微结构的拓扑表达模型及自由排布阵列加工方法

制造过程中需要微结构阵列的数学模型从而进行图纸设计、刀具补偿计算、切深数据生成等.本文从拓扑原理出发,结合方向关系与距离关系,得到微结构阵列空间关系的统一表达模型.搭建快刀伺服加工实验平台,利用统一表达模型,并以具体样例加工了微透镜阵列,实现了自由排布的微结构加工.     

微结构的精密微细铣削加工技术研究

探讨在超精密微小型铣床上进行微结构的精密微细铣削的可行性,使用不同类型的微小刀具在高分子材料上成功的加工出不同的微结构阵列,使用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜观察并分析了精密微细铣削加工的微结构阵列.     

辊筒模具超精密加工机床几何误差建模及其补偿策略研究

本文以超精密模辊机床为研究载体,将具有代表性的环槽微结构阵列作为研究对象。通过多体系统理论以及齐次坐标变换的方法建立机床的几何误差模型从而得到几何误差对环槽微结构阵列的影响,并用激光干涉仪对几何误差分量进行了测量。在进行数据处理后提出了一种补偿方法使环槽微结构的加工质量得到了改善。     

紫外纳秒脉冲激光烧蚀单晶硅表面特征创成机制

脉冲激光表面微织构技术可以有效改善单晶硅表面磨擦特性、光学反射率以及亲疏水性等,拓宽了单晶硅的使用范围。为加工出均匀的表面织构,基于激光与物质的相互作用,开展了紫外纳秒激光加工单晶硅表面阵列织构的试验研究。采用面积法计算了单晶硅紫外纳秒激光烧蚀阈值,并通过单因素法研究了激光输出功率、脉冲重复频率、光斑扫描速度以及扫描次数对加工沟槽宽度和深度的影响规律,分析了烧蚀沟槽典型形貌特征及形成机制,获得了工艺参数对微结构特征的影响规律。最后,基于优化的工艺参数,在单晶硅表面加工了点阵、方形阵列、正六边形阵列、正弦波阵列以及螺旋线等表面结构。     

用于精细微结构加工的快速刀具伺服系统设计

通过分析不同类型精细微结构的特点,设计了满足加工要求的快速刀具伺服系统,给出了不同形式柔性铰链刀架刚度的适用公式,并通过正交试验法对敏感结构参数进行了优化.实验结果表明,研制的快速刀具伺服系统刚度为328N/μm,固有频率大于3kHz,最大输出位移为38.1μm,能够实现精细微结构的高效高精度加工.     

一种用于高分辨扇扫成像的MIMO阵列

为了提高扇扫成像系统的方位分辨率,设计了一种具有高方位分辨率的多输入多输出(MIMO)阵列。首先,建立了同时适用于窄带和宽带信号的MIMO阵列与虚拟阵列之间的等效模型。在分析匹配滤波输出成分的基础上,证明了当发射信号具有良好相关特性时,MIMO阵列的匹配滤波输出可等效为单输入多输出(SIMO)阵列上经过脉冲压缩后的回波。接着,根据这一等效关系,获得了与MIMO阵列等效的虚拟阵列中虚拟发射阵元与虚拟接收阵元坐标解析解。最后,在约束阵列物理尺寸为固定值的前提下,利用该解析解设计出一种由2个发射阵元和一条接收均匀线阵列(ULA)组成的MIMO阵列。理论推导和仿真结果表明:所设计的MIMO阵列可以在恒定的物理尺寸和虚拟阵列为均匀直线阵的前提下,获得优于其他MIMO阵列和SIMO阵列的方位分辨率。     

超硬微结构光学功能表面的ELID磨削加工技术*

针对超硬微结构功能表面的ELID磨削技术研究现状进行综述,介绍了超精密磨削技术在超硬微结构光学功能表面加工方面的研究进展,同时也介绍了ELID磨削技术应用于微结构加工方面的研究现状,探讨了采用ELID对超硬微结构光学功能表面进行磨削加工的可行性及面临的问题,并对微结构光学功能表面的ELID加工技术的发展和应用进行预测和建议。     

制作微结构的超声复合加工机理

提出了制作微结构的超声复合加工方法,分析了超声、超声复合电火花、超声复合电解微细加工机理。用微细放电组合工艺制作了多种截形微细工具电极;完善试验系统,进行了多种材料、形状微结构超声复合加工试验。结果表明:超声加工是制作硬脆材料微结构的有效方法;超声复合电火花制作金属材料微结构有较好的精度及加工稳定性;超声复合电解加工兼有效率高、精度好的技术优势。     

微结构表面超精密加工中切削条件的影响分析

介绍了微结构功能表面加工中的问题,以同轴调制锯齿波微结构的金刚石超精密加工为例阐述了其加工原理,结合试验对刀具刀尖圆弧半径、被加工材料和切削液等切削条件与金刚石超精密切削加工后的微结构功能表面之间的关系进行了分析与讨论,并对主轴转速和刀具进给速度等切削用量与金刚石超精密切削出的微结构功能表面之间的关系进行了分析与讨论.     

微结构功能表面的应用及制造

物体表面具有一些特定形状的微结构特征从而使该物体具有了一些特定的物理、化学等功能,这种具有一定功能的微结构特征称之为微结构功能表面,其具有的超疏水、减阻、隐身等特性在航空、航天以及平板显示、照明、太阳能等领域有着广泛应用前景。本文在分析微结构功能表面机理和应用的基础上,比较了微结构特征不同加工工艺的特点,超精密机械加工工艺也成为微结构特征的一种重要加工方式。     

航空制导武器上的光学微结构

光学微结构衍射面具有独特的色散特性和高设计自由度,利用光学微结构可以设计轻巧的衍折混合光学系统。光学微结构构成的普通衍射、谐衍射及多层衍射具有不一样的衍射效率特性。金刚石车床是加工红外光学微结构的理想手段,而曲面激光光刻是加工可见、紫外波段光学微结构的新方法。     

超声加工微结构工艺试验与分析

分析微细超声加工机理;通过微细组合电加工技术制作多种截面形状的微细工具头;以此为基础进行多种硬脆材料的微结构超声加工试验及导电材料的超声电解复合加工试验.通过试验结果分析,得到微结构超声加工工艺特性.     

辊筒模具超精密加工机床液体静压导轨热变形分析

为了提高辊筒模具光学微结构的加工精度,本文对辊筒模具超精密加工机床的直线导轨系统进行了热变形分析。首先,根据液体静压导轨的结构特点提出了有限元分析中的油膜等效替代方法,建立了有限元分析模型。其次,应用有限元软件对机床直线导轨系统进行了热-结构耦合分析,得到了其直线导轨系统热变形误差,并给出了改善辊筒模具加工机床光学微结构加工精度的方法。最后,通过微结构刨削加工实验对有限元分析结果进行了验证。     

超声电解复合微细加工硬质合金试验研究

超声电解复合微细加工工艺具有效率高、精度高、环保安全等优点,在硬质合金材料微结构加工方面具有一定的技术优势和发展潜力.本文阐述了超声电解复合微细加工机理和试验装置,对硬质合金材料进行了多组对比工艺试验,分析了加工电压、进给压力、电解液等加工参数对加工效果的影响,优化了加工参数和加工条件,提高了硬质合金微结构的微细加工精度.     

电铸-电解组合法加工双向喇叭孔阵列

为解决双向喇叭形金属微小孔阵列的高效低成本制造难题,提出了一种基于镂空型惰性金属模板的、由电铸加工与掩模电解加工步骤串接而成的组合式加工方法。基于建立的数学模型,在证实该组合加工可行性的基础上,进一步仿真分析与试验研究了惰性金属模板结构参数对被加工孔阵列几何结构形状的影响规律,并进行了参数优选,数值分析与试验结果基本一致。研究结果表明:被加工孔阵列的几何特征参数严重受惰性金属模板结构参数的影响;采用大厚度、大于90°开口角的惰性金属模板有利于获得最小孔径更小且出入口廓形对称性更好的双向喇叭形孔;模板筋宽越小,越易于实现大孔深、高对称性的双向喇叭孔;模板孔径越大,喇叭孔金属层的极限厚度越大,但出入口廓形的对称性越差。此外,在小筋宽、90°开口角的惰性金属模板上更易电解加工生成""形喇叭孔。基于优化的惰性金属模板,能电铸-电解组合加工出出入口廓形对称性好的、最小孔径比被复制模板孔小的、网片厚度大且表面光滑的双向喇叭形金属微小孔阵列,其进出口的对称度、孔径偏差与出口相对于最小孔径的扩口率等分别为88.8%、9.7%和110.1%。     

基于周期性换向冲液的掩膜电解加工技术

掩膜电解加工技术是一种用于阵列结构加工的高效电化学加工技术,被广泛应用于各类难加工材料的阵列群孔、群坑或群槽的加工制造。目前,掩膜电解加工中多采用侧面单向供给电解液的方式进行加工,该冲液方式简单易行,但由于加工区迎水面和背水面的流场差异,造成群孔结构的成形精度较差。为此,提出了周期性换向冲液技术,以改善加工区流场分布,进而提升群孔结构的成形精度。通过数值模拟仿真和实验研究,明确了最佳的换向冲液频率,研究结果表明换向冲液技术可以有效提升孔的成形精度。最终,采用周期性换向冲液技术完成了阵列群孔结构的加工,相较于单向冲液,孔的侧壁与轴线夹角差异率下降至1%以内,获得了较高的成形精度。     

基于励磁电流前馈调节的航空直流发电系统建模分析

 高压直流(HVDC)发电系统因为其效率高、质量轻以及可靠性高等诸多优点成为航空供电系统的首选,其系统输出端存在着用于滤波的大电容,这使得采用传统PI调节方案的调压器不能满足系统的动态性能要求。因此,提出了采用励磁电流前馈(ECF)的调压器技术。对该技术进行了详细的理论分析,分别建立了有励磁电流前馈环和无励磁电流前馈环的发电系统的数学模型。比较2个系统的性能,发现有励磁电流前馈环的发电系统截止频率得到了较大的提高。实验表明,在突加负载和突卸负载2种情况下,加入励磁电流前馈环控制,系统能够迅速响应,保持稳定并且超调量小,动态性能得到了明显提高。该方法可推广到不同类型的航空发电系统的调压控制中。     

椭圆振动切削加工的同步控制研究

利用椭圆振动切削加工的回转体表面微织构是在机床主轴旋转、平台进给和装置椭圆振动的联合运动下得到的,机床主轴转动与装置位移输出如果不能保持完全的实时同步,会造成微织构加工的偏差。为了解决这一问题,提出了一种新的基于转角的同步控制方法,该方法在主轴的对位基准处实现装置正弦信号的复位,以修正转速漂移造成的加工位置误差,并通过判断主轴角度信号实时输出对应幅值电压来实时同步信号输出和机床旋转运动。基于LabVIEW FPGA搭建同步控制模块,经试验验证,利用该方法加工的矩形阵列微织构轴向排列与中轴线平行,与周向排列的夹角和仿真结果的偏差不超过0.1°,织构深度随转角的不同发生预设的变化,因此,同步控制方法具有实时同步控制椭圆振动切削装置的能力。     

面向全型面精加工的整体叶盘铣磨组合加工技术研究

整体叶盘由多个叶片呈圆周阵列布置在轮毂上,由于叶身型面为弱刚性零件,精加工时刀具磨损、颤振及让刀变形较为严重,影响了加工质量的进一步提高。提出一种面向全型面精加工的整体叶盘铣磨组合加工工艺,叶片型面采用磨削加工工艺,叶根、流道区域采用铣削加工工艺,通过控制磨削与铣削刀轨重叠区域的接刀误差实现叶盘全型面加工。试验结果表明,铣磨组合加工工艺表现出较好的加工质量,接刀误差控制在0.01 mm以内,轮廓误差小于0.04 mm,并通过加工试验验证了多主轴阵列加工的可行性,在保证加工质量的同时可大幅度提升加工效率。     

硬脆性材料功能微结构精密磨削实验

基于硬脆性材料加工机理分析了其微结构磨削表面精度与磨削工艺的关系,利用压痕法研究硬脆性材料加工的脆塑转变临界条件,在此基础上结合最大切屑厚度h模型及表面粗糙度Ra模型初步确定了磨削加工工艺参数范围。分析了切削速度与工件进给速度对表面粗糙度的影响机制和规律,并针对石英玻璃进行了磨削实验。研究结果表明,在延性域磨削条件下可获得磨削后表面粗糙度为55nm的高质量表面,为硬脆性材料微结构延性域临界磨削条件研究提供了理论参考与试验依据。