因素试验探究了砂轮转速、工作台调定压力和磨削深度对磨削力、表面粗糙度和表面形貌的影响规律,分析了磨削表面典型加工缺陷及材料去除机理。结果表明：砂轮转速、工作台调定压力和磨削深度对法向磨削力影响显著,对切向磨削力影响不大;工作台调定压力对表面粗糙度的影响程度最大。2.5D C_f/SiC刹车材料以脆性断裂去除方式为主,不同纤维方向上的加工缺陷形式存在差异,其主要加工缺陷为界面脱粘、微裂纹、基体破碎、纤维剥离及破碎。试验通过单因素方法分析得到了较好的表面质量,表面粗糙度Sa可达0.6μm左右。     

玻璃磨削参数对电镀金刚石工具磨削性能的影响

通过制备的电镀金刚石工具进行了玻璃磨边的正交试验 ,以工具磨削比作为考核指标 ,研究了玻璃加工中电镀金刚石工具磨损与磨削参数之间的关系 ,并确定了适宜的磨削参数     

触屏玻璃的数控成型磨削工艺研究与设计

根据玻璃的磨削机理,结合具体产品的加工,设计了玻璃成型磨削刀具和真空吸附夹具,提出了触屏玻璃数控成型磨削工艺的实现方法。     

Al2O3单晶镜片精密磨削加工工艺研究

分析硬脆性材料磨削的特点与难点,介绍目前精密磨削硬脆性材料的三种常用加工技术。通过研究实现硬脆性材料精密磨削条件,结合Al2O3精密磨削试验,提出大尺寸Al2O3单晶镜片精密磨削的加工工艺参数和方法。     

瓷质玻化砖磨削机理研究

通过单颗粒金刚石磨削和砂轮磨削抛光实验,观察玻化砖磨削表面的微观形貌,分相磨削加工表面形成机理及影响因素。瓷质玻化砖磨削表面是由莫来石、玻璃相和残留石英的塑性变形和脆性断裂形成的;玻化砖的晶相组成和加工工艺加工表面光泽度和粗糙度;玻化砖烧成、冷却和磨削温度产生的石英晶型转变,以及粗加工产生的残余裂纹,是导致磨削工件破裂的重要原因。     

ELID磨削工艺参数对磨削力的影响

小口径非球面玻璃透镜因具有极高的成像质量和成像分辨率而被广泛应用于中高档镜头中。在线电解修整(Electrolytic In-Process Dressing,ELID)磨削作为高效的镜面磨削方法被广泛应用于硬、脆等加工材料的镜面磨削。在精密平面磨床上安装喷嘴电解ELID磨削系统对硬质合金材料进行了喷嘴电解方式ELID磨削试验研究。实验分析了磨削力随着砂轮转速、工作台进给速度、磨削深度三个磨削工艺参数变化的规律。同时,相同的磨削参数下,比较喷嘴电解方式ELID磨削和普通磨削的磨削力研究。试验结果表明,喷嘴电解方式ELID磨削能明显降低磨削力,与普通磨削相比较,能更好的实现硬质合金材料的超精密磨削加工。     

微晶玻璃塑性超精密磨削加工的研究

本文对微晶玻璃脆性材料的超精密磨削加工作了大量的实验研究。研究结果表明，对于微晶玻璃等脆性材料，其表面粗糙度主要与砂轮的平均磨粒尺寸、砂轮速度、进给量及磨削深度等因素有关。当采用超精密磨床并在vs=1200m/min、f=0～200um/rev、ap=0.1～10um条件下磨削时，只有当金刚石砂轮的平均磨粒尺寸低于20um，才能在塑性磨削模式下加工出高质量的光滑表面，其磨削后的表现粗糙度为rms;8.021nm、Ra:6.200nm。     

钠钙玻璃微磨削表面粗糙度试验研究

针对硬脆材料钠钙玻璃进行了一系列的微尺度磨削试验研究,主要探讨不同磨削因素对工件加工表面质量的影响。从理论上探讨微尺度磨削的加工机理,研究微磨削过程中的最大未变形切屑厚度、工件的弹性恢复等对加工过程的影响。根据微尺度磨削加工的特点,选用不同的加工参数对钠钙玻璃材料进行正交试验和单因素试验,得到微磨削加工后工件表面粗糙度变化的一般规律。针对200号与500号两种磨粒微磨棒进行试验研究,得出不同加工条件与工件表面粗糙度的关系,进而确定不同加工参数对表面质量的影响规律。     

光学玻璃磨削机理的仿真研究

采用有限元仿真分析方法,利用有限元增量理论建立了玻璃材料的弹塑性本构关系,对单颗金刚石磨粒的磨削过程进行了仿真,最后从最大拉应力、磨削力、磨削力比3个方面对仿真结果进行了分析研究,为玻璃磨削加工的工艺参数优化和工艺规划奠定了基础。     

石英玻璃的化学机械磨削加工

为了实现石英玻璃基板的高效、高质量加工,进一步改善光掩模设备的性能,进行了石英玻璃化学机械磨削(CMG)加工技术的研究。通过在磨削过程中主动增强磨粒、结合剂以及磨削液与工件的化学反应,并使化学反应与机械去除作用形成动态平衡,从而消除因材料脆性去除而造成的表面损伤等,实现了大口径玻璃工件的高表面质量、高形状精度的加工。针对石英玻璃CMG加工的特点,开发了CMG专用砂轮及磨削液,利用正交实验法优化了石英玻璃CMG加工工艺参数,分析了CMG加工过程中磨削压力、砂轮转速、磨削液流量、pH值等因素对加工表面粗糙度及加工效率的影响,并利用优化后的工艺参数加工得到了Ra为0.795nm的石英玻璃表面。加工后基板的光学性能和化学机械抛光(CMP)加工基板的光学性能相同,能够满足光掩模设备的性能需求。     

Ultraprecision grinding of TiC-based cermet hemisphere couples

In aerospace industry, TiC-based cermet hemisphere couples are widely used as dry sliding bearing and gyro due to its high resistance to wear and heat. To enhance the grinding precision, this paper presents an ultraprecision grinding technique for machining TiC-based cermet hemisphere couples. The factors affecting the form and dimension accuracy of the hemisphere couples in ultraprecision grinding were analyzed theoretically. The optimization of grinding conditions and ground surface morphology of TiC-based cermets were investigated. In addition, the subsurface damage of ground TiC-based cermet hemisphere couples was observed by focused ion beam FIB. The research results show that position errors have more significant impact on concave in grinding of hemisphere couples. The TiC-based cermet ground surface revealed a smooth surface covered by micropits, traces, and reliefs because of the special material properties, and the surface roughness could be improved by the decrease of feed rate, while the different feed rates did not influence form accuracy. Finally, TiC-based cermet hemisphere couples with 16 nm surface roughness, 0.3 μm PV form accuracy, radius deviation of less than 3 μm, and subsurface damage depth of less than 2.5 μm were obtained.     

Ultra-precision grinding of optical glasses using mono-layer nickel electroplated coarse-grained diamond wheels. Part 2: Investigation of profile and surface grinding

After finishing the precision conditioning of mono-layer nickel electroplated coarse-grained diamond wheels with 151 μm (D151), 91 μm (D91) and 46 μm (D46) grain size, resp., profile and surface grinding experiments were carried out on a five-axis ultra-precision grinding machine with BK7, SF6 optical glasses and Zerodur glass ceramic. A piezoelectric dynamometer was used to measure the grinding forces, while an atomic force microscopy (AFM), white-light interferometer (WLI)) and scanning electron microscope (SEM) were used to characterize the ground surface quality in terms of micro-topography and subsurface damage. Moreover, the wear mechanics of the coarse-grained diamond wheels were analyzed and the grinding ratio was determined as well, in aiming to evaluate the grinding performance with the conditioned coarse-grained diamond wheels. Finally, the grinding results were compared with that of the fine-grained diamond wheels with regard to the ground specimen surface quality, process forces and wheel wear as a function of stock removal. The experimental results show that the precision conditioned coarse-grained diamond wheels can be applied in ductile mode grinding of optical glasses with high material removal rates, low wheel wear rates and no dressing requirement yielding excellent surface finishes with surface roughness in the nanometer range and subsurface damage in the micrometer range, demonstrating the feasibility and applicability of the newly developed diamond grinding technique for optical glasses.     

异型玻璃外廓检测及磨边加工技术的研究

在仿形原理的基础上,提出了一种异型玻璃外廓尺寸的检测方法,通过旋转运动与直线运动结合,将传感器采集信息进行数据处理和坐标变换后,获得待测异型玻璃外廓的尺寸,为外廓磨边加工的进行提供精确的运动轨迹.在此研究基础上,采用基于PC开放式数控方式,实现对异型玻璃外廓检测和磨边加工运动控制,并结合实际应用,从硬件设计、软件设计两个方面介绍了基于翠欧开放式运动控制器的异型玻璃外廓检测及磨边加工系统,最后进行了试验验证.     

PDP研磨机无接触防水系统

在PDP生产制造过程中,基板玻璃研磨加工过程中要使用冷却水,以防止磨焦和得到光滑的边缘,同时要求完全防止冷却水溅射到基板玻璃。随着PDP产品升级换代,尤其是第4代PDP窄边框产品,还要保证表面电极不受划伤。首先对PDP面板研磨工艺和生产设备进行介绍,然后根据4代产品对研磨工艺的要求,提出了一种利用水流密封、毛刷与屏不产生接触的防水装置的设计方案。     

Form-truing error compensation of diamond grinding wheel in CNC envelope grinding of free-form surface

In computer numerical control (CNC) grinding of free-form surface, an ideal arc profile of trued diamond grinding wheel is generally employed to plan 3D tool paths, whereas its form-truing errors greatly influence the ground form accuracy. A form-truing error compensation approach is proposed by using an approached wheel arc profile to replace the previously designed ideal one. The objective is to directly compensate the trued wheel arc-profile errors. It may avoid the time consumption of traditional approach that compensates the measured coordinate point errors of workpiece to an iterative grinding operation. First, the 3D tool path surface was constructed to plan the 3D tool paths. Second, the CNC arc truing of grinding wheel was conducted to analyze the form-truing error distribution relative to the applied wheel arc profile. Then, the form-truing error compensation was carried out in CNC envelope grinding. Finally, the iterative closest point (ICP) algorithm was used to match the measured coordinate points of workpiece to ideal free-form surface. It is shown that the 3D tool path surface constructed is practicable to plan arbitrary 3D tool paths for the form-truing error compensation. The ICP matching may be used to investigate 3D ground form error distribution. It is confirmed that the form-truing error compensation can directly improve the 3D ground form accuracy. It may decrease the 3D ground form error by about 20% when the 2D form-truing error is reduced by about 58% using the same truing conditions for CNC grinding.     

超声辅助磨削硬脆材料芯棒直径预测模型

超声辅助磨削是一种套料芯棒加工方法,而硬脆材料在超声辅助磨削加工过程中的去除模式主要为脆性断裂,这将导致加工出的芯棒直径与砂轮内径之间存在尺寸误差。针对上述问题,通过分析超声辅助磨削加工中砂轮表面金刚石磨粒的运动轨迹,运用压痕断裂力学理论建立了超声辅助磨削芯棒的直径预测模型。该模型考虑了脆性材料断裂时产生的侧位裂纹扩展对芯棒直径的影响。通过对K9光学玻璃材料进行超声辅助套料试验对模型进行了标定和验证,接着研究了进给速度和转速对芯棒直径误差的影响规律。通过对比研究发现,模型计算结果与试验结果吻合较好,误差小于5%,验证了模型的有效性。试验结果表明,采用适当的低转速和大进给速度可以有效降低超声辅助磨削芯棒直径的尺寸误差。本文所建模型可为超声辅助磨削套料芯棒的砂轮选择提供理论指导。     

光学玻璃镜面的自进给电泳磨削的试验研究

分析塑性方式磨削机理，提出自切深进给电泳磨削的新技术。试验结果表明，该技术能实现光学玻璃材料的塑性方式去除，达到镜面磨削。     

镁铝尖晶石的塑性域磨削

为了避免和减小镁铝尖晶石在研磨工艺中产生的亚表面损伤,研究了合理控制磨削参数,实现镁铝尖晶石塑性域磨削的方法。分析了镁铝尖晶石的脆塑转变机理,采用不同尺寸规格的金刚石砂轮磨粒和改变砂轮进给量等参数进行了大量实验,探索了镁铝尖晶石的塑性磨削条件及影响因素,实现了镁铝尖晶石的塑性域高精度磨削。采用VG401MKⅡ型超精密磨床和3000#金刚石砂轮,设定砂轮速度为20m/s,工件速度为0.3m/s,进给量为0.5~3μm/r进行了磨削实验。结果显示:当金刚石砂轮磨粒的平均尺寸小于8μm时可以实现镁铝尖晶石的塑性磨削,其表面粗糙度Ra可以达到2.291nm,透光率可提高17%。研究结果表明,砂轮的平均磨粒尺寸和砂轮进给量对镁铝尖晶石材料的表面加工质量影响很大,该结果为研究磨削高质量镁铝尖晶石表面提供了依据。     

刀具磨削系统中磨削路径自由规划

为了在刀具磨削系统中添加一种开放式的可由用户自由规划砂轮磨削路径的高级功能,开发出磨削路径自由规划功能,该功能使用奇次矩阵及奇次变换理论得到砂轮在工件坐标系中空间任意位姿,经后处理模块转换到机床坐标系中,实现用户自由编辑砂轮磨削路径,实现参数化修改加工标准、非标准刀具等多种类复杂刀具。