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.     

非球面曲面超精密加工机床研制成功

2003年5月的一天,一块亮如镜面的铝材凸球面车削样件被小心翼翼地从非球面曲面超精加工机床卸下,送入国家级光学计量检验中心检验。检验结果为:车削加工样件的面形精度PV=0.228μm,表面粗糙度Ra=0.0078μm,这意味着表面粗糙度仅有不到8nm。这是三○三所研制的非球面曲面超精密加工机床在用户西安应用光学研究所进行交付验收时的一个场景。非球面曲面超精密加工机床的成功研制,表明三○三所超精密加工技术国防科技重点实验室比较全面地攻克了非球面曲面光学零件的超精密加工与测量的关键技术,打破了国外的技术封锁,使我国的非球面曲面光学…     

超精密加工技术在非球面加工中的应用

介绍超精密加工技术在非球面加工中的应用及产生的经济效益。     

非球面光学零件的超精密磨削技术

本文首先介绍了非球面光学零件的作用、硬脆材料的超精密加工的一个热点──延性方式磨削，实现延性方式磨削的条件和应用了延性方式磨削技术的非球面光学零件的超精密磨削加工机床，最后介绍了非球面光学零件的ELID起精密后削技术。     

非球面超精密加工机床的发展状况

超精密加工设备和技术是先进光学制造技术的基础和关键，也是衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志。文中介绍了国内外超精密非球面加工机床的发展状况、应用背景及其关键技术指标。     

对于非球面度较大的非球面光学零件的加工方法

在特种光学加工中，对于非球面度较大的非球面零件加工，无论是铣磨还是抛光。都存在一定难度，特别是在最大非球面度处有较小拐角的非球面零件，铣磨时磨轮由于加工轨迹在拐角处的突变，易撞掉或撞碎零件，而抛光时在具有较小拐角处更难以抛亮，同时也增大了修抛难度。本文针对此问题，以加工非球面Si单晶为例，在保证有效口径情况下，通过在该透镜的最大非球面度处(或附近某点处)作切线至透镜口径处的加工方法，使光洁度得到有效改善，同时进行面形修正补偿，使非球面面形最大偏差(Rt)达到1μm以下。     

非球面光学零件抛光技术

介绍了各种非球面抛光技术的基本原理及特点,供选择合适的抛光方法和技术时参考,并对此作了前景展望,指出了今后的重点研究方向。     

非球面超精密抛光技术研究现状

非球面应用范围的拓展以及应用精度要求的不断提高对非球面元件的尺寸精度与表面质量提出了更高要求;作为终加工手段,非球面超精密抛光技术也越来越受到世界各国的重视。掌握非球面超精密抛光过程中的材料去除机理以及由此导致的亚表面损伤等特性对提高非球面抛光的精度与效率十分重要。对非球面抛光技术的发展进行回顾,并根据非球面超精密抛光技术的发展脉络,阐述当前主要非球面超精密抛光技术的加工原理及加工实例,随后从亚表面损伤、边缘效应等方面对几种非球面超精密抛光技术进行比较,并以提高抛光精度与效率为目标,对非球面超精密抛光技术的发展趋势进行预测。     

超精密加工技术的发展及对策

介绍超精密加工及其应用背景,发展动向,以及超精密加工关键技术的一些最新成果,从超精密加工技术推广应用的角度阐述其模块化,廉价化发展趋势,同时就如何发展诸如模块化部件,执行系统,测量控制和环境控制等超精密加工关键技术提出一些新的观点和方法。     

研磨轮结构参数对工件加工精度的影响

通过建立研磨轮和工件的相对运动数学模型，得出研磨轮在工件上的切削运动轨迹方程，由此得到超精密平面研磨中，不同结构参数研磨轮的滑移轨迹长度，引入精度系数的概念，用于评价不同结构参数研磨轮对工件的加工效果，采用微粒金刚石研磨轮对单晶硅和压电陶瓷材料进行研磨实验的结果表明，使用设计合理的研磨轮可以提高研磨的加工精度。     

光学玻璃塑性模式超精密磨削加工的研究

利用超精密磨床磨削加工6种典型的光学玻璃,先从理论上研究了脆性材料脆塑转变的临界值,然后对脆性材料作了大量磨削实验,实验结果表明,超精密磨削脆性材料时存在着断裂模式,断裂与塑性模式、塑性模式,这些模式主要由砂轮磨粒的切削深度进行控制,该磨削表面粗糙度与磨粒尺寸的大小,砂轮的进给量及玻璃的材料有关,当光学玻璃在塑性模式磨削时,其表面层不会产生任何裂纹缺陷,利用超精密磨床进行磨削加工,获得的表面粗糙度Ra低于5nm。     

超精密加工精度分析

介绍超精密加工技术概要;从加工精度角度出发分析超精密加工技术国内外动态及今后发展的目标;探讨进一步提高主轴和导轨运动精度以及微进给和超精密测量精度等的可能性和关键技术问题;展望超精密加工技术在微细加工领域的发展前景。     

超精密环境温度控制及温度测量技术研究

分析在超精密加工环境中进行高精度温度测量与控制的原理及方法。在分层次逐步实现的原则下,依据传热学原理,规则并初步建成了一个超精密的加工环境。     

复杂曲面零件超精密加工方法的研究进展

超精密加工技术是降低工件表面粗糙度、去除损伤层,获得高形状精度、表面精度和表面完整性的终加工手段。复杂曲面零件的广泛应用和精度要求的不断提高,取决于复杂曲面零件的超精密加工技术。概述了复杂曲面零件的超精密成形加工、超精密抛光等加工方法,分析各种典型加工方法和材料去除机理,从加工精度、工具与曲面吻合度、加工效率与成本、环境友好性等方面对几种复杂曲面超精密加工方法进行比较。对复杂曲面零件超精密加工技术的发展趋势进行预测。     

超精密加工机床的微位移驱动器

介绍了一种新型的微位移驱动器,阐述了其原理,结构,特点以及在超精密车削加工中的应用。     

Wear of CBN Tools in Ultra-Precision Machining of STAVAX

CBN cutting tools are widely used in ultra-precision machining of STAVAX (specialized stainless steel) mould inserts for injection moulding of optical lenses. This paper will report on experiments carried out to investigate the wear of CBN tools with different grain sizes and various CBN/TiN ratios in ultra-precision machining of STAVAX. The tool-wear characteristics were observed to be greatly dependent on the tool type, hardness of the STAVAX and cutting parameters used. In the machining of STAVAX with a hardness of 55 HRC, fine-scale cavities were formed on the rake face and as such the surface damage acted like a chip breaker resulting in formation of cracks. While the flank faces of all tool types showed a similar wear resistance, it was observed that a combination of a higher percentage of TiN binder and smaller grain size led to greater wear resistance on the rake face. It was found that the formation of cracks on the rake faces could be prevented by means of either increasing the cutting speed or reducing the hardness of the machined workpiece.     

IC卡天线的光化学加工

介绍了IC卡天线光化学蚀刻的工艺过程，重点研究了影响精度、效率和成本的各个环节。     

单晶硅加工裂纹的离散元仿真研究

通过力学性能数字试验模拟及校准,建立了单晶硅的离散元模型.基于该模型对单晶硅微加工过程进行了动态模拟,分析了不同切削速度、切削深度及刀具前角等对加工后表面裂纹情况及切屑形成的影响,结果表明:加工后表面裂纹的数目及其最大深度均随刀具前角的增大而减小,而随切削速度及切削深度的增大而增大;切削速度越高,切削深度对加工表面的质量影响越大;随着刀具由正前角变为负前角,刀具前方特别是刀具下方的材料损伤程度逐渐增大,在前角变至0°之前,刀具下方的材料损伤程度基本上保持不变,而当前角变为-15°时,刀具下方的材料变形程度显著增大.