球面光学零件气囊抛光工艺参数优化的研究

针对球面光学零件,采用气囊抛光方法对其进行加工,以正交实验为实验方法,以球面光学零件材料去除率和表面粗糙度为目标,研究了5个主要影响因素(气囊压缩量、气囊转速、内部压力、抛光液浓度和工件曲率半径)对材料去除率和表面粗糙度的影响程度,并根据实验结果优选工艺参数,找出影响材料去除率和表面粗糙度的工艺参数优化组合。以去除率和表面粗糙度为目标工艺参数,在优选后的结果指导下,根据优选后的工艺参数,以控制表面粗糙度为目标,采用离散进动方式抛光球面光学零件,可获得超精密的光滑表面。     

磁流变抛光工艺参数的正交实验分析

对利用自行配制的水基磁流变抛光液和磁流变抛光实验样机进行了以抛光去除效率和表面粗糙度为考核指标的工艺实验。应用正交试验方法分析了磁流变抛光中主要工艺参数(磁场强度、抛光粉浓度、抛光盘的转速、抛光盘与工件间的间隙)对抛光去除效率和表面粗糙度的影响规律,并结合磁流变抛光机理对其进行了分析。根据实验结果对工艺参数进行了优化。     

平面和曲面光学零件气囊抛光材料去除的比较研究

气囊数控抛光是近年来一种新兴的先进光学制造技术,采用柔性的气囊作为抛光工具并以进动的方式进行加工。首先简要阐述了气囊抛光的抛光原理,然后针对平面和曲面光学零件,在自行研制的气囊抛光实验样机上进行了抛光实验。被抛光光学元件的材料去除是在抛光区内实现的。研究了进动角、气囊压缩量、气囊内部压力、气囊转速、抛光时间以及工件的曲率半径几种重要的工艺参数对平面工件和球面工件抛光接触区大小和形状影响情况的异同。在此基础上,总结了气囊抛光材料去除的影响规律。给出了几种重要工艺参数在平面工件和球面工件上取值范围。     

空间光学元件超精密气囊抛光的去除特性研究

为得到空间光学元件超光滑表面,对超精密气囊抛光方法的去除特性进行了理论和实验研究.以Preston方程为基础,应用运动学原理建立了气囊抛光"进动"运动的材料去除模型,针对抛光气囊工具的物理特性,按照Hertz接触理论对去除模型进行了修正;利用计算机仿真的方法,分析了几个主要工艺参数对"进动"抛光运动去除特性的影响规律,并在超精密光学数控抛光机上进行了正交实验;仿真和实验结果吻合较好,总结得到4点气囊抛光方法中重要的结论,给出了"进动"角与压缩量的取值范围,以此得到了面型精度RMS值为0.024λ(λ=0.6328 μm)的超光滑表面,为开展光学元件气囊抛光工艺研究提供依据.     

内渐进多焦点镜片的加工

介绍了加工内渐进多焦点镜片的自由曲面数控机床的基本结构及工作原理,开展了机床的加工工艺实验,用以改善内渐进多焦点镜片的光学性能。实验结果表明,车削阶段影响表面粗糙度的两个主要因素是镜片材料和切削速度;得到了抛光效果良好的两个抛光参数:抛光时间是50s—100s,抛光气压是0.03 MPa—0.06 MPa;不同材料的镜片车削后表面粗糙度不同,抛光后表面粗糙度基本相同。     

液体喷射抛光时各工艺参数对材料去除量的影响

以实验为基础,研究了液体喷射抛光技术的各工艺参数,包括喷射角、工作压力、工作距离和作用时间等参量对工件材料去除的影响。获得了它们之间的关系曲线;得出了工件材料去除的规律;确定了液体喷射抛光时的最佳参数组合。为进一步研究液体喷射抛光时各工艺参数对工件表面粗糙度的影响奠定了基础。     

金刚石车削表面微纳织构的气囊抛光改进

单点金刚石车削技术被广泛应用于光学表面的超精密加工。然而,车削表面固有的周期性残留刀痕结构将增强表面散射效应,恶化元件光学性能。为了抑制散射以获得高质量光学表面,采用气囊抛光技术主动改变车削表面周期性刀痕结构。基于Taguchi正交试验,以表面粗糙度及功率谱密度的改善率为设计指标,分析获得了最优抛光参数。采用该最优参数对一精车表面进行了抛光试验,抛光后表面粗糙度Ra由3.81 nm降到1.42 nm,各空间频率功率谱密度大幅降低,同时表面的衍射条纹消失。试验结果验证了所采用的抛光及相应优化方法的有效性,具有重要的工程应用价值。     

金刚石车削表面微纳织构的气囊抛光改进EI北大核心CSCD

单点金刚石车削技术被广泛应用于光学表面的超精密加工。然而,车削表面固有的周期性残留刀痕结构将增强表面散射效应,恶化元件光学性能。为了抑制散射以获得高质量光学表面,采用气囊抛光技术主动改变车削表面周期性刀痕结构。基于Taguchi正交试验,以表面粗糙度及功率谱密度的改善率为设计指标,分析获得了最优抛光参数。采用该最优参数对一精车表面进行了抛光试验,抛光后表面粗糙度Ra由3.81 nm降到1.42 nm,各空间频率功率谱密度大幅降低,同时表面的衍射条纹消失。试验结果验证了所采用的抛光及相应优化方法的有效性,具有重要的工程应用价值。     

六自由度气囊抛光机器人模态分析与中频误差抑制北大核心CSCD

针对六自由度串联式关节机器人气囊抛光系统因刚度不足引起的加工振动以及引入中频误差的问题,以IRB 6700机器人作为研究对象,基于Ansys Workbench建立模态分析模型,并结合实验分析机器人气囊抛光系统工况频带内动态特性,实验与仿真结果共同表明,机器人气囊抛光系统在工况频带至少存在5阶模态,且共振时机器人末端抖动幅值为mm级,机器人加工严重受限。同时针对机器人气囊抛光系统先进光学元件抛光工艺应用,设计一种阻尼抑振气囊工具头,与普通气囊工具头进行定点抛光与整面抛光对比实验。结果表明:抑振气囊头定点抛光斑粗糙度与频谱幅值普遍低于普通气囊工具头,引入的中频误差较一般气囊工具头低40%,抛光优化效果显著。     

大口径非球面元件可控气囊抛光系统

根据大口径非球面光学元件的实际加工需要,设计并制造可控气囊抛光系统,并对机构进行运动学仿真,仿真结果表明,气囊自转轴的运动空间可以满足大口径非球面光学元件的连续进动加工要求。为了证明所设计系统的可加工性,以直径320 mm的圆形平面光学元件进行加工实验。经过该气囊抛光工具24 h的抛光后,工件达到较好的面型精度,光学元件的表面粗糙度由0.272减小到0.068(＝632.8 nm), PV值从1.671降低到0.905。对光学元件的实际加工实验结果表明:可控气囊抛光系统在加工过程中结构稳定性好,符合设计要求,可有效提高加工工件面型精度。     

大口径光学元件气囊抛光工具刚度可控性

为保证气囊抛光过程中抛光运动的高稳定性和均匀材料去除率,对气囊抛光非球面过程中气囊工具刚度的可控性进行了研究。通过分析气囊抛光大口径光学元件时工具的受力情况,计算了气囊工具的刚度,并分析了气囊抛光工具刚度对抛光时材料去除的影响及气囊工具刚度的影响因素。设计了气囊工具刚度控制算法并进行模拟试验,仿真结果表明,在刚度标准值根据加工要求设定以后,即可通过调节工件对气囊工具的反作用力,使得气囊抛光大口径光学元件过程中气囊工具刚度可控。     

机器人气囊抛光去除函数稳定性分析

基于气囊抛光技术和工业机器人平台开发光学元件精密抛光系统，既能满足光学元件快速抛光环节的高效率和高精度的要求，又可以降低开发成本，是极具潜力的抛光设备开发方案。气囊抛光具有稳定的且确定的材料去除特性，通常要求抛光斑稳定性在90%左右。针对机器人气囊抛光系统在多步离散进动抛光过程中机器人末端刚度对气囊抛光稳定性的影响展开研究，通过建立机器人末端刚度矩阵，获得机器人末端变形；基于Preston理论，建立含变形误差的气囊抛光去除函数。最后设计4步离散定点抛光实验验证机器人气囊抛光系统稳定性。根据结果可知抛光斑在XY截面轮廓线上皆呈类高斯形状，且XY截面轮廓线基本一致，具有比较好的重合度；对比不同抛光位置的截面轮廓线，其相对误差小于5%，由此可验证机器人气囊抛光系统在离散进动抛光时具有较好的稳定性。     

金属的光学抛光

该文介绍了金属光学零件的抛光方法、抛光去除量的数学模型和抛光实验的结果。     

基于Marangoni界面效应的数控化学抛光去除函数的研究

 利用基于Marangoni界面效应对化学抛光去除函数的理论及实验进行研究，提出采用湿法化学抛光（刻蚀）方法为大口径高精度光学元件的加工提供新的解决途径。介绍了Marangoni界面效应及其验证实验，运用WYKO轮廓仪对熔石英基片局域刻蚀前后的粗糙度进行检测，结果表明，粗糙度基本无变化，刻蚀前后粗糙度分别为0.72 nm和0.71 nm。基于Preston假设， 建立了数控化学抛光理论模型，运用WYKO干涉仪观察实验现象可知，化学抛光刻蚀曲线基本上成平底陡峭的去除函数曲线，小磨头抛光是倒置的仿高斯函数曲线。     

聚酰亚胺树脂粉在金刚石抛光片中的应用

本文介绍了聚酰亚胺树脂粉在金刚石抛光片中的应用。由于聚酰亚胺树脂耐热温度高和耐磨性好，由它制作的金刚石微粉抛光片具有使用寿命长、磨削效率高和被加工工件的表面粗糙度低等优点。ＴＧ－ＤＳＣ分析表明：聚酰亚胺树脂粉在３６０℃之前的热稳定性较好，固化温度选择在２３０℃。ＳＥＭ分析表明：在抛光过程中起磨削作用的主要是金刚石颗粒。如果树脂的耐磨性能差与耐热温度不高，金刚石颗粒过早地脱落是引起抛光片寿命不长与加工工件表面粗糙度高的主要原因。     

抛光颗粒尺度均匀性对射流去除特性的影响

基于单喷嘴射流抛光去除机理，研究了抛光颗粒尺度分布理想均匀时，颗粒直径和抛光液质量分数变化对冲击去除分布的影响。在此基础上，考虑到实际加工过程中，抛光粉颗粒不可避免地存在分布不均匀的情况，在非理想不均匀条件下，提出了一种分析颗粒尺度的材料去除特性模型，重点研究了不同颗粒尺度分布范围对材料去除特性的影响。结果表明:在理想状态下，冲击去除随着抛光颗粒直径的增大而减小，随着抛光液质量分数的增大而增大。当颗粒直径随机分布时，材料去除量将出现明显的波动，抛光液质量分数的增大使去除量波动也增加，去除量波动的大小与抛光粉颗粒的平均直径直接相关，且与理想均匀状态下的去除特性相比，颗粒分布不均匀性使得材料的去除量有所增大。