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振动．测试与诊断 2017年第2期37卷 235-239页

作者：阳红王宝瑞吉方刘有海夏欢陈东生中国工程物理研究院机械制造工艺研究所绵阳621900

频率辨识是消除或抑制KDP晶体超精密金刚石飞切轨迹波纹误差的重要前提。针对该问题,提出了一种基于空间频率变换的飞切轨迹波纹误差辨识方法。该方法通过提取表面飞切轨迹上的轮廓幅值,计算其波纹误差的空间频率,然后采用飞切线速度进... 详细信息

频率辨识是消除或抑制KDP晶体超精密金刚石飞切轨迹波纹误差的重要前提。针对该问题,提出了一种基于空间频率变换的飞切轨迹波纹误差辨识方法。该方法通过提取表面飞切轨迹上的轮廓幅值,计算其波纹误差的空间频率,然后采用飞切线速度进行转换,获得时间域上的频率值,实现波纹误差特征频率的准确分离。将误差特征频率与切削振动频率、机床气浮主轴系统的固有频率进行对比分析,明确了气浮主轴在断续切削力作用下产生的自激振动和来自电机的受迫振动是导致KDP晶体金刚石飞切波纹误差的根本原因。在此基础上,通过对主轴驱动及结构的优化,工艺实验结果表明,大口径KDP晶体飞切后的PSD1(2.5~33mm)频段内波纹误差RMS值由53nm降低至12nm。

关键词：金刚石飞切波纹误差空间频率 KDP晶体

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降低表面波纹误差的加工轨迹优化方法

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强激光与粒子束 2019年第11期31卷 20-25页

作者：韩小磊张蓉竹四川大学电子信息学院

提出了一种降低光学元件表面波纹误差的加工方法。从中高频误差的产生过程出发,在常用的光栅型加工轨迹的步进方向上叠加一个随机扰动,通过破坏轨迹的规则性分布,有效抑制了特定频率的中频误差。利用信息熵原理,对生成的随机轨迹进行分... 详细信息

提出了一种降低光学元件表面波纹误差的加工方法。从中高频误差的产生过程出发,在常用的光栅型加工轨迹的步进方向上叠加一个随机扰动,通过破坏轨迹的规则性分布,有效抑制了特定频率的中频误差。利用信息熵原理,对生成的随机轨迹进行分析,得出其影响波纹误差抑制能力的关键因素——扰动幅值。在此基础上,对生成的随机扰动型轨迹进行平滑和改进,从而降低其对机床动态性能的要求,通过仿真模拟,验证了优化后的轨迹同样能够有效地降低光学元件表面波纹误差。

关键词：光学加工计算机控制表面波纹误差随机轨迹轨迹优化

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气体静压径向轴承的流场特性及波纹误差影响研究

气体静压径向轴承的流场特性及波纹误差影响研究

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作者：倪壮广西科技大学

学位级别：硕士

随着社会的进步,科技的不断更新,整个制造业和装备业有了更高更广的要求和需求,拥有一款高转速,摩擦系数小的旋转机械对制造业有着至关重要的作用,则气体轴承是一款高转速、高精度、无污染的的轴承转子。气体静压径向轴承,是以压缩空气... 详细信息

随着社会的进步,科技的不断更新,整个制造业和装备业有了更高更广的要求和需求,拥有一款高转速,摩擦系数小的旋转机械对制造业有着至关重要的作用,则气体轴承是一款高转速、高精度、无污染的的轴承转子。气体静压径向轴承,是以压缩空气为润滑介质的一种高速旋转机械,压缩空气将轴承转子悬浮于轴承中,从而实现了转子和定子之间的分离,目前由于整个气体轴承在实际运用中存在这一定的性能不良等问题,所以还需要对静压径向气体轴承的性能进行不断的了解,为制造和使用提供一定的理论基础。本文以高速静压径向气体轴承为研究对象,通过建立小孔节流式静压气体轴承模型,利用求解含有节流质量的可压缩雷诺润滑方程,结合差分法和牛顿迭代进行非线性求解计算,以研究静压轴承的静特性;由于静特性对气体静压轴承的稳定性无法判断,为此本文通过建立扰动法计算模型,并对扰动复变函数进行三角函数变化,对轴承转动时振动幅值和振动频率进行线性处理,求解计算气体轴承的动态变化参数;同时针对在制造过程中的制造误差无法避免,本文以考虑误差中的波纹误差为基础,通过建立数学三角函数表达式,对气体轴承中存在波纹制造误差进行了静、动特性分析。通过对静压气体轴承静特性分析得到了高转速对静压气体轴测的影响是不可忽视的;同时通过建立的扰动计算中对静压气体轴承的动特性分析,得出了轴承的动刚度和动阻尼变化情况,偏心率增大可以有效地提高阻尼;气膜厚度增大,刚度和阻尼的作用都逐渐减小;同时转速可以提高主刚度的作用;供气压力的提高可以有效的提高刚度的作用。通过建立的波纹误差计算模型,分析了波纹误差对静压气体轴承的静、动特性的影响,得出了波长对竖直方向的刚度影响较大,对阻尼影响主要是水平方向上;周向波纹振幅增大,主刚度变化较大,而轴向波纹振幅增大,主刚度变化主要体现在竖直方向上;振幅对阻尼的影响主要集中在水平方向上,同时得出了周向波纹对静压气体轴承的静特性影响效果大于轴向作用。针对气体静压轴承节流孔附近的流场内部的复杂变化情况,本文通过静态模型和大涡模型分析了节流孔附近的流场变化,得出了在静压气体轴承的节流孔附近存在湍流作用,产生了压力不稳定,同时伴有产生冲击波（激波）,气膜区域由湍流逐渐变成层流。通过建立的理论计算模型和理论的有限元分析,得出了静压气体轴承的静、动特性在不同工况下的变化情况,为继续了解静压气体轴承提供一定的理论基础,同时对设计制造气体静压气体轴承提供一定的参考基础。

关键词：气体轴承有限差分法有限元法波纹误差扰动法大涡模拟

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复杂曲面磁流变加工去除函数理论建模及实验研究

复杂曲面磁流变加工去除函数理论建模及实验研究

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作者：张永生哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

连续相位板(Continuous Phase Plate,CPP)和聚焦非球面透镜是激光惯性约束聚变系统中两个独立的组成元件,如果能够实现聚焦非球面透镜和连续相位板的功能融合,不仅可以降低激光系统的维护难度,还能简化光学元件的加工工艺流程。为此开... 详细信息

连续相位板(Continuous Phase Plate,CPP)和聚焦非球面透镜是激光惯性约束聚变系统中两个独立的组成元件,如果能够实现聚焦非球面透镜和连续相位板的功能融合,不仅可以降低激光系统的维护难度,还能简化光学元件的加工工艺流程。为此开展了强激光聚焦与焦斑束匀滑自由曲面结构设计、复杂曲面磁流变加工去除函数建模及采斑实验、复杂曲面光学元件磁流变加工实验以及复杂曲面磁流变加工轨迹规划及实验等研究工作,取得了如下成果:基于改进的G-S算法,利用CPP自开发软件设计出九种不同相位结构的CPP,并以最大梯度和PV最小、焦斑能量利用率最大为目标,对CPP相位结构进行了优选。分析了非球面透镜性能参数对焦距的影响规律,并通过波长λ和楔角θ的大小计算出非球面楔形透镜的偏转角δ,进而确定出透镜焦点位置。对比分析了连续相位板和非球面透镜融合前后光路的差异,得到了融合元件的相位分布,根据标量衍射模拟方法,计算出融合元件的远场焦斑能够满足系统使用要求。基于Preston方程,通过实验确定了与元件材料特性、磁流变液成分以及机床性能相关的Preston系数K,在平面、球面元件磁流变抛光去除函数模型的基础上,对非球面的进行了局部分区处理,将局部非球面拟合为球面,建立了非球面元件磁流变抛光去除函数模型,并编写了抛光斑模拟采斑软件、非球面动态抛光斑阵列软件。研究了不同工艺参数对去除函数体积去除率和峰值去除率的影响规律,实验结果表明:浸入深度对去除函数体积去除率的影响程度最大,转速对峰值去除率的影响程度最大。通过磁流变加工过程中切削力的变化判断去除函数和去除过程的稳定性和均匀性,最后根据切削力数学模型实现了磁流变抛光工艺参数优选。分析了轨迹波纹误差产生原因,通过仿真分析了变间距光栅加工、摆线加工对波纹误差的抑制效果,结果表明:两种加工方式均能实现对轨迹波纹误差的有效抑制,且摆线加工轨迹对波纹误差抑制效果更明显。最后开展了复杂曲面连续位相板磁流变加工实验,得到了高质量的功能融合光学元件,其面形残差仅为13.367nm,标量衍射模拟计算结果表明功能融合元件的远场焦斑质量能够满足系统使用要求。

关键词：磁流变加工连续相位板聚焦透镜去除函数波纹误差

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金刚石飞切机床空气静压主轴系统动态特性

金刚石飞切机床空气静压主轴系统动态特性

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作者：赵功中国工程物理研究院

学位级别：硕士

金刚石飞切(Diamond Flying Cutting, DFC)机床是实现大口径平面类光学元件超精密加工的关键装备,在国防和民用尖端产品(如精确制导、夜视、热成像瞄准系统、强激光武器)的加工中得到了广泛应用。空气静压主轴是DFC机床实现回转运动的... 详细信息

金刚石飞切(Diamond Flying Cutting, DFC)机床是实现大口径平面类光学元件超精密加工的关键装备,在国防和民用尖端产品(如精确制导、夜视、热成像瞄准系统、强激光武器)的加工中得到了广泛应用。空气静压主轴是DFC机床实现回转运动的核心。实际切削时,来自切削过程、DFC机床传动系统以及机床外界的各种扰动力将作用在DFC机床的空气静压主轴系统上,致使刀具与工件间产生相对位移,改变了它们之间的正确位置关系,并在加工表面上留下振纹,从而降低了被加工零件的表面质量。因此,研究空气静压主轴系统的动态特性,识别空气静压主轴系统抗振的薄弱环节,并优化改进,对提高其空气静压主轴系统的抗振性能和DFC机床加工稳定性具有重要意义,为此本文主要开展了如下工作：(1)建立了空气静压主轴动态特性理论模型,基于集中质量模型给出了主轴系统的动力学方程,为系统开展主轴动态特性研究奠定了基础。(2)基于结合面动态特性理论,开展了空气静压主轴典型结合面的动态特性分析与实验研究,获得了主轴气膜结合面和螺栓结合面的动态特性参数及其变化规律。(3)采用数值仿真与模态实验相结合的方法,建立了空气静压主轴系统的动态特性模型。在此基础上,研究了主轴系统的动态特性参数及其变化规律。(4)结合金刚石飞切工艺实验,采用特征频率辨识的方法,初步建立了空气静压主轴系统动态特性与金刚石飞切工件表面部分波段波纹误差的对应关系,识别了空气静压主轴系统内的薄弱环节,并提出了相应的优化改善措施,最后通过金刚石飞切实验验证了优化措施的有效性。通过以上的研究工作,本研究最终建立了包含结合面的DFC机床空气静压主轴系统动态模型,获得了主轴动态特性参数及其变化规律,揭示了主轴动态特性与金刚石飞切表面波纹误差的对应关系,最终通过对主轴薄弱环节的优化,使PSD1频段(2.5mm≤L≤33mm)内的金刚石飞切表面波纹误差RMS值从53nm降低至12nm,验证了本文研究方法和结论的正确性。

关键词：空气静压主轴动态特性金刚石飞切波纹误差结合面

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