强光光学零件加工误差频谱分析与控制方法研究

本文利用功率谱密度分析磁流变抛光表面的敏感频率误差,发现走刀步距与中高频误差具有直接的关联性,通过小波算法确定其分布区域后,采用大束径的光顺抛光法对敏感频率误差进行控制,测试结果表明中高频误差得到了有效控制。本研究对强光光学零件加工误差的频谱分析、表征和控制具有指导意义。     

光学镜面磁流变抛光误差的频谱特征与分布特性研究

通过分析磁流变抛光误差的频谱特征,发现严重影响成像质量的敏感频率成分误差,采用二维连续小波变换算法确定出敏感频率误差的具体分布区域,分析其演变特征及其与工艺参数之间的关系,为修正加工提供指导,以实现精确控制不同频率成分、不同分布区域光学加工误差和改善成像质量的目的.     

KDP晶体的磁流变抛光工艺研究

研究了磁流变液中水含量对KDP工件表面粗糙度的影响;通过在磁流变液循环系统中控制磁流变液的参数,实现了去除函数的稳定,为修形工艺奠定了基础;在自研的KDMRF-200磁流变机床上进行修形实验,口径为Φ75mm的KDP工件面形精度由0.936λ(PV)收敛到0.321λ(PV),低频误差明显改善。     

进动气囊抛光工艺参数研究

为了提高光学元件的面形精度,提高加工效率,针对平面光学零件,以抛光去除效率和表面粗糙度为考核指标,对影响进动气囊抛光的几个工艺参数进行了正交试验及分析,得出各工艺参数对抛光去除效率和表面粗糙度的影响规律。确定最佳工艺参数,并在此条件下进行了气囊抛光工艺试验,通过Matlab软件拟合出了气囊抛光去除函数,为开展驻留时间的计算和面形控制提供了依据。     

磁流变抛光KDP去除机理实验研究

针对KDP晶体质地软、脆性高、易潮解等不利于加工的材料特性,提出了基于潮解原理的无磨料非水基磁流变抛光新工艺,获得了表面粗糙度PV=13.7nm,Rms=1.1nm的超光滑表面。通过分析得出新型磁流变抛光通过溶解作用完成材料去除;实验证明新型液体抛光过程中,溶解作用占主导地位,机械去除作用很小,可忽略不计;去除效率随抛光区域剪切应力增大而增大,而正压力分布对去除效率没有影响。     

复杂曲面铝反射镜磁流变抛光工艺优化

采用超精密车削加工的复杂曲面铝反射镜只能满足红外光学系统的应用需求,若要满足更高需求的应用场合,需要进一步提升反射镜面形精度。磁流变抛光能够进行确定性修形,在复杂曲面加工中具有独特优势,但是复杂曲面连续变化的面形特征,在磁流变抛光时会导致去除函数不稳定,影响误差收敛效率和加工精度。从高精度复杂曲面铝反射镜的应用需求出发,提出了复杂曲面局部区域磁流变抛光去除函数的动态建模方法,给出了驻留时间求解算法,以平均曲率变化最小为原则,设计了抛光路径优化算法,针对该算法计算速度慢的问题,提出了优化策略,并通过试验进行了验证,最终加工的复杂曲面铝反射镜的面形误差为0.216λ PV、0.033λ RMS （λ=632.8 nm）。     

电磁抛光装置的结构设计及特性研究

介绍了五轴联动磁流变抛光系统中的关键部件———公自转电磁抛光轮的结构设计进行了详细阐述,创造性的将电刷供电方式应用于该新型抛光轮的结构中。设计并开发了直流供电及交流供电两种驱动电源,并开展了抛光去除特性试验研究,对磁流变抛光过程中的主要控制参量直流线圈电压大小对被抛光工件表面材料去除特性的影响进行了研究。     

随机行距法抑制磁流变抛光中高频误差

本文提出了随机行距法抑制中高频误差的方法,理论分析了磁流变抛光固定行距法中高频误差的产生机理,通过仿真验证了随机行距法抑制磁流变抛光中高频误差的有效性,最后通过实验验证了该法的正确性。     

磁流变抛光工件自动定位原理与方法研究

本文将计算制造中的工件自动定位方法运用于磁流变抛光工艺过程中。通过定位算法的仿真,论证了该方法的可行性;通过去除函数稳定性测试和抛光实验验证,该定位方法可以满足实际加工要求,并且具有缩短生产准备时间,提高加工效率的优点。     

复杂结构薄壁件小直径永磁球头磁流变抛光技术

针对一种复杂结构薄壁件的结构特点和加工精度要求,在磁流变抛光原理的基础上,设计了小直径永磁球头的加工工艺。本文详细分析了工件的磁流变抛光工艺要求,并在此基础上确立了工件的小直径永磁球头磁流变抛光加工方法。通过自行研制的磁流变抛光机床对工件进行加工验证实验,经过加工工件的表面粗糙度由645.8nm减小到18.7nm,表明了采用小直径永磁球头磁流变抛光方法对工件进行抛光,可以得到较好抛光表面质量,达到了工件的精度要求,进而验证了该方法的正确性。     

磁流变机床误差分析和加工工艺优化

首先通过实验分析不同工艺参数下对去除函数稳定性的影响,并进行了仿真分析,确定了机床的敏感方向;其次,对磁流变机床运动轴误差进行了测量,分析这些误差引起法线方向误差的大小;最后,实验验证采用较大的压深和补偿法线方向误差可以有效提高机床的加工精度.     

磁流变抛光近零亚表面损伤工艺研究

实验表明磁流变抛光以其独特的剪切去除机理可用于光学元件亚表面损伤的去除,并且自身不产生新的划痕,同时还可提升光学元件的表面质量,可作为高效加工无损光学元件的一种工艺。     

非球面气囊抛光的材料均匀去除研究

对气囊抛光非球面表面材料去除均匀性进行了研究。根据Preston方程,分析了抛光磨头与零件转速比对去除函数分布的影响,并采用定点抛光试验对分析结果进行验证。在定点抛光表面去除速率分析的基础上,通过优化抛光磨头进给速度、合理控制驻留时间,实现材料表面均匀去除。采用该方法,对一口径为150mm的非球面进行抛光试验,抛光后面形误差趋势保持不变,功率谱密度高频分量明显降低,实现了对表面材料的均匀去除。     

磁流变弹性体砂轮抛光镍基高温合金表面完整性研究

为了改善磨削后镍基高温合金GH4169的表面完整性,本文采用磁流变弹性体砂轮对镍基高温合金GH4169进行抛光试验研究。首先,通过模压成型的方法制备了磁流变弹性体砂轮,并对其表面微观形貌及不同磁场强度下的硬度进行了表征。其次将制备出的磁流变弹性体砂轮用于对镍基高温合金GH4169的抛光工艺试验中,并讨论抛光工艺参数中磁场强度对镍基高温合金表面完整性的影响。试验结果表明：在一定的磁场强度范围内,零件抛光后的表面粗糙度和显微硬度随着磁场强度的增大而减小,同时增大磁场强度也有利于改善零件的表面形貌,减少砂轮的磨损量,降低零件磨削后的亚表面损伤层厚度。     

基于杂质元素控制工艺降低熔石英元件损伤密度实验研究

为降低熔石英元件的损伤密度,本文提出了磁流变抛光与HF酸刻蚀组合工艺降低杂质元素含量的方法。对熔石英样品进行磁流变抛光和HF酸刻蚀,测试表面的杂质元素相对含量以及355nm激光辐照下的损伤密度。磁流变抛光后,熔石英元件表面的Ce元素相对含量由2694当量降至10当量以下,但Fe元素相对含量由376.2当量上升至4333当量,8J/cm2通量下损伤密度由0.49个/mm2增大为0.90个/mm2;磁流变抛光与HF酸刻蚀后,Fe元素相对含量下降至1951当量,损伤密度为0.042个/mm2。实验结果表明,磁流变抛光可以去除前级加工引入的Ce元素,但是会引入Fe元素,导致损伤密度上升。HF酸刻蚀可以有效降低杂质元素含量,降低损伤密度。     

高温合金和钛合金材料的橡胶轮数控抛光试验

提出一种针对高温合金和钛合金的橡胶轮抛光工艺,采用数控机床控制含有磨料的橡胶轮对工件进行抛光。通过具体数控抛光试验,测量采用不同加工参数条件下工件表面粗糙度和去除深度,得到适合于高温合金和钛合金抛光加工的参数及条件,使表面粗糙度小于0.2μm,可满足航空航天领域高温合金和钛合金工件表面要求。     

磁流变弹性体砂轮抛光镍基高温合金GH4169表面完整性研究

为了改善磨削后镍基高温合金GH4169的表面完整性,本文采用磁流变弹性体砂轮对镍基高温合金GH4169进行抛光试验研究。首先,通过模压成型的方法制备了磁流变弹性体砂轮,并对其表面微观形貌及不同磁场强度下的硬度进行了表征。其次,将制备出的磁流变弹性体砂轮用于对镍基高温合金GH4169的抛光工艺试验中,并讨论抛光工艺参数中磁场强度对镍基高温合金表面完整性的影响。试验结果表明:在一定的磁场强度范围内,零件抛光后的表面粗糙度和显微硬度随着磁场强度的增大而减小,同时增大磁场强度也有利于改善零件的表面形貌,减少砂轮的磨损量,降低零件磨削后的亚表面损伤层厚度。     

熔石英光学元件激光阈值提升仿真与工艺研究

为实现熔石英光学元件的高激光损伤阈值加工,研究了磁流变抛光+HF酸洗工艺提升阈值的过程。通过磁流变抛光+HF酸洗加工实验、测量表面缺陷形貌演变和有限时域差分算法(FDTD)仿真,认为该工艺改善破碎型缺陷,减弱光场调制作用,实现阈值的提升。     

面向表面粗糙度的砂布轮抛光工艺参数区间优化

针对砂布轮抛光表面粗糙度工艺控制,提出了工艺参数稳定域和优选区间的概念;通过砂布轮抛光TC11叶片试件的正交试验,建立了表面粗糙度对工艺参数灵敏度的数学模型,分析了工艺参数区间敏感性,获得了工艺参数的稳定域和非稳定域;根据工艺参数对表面粗糙度影响趋势图,得到了工艺参数的优选区间;通过航空发动机叶片抛光试验证明工艺参数优选区间是可靠的,为砂布轮叶片抛光工艺以及进行表面粗糙度控制研究提供理论方法和试验依据。     

球形抛光工具的研抛工艺研究

通过对球形抛光工具抛光机理和压力分布的分析,基于赫兹接触理论和Preston假设,建立工件表面材料去除函数。在此基础上通过仿真获得表面材料去除轮廓曲线,并分析几个主要研抛工艺参数对材料去除的影响,验证了去除模型的正确性,并获得了有镜面效果的工件。