超精密加工技术

超精密加工技术,是以材料科学为基础制造工艺为中心的综合技术,对现代科学技术的发展起了重大的推动作用。 一、超精密加工的定义 什么是超精加工?究竟多大误差值才算超精密级?目前意见不一,且无明确的定义。国外有人将1～0.1μm定为精密加工;将0.1～0.01μm定为超精密加工(见日刊《精密机械》,1972,N02,津和秀夫的《超精密加工》一文)。日本在1975年提出“精密加工精度提案”     

用于超精密加工表面形貌测量的几种光学方法

分析了超精密加工表面的检测技术现状，介绍了用于超精密加工表面微观形貌测量几种典型光学方法的测量原理，评述了各种光学仪器的优缺点及其测量分辨率，指出了光学测量方法的发展方向。     

精密电液伺服阀阀芯轴向精磨闭环控制系统的研究

精密伺服阀滑阀副的阀芯台肩与阀套方孔之间的搭接量允差1～μm,生产中加工余量通常只有几微米或几十微米,加工精度要求在1μm之内,由于一般外圆磨床无轴向微量进给装置,加工精度难于保证,为此设计制造伺服阀阀芯轴向精磨闭环控制系统,使用电致伸缩型陶瓷微位移器推动顶尖作轴向微量进给,用电感传感器检测阀芯的实际磨削量,实现闭环反馈控制,对磨削量进行在线检测,使加工误差控制在1μm内,进给量可达40μm.从而解决了精密磨削加工中对刀难和砂轮磨损影响加工精度的问题。     

激光球面干涉定位和凹球径测量

本文就激光球面干涉测量中凹球面干涉定位问题进行了探讨。指出球面干涉定位误差与聚焦物镜数值孔径N.A.的平方成反比。为获得较高的定位精度,在聚焦物镜的最佳成象位置上的整个波面象差应控制在1/100λ到1/200λ之间。 介绍了研制成功的激光凹球面干涉头,其干涉定位误差达土0.6μm左右。它既可装于SIP生产的三坐标测量机上测量150mm以内的凹球径,测量精度±1.5μm,又可装在专用激光球面干涉仪上测量20mm以内的凹球径,测量精度为±O.83μm。     

惯性器件制造中零件系列孔径检测技术

为了确保惯性器件制造质量，研制了一种误差最大变动范围小于1μm的计量器具，设计制造出了结构新颖的测量装置，通过计算和验证，合理确定测量范围和测量力，解决了高精度的小型传感器和位移传递精度高的检测技术问题，把在位检测技术提高到一个新的水平。     

基于PC的超精密金刚石车床CNC

介绍了一种基于ＰＣ的超精密金刚石车床ＣＮＣ系统的结构、软硬件的配置、以及性能指标，该系统专为超精密加工而研制，具有一系列适合超精密加工的特性。采用主从式的双处理器结构，在ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＷｉｎｄｏｗｓ３１环境下运行，具有一定的开放性。编程分辨率为１ｎｍ，可同时控制三轴联动，并且还专门设计了超精密加工专用的特殊插补功能－ＳＰＣＩ。同时具备光学零件自动编程功能。     

超精密加工技术(下)

四、设备、工装和测控 (一)超精密加工的设备与工艺装备 对超精密加工机床的一般要求: 1.高的回转精度和移动精度 主轴部件主要采用空气静压轴承或液体静压轴承(二者均可产生均化效应。但由于空气粘度小,摩擦小,前者精度比后者高,但承载能力小些),可用“三相交流感应式涡流电机”驱动主轴,以获得纯扭矩传动,移动则采用气浮导轨或液体静压导轨。可由“直线式感应伺服电机”,直接驱动滑板。     

数控机床导轨的选用

文章分析了滑动导轨、静压导轨和滚动导轨的特点，对其装配难易、防撞性、经济性和可维修性进行了比较；认为尽管在数控机床高速发展的趋势下，滚动导轨应用越来越广泛，是机床发展的主流，并越来越多地取代滑动导轨，静压导轨由于结构复杂，制造成本高，一般极少采用，而滑动导轨具有其独特的优势，仍在中、低档数控机床广泛应用。     

大型激光测长机及其计量管理系统

大型激光测长机的设计采用了整体式光路布局、倒序计数测量法、参数补偿法、大刚度一体化基体和过定位多点可调支承等一系列关键技术，使仪器测量准确度达δ=±（0．3＋0．7×10－6·L）μm，同时还研制了与测长机配套的计量管理系统。经实验验证，测长机可解决大尺寸标准器具的精密计量问题，技术指标均达到或优于设计指标。     

智能天线结构模糊自适应变形控制实验研究

基于dSPACE半物理仿真系统和所研制的压电作动器,设计并构建了智能天线结构实验平台,进行了结构变形控制实验研究。实验中采用常规PID作为基本控制方法,并在此基础上设计了一种模糊自适应PID控制器,将两种方法对应的不同控制效果进行了对比。结果表明:在所给的实验条件下,基于压电材料可实现对智能天线结构变形的控制,作动器控制变形量最大可达166μm;两种控制方法均可对结构变形进行控制,模糊自适应方法的绝对位置控制精度达到±0.5μm;应用模糊自适应PID控制方法对结构进行变形控制,较之常规PID控制方法能够降低系统响应的超调量,缩短稳定时间,提高控制精度,得到更好的控制过程。     

电子束曝光机工作台及精密轴承——用电子束扫描提高LSI图形精度

利用电子束扫描制造LSI光刻掩膜版,已取代从前的照像制版。在技术先进国家已进入实用化阶段。而电子束光栅扫描曝光机连续移动工作台的结构及精密轴承的精度和性能,决定于减少电子束的偏转角和工作台上下往返移动寸产生的位置误差。制造材料必须用热膨涨系数小,非磁性防止磁场变化。装配和加工技术要求精密微细化。电子束曝光机整体结构要真空密封,防止外界环境干扰。传动部分采用静压空气轴承、滚珠丝杠,滚柱轴承支持V型导轨等先进技术。     

光学非球面超精密磨削质量控制技术研究

对光学非球面超精密磨削技术和表面加工质量控制技术进行了理论分析和实验研究。通过对MSG-325金刚石超精密车床的技术改造，可以对各种光学表面进行超精密磨削加工，尤其适合于光学非球面的超精密加工，在较短时间直接达到光学零件的表面质量要求。采用改造的磨削系统，加工出左端为抛物面，右端为双曲面的微晶玻璃内非球面，加工表面粗糙度Ra3nm。     

航天铝基复合材料零部件超精密加工技术研究

针对航天高碳化硅铝基复合材料零部件采用聚晶金刚石PCD刀具进行了超精密车削加工试验，用原子力显微镜AFM和扫描电子显微镜对其进行了检测，分析了零部件表面粗糙度值的大小及影响因素、SiCw变形破坏机理、已加工表面微观结构及加工变质层特性。结果表明，超精密车削高碳化硅铝基复合材料零部件可以获得超精密级加工表面（如Ra11．5nm）；超精密车削过程中SiC，存在着三种主要变形破坏机理：直接剪断型、拔出型和压入型，且以直接剪断型为主。直接剪断的SiCw对表面粗糙度值影响最小，而后二者是影响表面粗糙度值达到超精密级的主要障碍；超精密加工零部件表面仍会产生很薄的加工变质层。     

梦天实验舱初始轨道快速计算策略与分析

初始轨道是航天器入轨评价的关键判据，快速准确计算初始轨道可在入轨异常时为应急救生控制赢得时间。针对传统初始轨道计算方法时间与精度不能兼顾的问题，设计了初始轨道快速计算策略，根据运载火箭加速度变化率来判断舱箭分离时间，采用基于动力学约束的实时轨道滑动批处理方法累积超短弧分离后数据计算初始轨道，对利用各种数据源确定的多组初始轨道进行逻辑优选判断。通过梦天试验舱仿真数据验证表明:使用该策略计算初始轨道，可达到事后精密定轨同等精度，计算时间控制在1 min以内，时效性远超事后精密轨道确定方法。     

太阳翼展开试验装置导轨摩擦力自动测量系统设计

太阳翼是卫星发射成败的关键部件,为满足卫星型号太阳翼地面零重力展开可靠性验证,研制了一套高精度导轨摩擦力自动测量系统。该系统采用自动化测量、高精度传感器和无线通信网络等技术,对某卫星型号展开试验装置导轨进行摩擦力测试,验证了该测量方法的可靠性。将测量结果与人工手持测力计测量进行对比,有效解决了测量结果不稳定、测量数据离散、测量效率低等问题,并可获取导轨全行程摩擦力实测数据。该系统的应用提高了导轨摩擦力测量精度,增强了卫星太阳翼地面零重力展开可靠性,提高了卫星太阳翼生产效率。     

大型弹体发射速度测量方法的研究

大弹体的发射速度是各种弹体飞行控制中的重要参数。由于弹体尺寸大、发射时间短等原因，因而对发射速度的快速实时测量难于保证精度。本文提出一种“双测头光电反射式速度测量系统”，它采用“双路平衡式光电传感系统”接收信号，可实现各种大型物体（如导弹、火箭）的发射速度测试，在0－50m/s内，其相对误差小于1％，且安装调工方便，方法具有实用价值。     

利用GPS非差观测值的GRACE卫星精密定轨

参照GPS精密单点定位（PPP，Precise Point Positioning）模型设计了一种新的卫星定轨方法一组合星载加速度计测量数据和IGS提供的GPS精密星历及精密钟差数据进行低轨卫星的精密定轨。利用星载加速度计提高卫星受力模型准确性，使动力法定轨精度和可靠性都得到提升。同时，采用多种改正技术提高GPS非差观测值测量精度，保证最终高精度卫星定轨。本文建立了卫星定轨的轨道滤波模型，得出了有益的结论，即采用星载加速度计测量卫星非保守力可提高卫星定轨精度，在ITRF2000参考系下三轴精度优于18cm。这种方法不需要在全球建市基准观测站．定轨设备简单．费用低廉．     

电液伺服阀力矩马达弹性元件智能化刚度测量技术

介绍了一种新型电液伺服阀精密弹性元件智能化刚度测量技术。针对生产现场中使用的手动测量法的不足,提出一种新的刚度自动测量方法。采用计算机驱动步进电机,步进电机作为控制执行器对精密弹性元件快速而又连续的施加载荷,实现自动加载;力和位移信号送到计算机进行处理和计算。理论分析和测试结果表明,该方法可以有效的解决精密弹性元件刚度测量中的测量精度低、操作复杂、效率低等问题,对精密弹性元件能够高效的完成刚度测量,得到刚度曲线,并且不重复性测量误差低于 1%。     

某型号助推器斜面空间偏心工装的制造

叙述了在普通万用机床上，利用工艺装备的优势，制造出不能直接测量其精度的产品来，其中有独特的控制角度值在秒级的检测的方法；对相应数据进行测量后，通过计算，精确地确定其空间偏心值精度的方法。     

卫星天线反射面板热形变面形误差检测方法

为实现航天卫星天线面板热形变面形误差高精度检测,提出利用三坐标测量系统搭载高精度激光位移传感器,对检测对象进行扫描测量;并通过对其系统误差来源进行分析、公差合理分配及误差控制,提出对测量系统进行整体优化,以满足所提出检测精度要求。为验证所提出方法的可行性,搭建测量系统,对标准试件的测量数据进行面形拟合,获得测量偏差优于±4.22μm/m2;分别制作常规铝板及光滑铝板作为测试对象,在其背部黏贴加热板的加热方式,以模拟卫星面板在实际工作环境中发生热形变。采用提出的方法对其进行了热形变面形误差检测实验,检测结果验证了所提出方法的可行性。