非球面聚焦透镜数控加工技术研究

 国内现有的高功率固体激光装置所使用的非球面聚焦透镜都是用传统方式手工加工而成的，由于手工加工方式的加工精度和进度对人的依赖性很大，势必影响大批量制造时的工程进度。而采用新兴的小磨头数控加工技术则可以避免这些缺点。介绍了首次将小磨头数控加工技术用于非球面聚焦透镜的加工，对其中各项技术，包括典型靶镜参数、机床控制方式、加工运动方式、实验使用参数、检测方式进行了分析，并得到了预期的实验结果。     

五轴联动数控加工后置处理器的定制

对于需要4轴或5轴联动才能完成加工的零件，需要借助一些数控加工软件（如UG／CAM，Cimatron，Powermill等CAM软件）来生成用于数控加工的刀具轨迹。由于各种CAM软件产生的刀具轨迹只是刀位原文件，而不是数控程序，因此，就需要把这些刀位原文件转换成指定数控机床能执行的数控程序。后置处理器就是要根据指定机床运动结构和控制指令格式，将CAM软件产生的刀位原文件转换成机床各轴的运动数据，并按其控制指令格式进行转换，成为数控机床可识别的数控代码文件。     

螺纹数控车削加工的工艺分析

螺纹加工方法最常见的是数控车削加工.探讨数控车削加工时根据不同的加工精度、不同的加工材料,分别选取不同的编程指令、不同的工件装夹方式、不同的加工刀具、不同的切削参数等,在实际螺纹数控车削加工中的合理性.探析螺纹数控加工的特殊性,探索如何实现精确控制螺纹数控车削加工,以及在实际加工中生产出高效、高精、稳定可靠的螺纹产品.     

单点金刚石精密数控车削加工技术及发展前景分析

针对我国红外热像仪、探测仪及惯性约束核聚变工程对红外晶体类光学元件的需求,开展了单点金刚石精密数控车削加工技术的研究,分析了单点金刚石精密数控车削加工技术的特点及应用范围、机床整体布局及主体结构型式。介绍了该项技术在国内外的发展现状和趋势,对该项技术的应用发展前景进行了分析和预测。在消化和引进国外先进制造技术和最新研究成果的基础上,突破单点金刚石精密数控车削加工的关键制造技术,解决了我国光学非球面精密数控车削加工技术和设备依赖引进的问题,实现了单点金刚石精密数控车削加工技术及设备的国产化,提高了我国红外光学元件的精密加工技术水平和设备制造能力。     

用物理实验绽放课堂的精彩

螺纹加工方法最常见的是数控车削加工。探讨数控车削加工时根据不同的加工精度、不同的加工材料，分别选取不同的编程指令、不同的工件装夹方式、不同的加工刀具、不同的切削参数等，在实际螺纹数控车削加工中的合理性。     

内曲面等深沟槽炸药件加工的CAM应用技术

结合“高精度炸药件制造技术”的实施，开展了复杂型面炸药件计算机辅助制造技术的研究。首先根据WF74VH五轴加工中心机床结构及数控系统特点，完成了该机床的后置处理，形成了与之相匹配的后置处理文件；同时对固定轴铣、变轴铣的计算机辅助编程进行了深入的研究，使多轴联动加工技术成功运用于复杂型面炸药部件的数控加工，大大提高了我所炸药机械加工数控编程能力。     

应用五轴离子束修正超高陡度镜面

为了验证离子束修正超高陡度镜面的能力,对采用五轴离子束加工超高陡度镜面的问题进行了分析研究和加工实验。根据现有检测条件制定了实验方案并对面形数据进行了处理;对超过机床五轴加工摆轴行程区域的驻留时间进行了补偿;建立了离子束五轴加工后置处理算法,根据该算法编制了数控程序生成软件,并通过实验验证了生成的数控程序的正确性;最后进行了超高陡度镜面的五轴离轴加工实验,经过5轮迭代加工后,元件面形由初始的峰谷(PV)值为57.983 nm、均方根(RMS)值为9.406 nm,收敛PV值为11.616 nm、RMS值为1.306 nm,总收敛比达到7.20。实验结果表明:采用五轴离子束加工超高陡度镜面的方案可行,并且获得了较高的收敛效率和加工精度,同时验证了离子束离轴镜加工的可行性。     

超光滑加工技术中光学元件表面材料的均匀去除

超光滑加工通常是在保证光学元件面型精度不劣化前提下提升其中高频精度.均匀去除是保证超光滑加工过程中光学元件面型精度不劣化的重要途径.本文以四轴三联动小磨头超光滑加工机床为基础,结合Preston假设,研究了四轴三联动超光滑加工机床对光学元件的材料去除特性,发现当机床取某些特定的参量时,通过等值的驻留时间规划即可实现光学元件表面材料的均匀去除.最后,对这些特定的参量进行了对比实验.实验结果验证了理论分析的正确性.     

超光滑加工技术中光学元件表面材料的均匀去除

超光滑加工通常是在保证光学元件面型精度不劣化前提下提升其中高频精度.均匀去除是保证超光滑加工过程中光学元件面型精度不劣化的重要途径.本文以四轴三联动小磨头超光滑加工机床为基础,结合Preston假设,研究了四轴三联动超光滑加工机床对光学元件的材料去除特性,发现当机床取某些特定的参量时,通过等值的驻留时间规划即可实现光学元件表面材料的均匀去除.最后,对这些特定的参量进行了对比实验,实验结果验证了理论分析的正确性,     

矩形离轴非球面反射镜双摆法加工与检测

介绍了一种轻质矩形离轴非球面反射镜的加工与检测方法.针对矩形离轴非球面镜这种直角效应的加工难点,提出双摆式加工工艺,并设计改造双摆式加工机床使该方法得以实现.采用该方法加工完成某多光谱仪光学系统中4块矩形离轴非球面反射镜(其中最大尺寸为266 mm×110 mm),最终加工得到的面形精度均优于0.020λ(RMS, @633 mm)的设计指标要求.加工结果表明,用该加工技术既提高了光学加工效率又利于得到较为平滑的面形质量.     

Excimer laser micromachining of aspheric microlenses with precise surface profile control and optimal focusing capability

This paper demonstrates the unique and exceptional capability of excimer laser micromachining in fabricating aspheric microlenses with precise surface profile control. A newly developed laser scanning method is introduced for machining refractive types of microlenses, which have pre-designed surface profiles aiming at minimizing the optical focal spot sizes. The machining accuracy and machined surface roughness are examined experimentally, and very good results are obtained. Optical testing on the fabricated aspheric microlenses shows significant improvement in focusing capability and the focal spot sizes are approaching optical diffraction limits. The proposed excimer laser micromachining method is flexible, versatile, and accurate, hence can be very useful and powerful in machining 3D microstructures of complex profiles and demanding profile accuracy.     

Nontraditional manufacturing technique-Nano machining technique based on SPM

Nano machining based on SPM is a novel, nontraditional advanced manufacturing technique. There are three main machining methods based on SPM, i.e.single atom manipulation, surface modification using physical or chemical actions and mechanical scratching. The current development of this technique is summarized. Based on the analysis of mechanical scratching mechanism, a 5 μm micro inflation hole is fabricated on the surface of inertial confinement fusion (ICF) target. The processing technique is optimized. The machining properties of brittle material, single crystal Ge, are investigated. A micro machining system combining SPM and a high accuracy stage is developed. Some 2D and 3D microstructures are fabricated using the system. This method has broad applications in the field of nano machining.     

Nontraditional manufacturing technique— Nano machining technique based on SPM

Nano machining based on SPM is a novel, nontraditional advanced manufacturing technique. There are three main machining methods based on SPM, i.e. single atom manipulation, surface modification using physical or chemical actions and mechanical scratching. The current development of this technique is summarized. Based on the analysis of mechanical scratching mechanism, a 5 μm micro inflation hole is fabricated on the surface of inertial confinement fusion (ICF) target. The processing technique is optimized. The machining properties of brittle material, single crystal Ge, are investigated. A micro machining system combining SPM and a high accuracy stage is developed. Some 2D and 3D microstructures are fabricated using the system. This method has broad applications in the field of nano machining.     

单点金刚石超精密车削快点火靶丸微孔精度控制北大核心CSCD

研究了单点金刚石超精密车削技术(SPDT)加工靶丸微孔中的精度控制方法,建立了靶丸微孔加工误差的仿真模型,并理论分析了不同误差因素对微孔尺寸误差的影响规律;根据误差分析结果提出了基于刀具阶梯进给运动方式的微孔精度控制方法,用以控制靶丸微孔精度;在单点金刚石超精密车床上进行了辉光放电聚合物(GDP)靶丸微孔的车削实验,实验结果表明:采用该精度控制方法,靶丸微孔尺寸误差和圆度误差分别降低了70.7%和87.5%,实验结果表明了所提出方法的有效性。     

一种空间反射镜机械法轻量化技术

空间光学仪器中使用的反射镜通常都具有质量轻、比刚度好的特点。钻铣机械加工法是制造轻量化空间反射镜镜坯的一种应用较为广泛的方法。研究了用金刚石刀具在数控钻床上对玻璃质镜坯进行异形盲孔的加工，以求获得加工精度、效率及轻量化程度更高的镜坯。加工后的镜坯浸入低浓度氢氟酸溶液中进行处理，以消除残余应力和微裂纹层。结果表明这种方法是实用的。应用此种工艺加工的一套空间遥感光学仪器主反射镜和扫描镜轻量化程度超过４０％，孔的尺寸和位置精度可达±０．０２ｍｍ，孔间壁厚可薄到３ｍｍ左右，抛光后的镜面面形精度达到λ／５０（ＲＭＳ）。     

影响加工中心加工精度的因素

加工中心是高效自动化设备，为了充分利用机床的高效率、高精度、高自动化等特点，所以要考虑和了解影响加工中心加工精度的因素。     

单点金刚石车削加工切削距离的计算

讨论了大型金属反射镜在金刚石车削中,金刚石刀具的磨损对加工精度的影响;详细介绍了超精密加工中几种典型零件形状单点金刚石车削加工的切削距离计算方法,经计算在加工直径为1000mm的圆盘工件时,当刀具的进给量为2μm/r,切削距离达到近400km。通过计算为加工大型光学元件刀具磨损规律的研究提供分析基础。     

基于误差递减修正法的非球面超精密加工

误差滤波和分离技术是超精密加工中的关键技术之一。采用误差递减法修正加工路径,利用修正的高斯权函数对测量表面进行滤波处理,设计并完成了整个误差递减系统,实现非球面的超精密车削加工,并在很大程度上提高其表面精度(P-V值)。通过实验验证,利用该加工方法,提高了加工效率,可明显地提高非球面的表面精度,最终达到面形精度小于200nm。     

高陡度薄壁光学零件在位测量与评价方法研究北大核心CSCD

为了满足空气动力学要求,采用共形薄壁结构的整流罩或光学窗口成为未来高速飞行器的发展趋势。但是这类零件在加工过程中,切削力会随着轴向位置发生改变,一次加工难以达到精度要求,需要通过在位测量、补偿加工来控制切削力变化所引起的面形误差。以超精密车床作为运动平台,设计高陡度薄壁光学零件的在位检测系统,研究测点分布的优化算法,实现测量效率和测量精度的统一;建立热变形误差修正模型,提高高陡度薄壁光学零件在位测量的精度。针对某型高陡度薄壁头罩,通过在位测量为补偿加工提供指导,将头罩表面误差由峰谷比(peak-tovalley,PV)3.1μm控制到PV 0.7μm,将同轴度控制到1.02μm,满足光学系统的性能要求。     

应用离子束进行光学镜面确定性修形的实现

为了克服传统光学镜面抛光方法的缺点,提出了应用离子束进行光学镜面修形的方法.介绍了离子束修形技术的原理和方法,并对离子束修形中涉及的关键技术进行了讨论.在自研的离子束修形设备上对一块直径φ98 mm的微晶玻璃平面样件进行了离子束修形试验,经过两次的迭代修形使其面形精度均方根误差由初始的0.136λ提高到0.010λ(λ=632.8nm),平均每次迭代的面形收敛率达到3.7.实验结果表明,应用离子束进行光学镜面修形无边缘效应、面形收敛快、加工精度高;由于离子束修形技术去除材料过程自身的特点,使数控离子束修形技术对非球面的加工和对平面的加工难度相当.