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超精密机床研究现状与展望 被引量：55
1
作者 梁迎春 陈国达 +3 位作者 孙雅洲 陈家轩 陈万群 于楠 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期28-39,共12页
对国内外超精密机床研究现状和进展进行综述,对超精密机床技术发展趋势进行展望,分析我国在超精密机床研究领域存在的主要问题以及与国外的差距,提出我国超精密机床领域基础研究、技术及产业发展策略与对策.
关键词 超精密加工 超精密机床 研究现状 发展趋势 发展对策
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精密仪器用超低频非线性并联隔振系统研究 被引量：28
2
作者 张建卓 李旦 +1 位作者 董申 陈明君 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第1期69-71,共3页
在分析了负刚度的形成机理基础上 ,设计研制了一种正负刚度并联的新型隔振系统。隔振系统采用负刚度机构在平衡点某一领域内抵消了弹性元件的部分正刚度 ,使隔振系统刚度呈现非线性 ,从而使得隔振系统总刚度趋向于零。经过设计 ,隔振系... 在分析了负刚度的形成机理基础上 ,设计研制了一种正负刚度并联的新型隔振系统。隔振系统采用负刚度机构在平衡点某一领域内抵消了弹性元件的部分正刚度 ,使隔振系统刚度呈现非线性 ,从而使得隔振系统总刚度趋向于零。经过设计 ,隔振系统具有高的支撑刚度和很低的运动刚度。在隔振系统中 ,可通过调节负刚度机构两端的受力情况来降低其固有频率。大量实验结果表明 ,该隔振系统的固有频率从 10 Hz降到 1Hz,从而使得其隔振频带加宽 ,隔振能力显著提高 ,达到了较好的设计效果。 展开更多
关键词 精密仪器 负刚度 非线性 隔振系统
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靶丸表面轮廓形貌AFM精密测量及特性评价 被引量：15
3
作者 赵学森 孙涛 +2 位作者 高党忠 唐永建 董申 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第12期1847-1851,共5页
建立了由改造的原子力显微镜(AFM)、精密回转气浮轴系、辅助转位轴系等组成的靶丸表面形貌精密测量系统,气浮轴系的回转精度达0.049μm,实现了对激光核聚变靶丸3个正交方向上完整圆周迹线的测量.对选定靶丸的测量数据进行了球度、表面... 建立了由改造的原子力显微镜(AFM)、精密回转气浮轴系、辅助转位轴系等组成的靶丸表面形貌精密测量系统,气浮轴系的回转精度达0.049μm,实现了对激光核聚变靶丸3个正交方向上完整圆周迹线的测量.对选定靶丸的测量数据进行了球度、表面粗糙度及功率谱分析.结果表明:其球度值为0.42μm;模数范围为2～10,11～50,51～100及101～1 000对应的表面粗糙度值平均为105.7,12.2,6.2,18.25nm;并得出了平均1维功率谱-模数关系曲线. 展开更多
关键词 ICF靶丸 AFM 球度 表面粗糙度 功率谱 精密回转主轴系 辅助转位轴系
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光学玻璃塑性模式超精密磨削加工的研究 被引量：25
4
作者 陈明君 张飞虎 +1 位作者 董申 李旦 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第4期460-463,484,共5页
利用超精密磨床磨削加工 6种典型的光学玻璃 ,先从理论上研究了脆性材料脆塑转变的临界值。然后对脆性材料作了大量磨削实验 ,实验结果表明 ,超精密磨削脆性材料时存在着断裂模式、断裂与塑性模式、塑性模式 ,这些模式主要由砂轮磨粒的... 利用超精密磨床磨削加工 6种典型的光学玻璃 ,先从理论上研究了脆性材料脆塑转变的临界值。然后对脆性材料作了大量磨削实验 ,实验结果表明 ,超精密磨削脆性材料时存在着断裂模式、断裂与塑性模式、塑性模式 ,这些模式主要由砂轮磨粒的切削深度进行控制 ,该磨削表面粗糙度与磨粒尺寸的大小、砂轮的进给量及玻璃的材料有关。当光学玻璃在塑性模式磨削时 ,其表面层不会产生任何裂纹缺陷。利用超精密磨床进行磨削加工 ,获得的表面粗糙度 Ra低于 展开更多
关键词 金刚石砂轮 脆塑转变 超精密磨削加工 光学玻璃
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单晶金刚石车刀在超精密单点切削中的磨损分析 被引量：11
5
作者 赵清亮 陈明君 +1 位作者 梁迎春 董申 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第5期321-327,共7页
通过金刚石单点切削试验 ,考察了对无氧铜、铝合金和单晶硅进行超精密单点切削时金刚石刀具的磨损行为 ;分析了刀具磨损对被加工材料表面粗糙度的影响 ;并应用光学显微镜和原子力显微镜对刀具的不同磨损形态进行了宏观和微观观测 ;结合... 通过金刚石单点切削试验 ,考察了对无氧铜、铝合金和单晶硅进行超精密单点切削时金刚石刀具的磨损行为 ;分析了刀具磨损对被加工材料表面粗糙度的影响 ;并应用光学显微镜和原子力显微镜对刀具的不同磨损形态进行了宏观和微观观测 ;结合热力学、化学反应磨损和机械磨损的分析方法 ,对金刚石车刀在切削 3种材料时的不同磨损机理进行了实验研究和理论分析 .结果表明 ,为了减轻甚至消除金刚石刀具的磨损 ,在切削铜时应使用少氧或无氧的切削液 ;在切削铝时应在刀具表面涂覆润滑剂或隔离膜 ;在切削单晶硅时应保证低温和少氧环境 . 展开更多
关键词 单晶金刚石车刀 超精密单点切削 磨损
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KDP晶体塑性域超精密切削加工过程仿真 被引量：6
6
作者 陈明君 王景贺 +2 位作者 原大勇 罗熙淳 李旦 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期69-72,92,共5页
提出了压痕实验与有限元仿真结合的方法。它采用压痕深度与有限元仿真深度进行对比,可求解出KDP晶体的塑性特性参数。建立了KDP晶体塑性域切削的有限元模型,并用该模型仿真研究了切削参数对KDP晶体表面形成过程的影响。结果表明,在刀具... 提出了压痕实验与有限元仿真结合的方法。它采用压痕深度与有限元仿真深度进行对比,可求解出KDP晶体的塑性特性参数。建立了KDP晶体塑性域切削的有限元模型,并用该模型仿真研究了切削参数对KDP晶体表面形成过程的影响。结果表明,在刀具前角为-40°左右时,工件表面质量可达到最佳值。研究还发现,当刀具刃口半径为80nm时,其能够产生切屑的最小切削厚度在10nm-30nm之间,此时法向切削力与主切削力之比为0.96,该结论对KDP晶体超光滑表面的获取有着重要指导意义。 展开更多
关键词 KDP晶体 超精密加工 单点金刚石车削 模拟
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超低频精密隔振系统的新进展 被引量：9
7
作者 张建卓 李旦 +1 位作者 董申 李贵轩 《辽宁工程技术大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2004年第4期538-541,共4页
论述了国内外各种超低频隔振系统的研究状况。介绍了由单摆改进而成的倒摆、折叠摆、X 摆和锥摆等超低频水平隔振系统。分析了刚度非线性的实现方法及正负刚度并联技术在超低频垂直隔振系统中的应用。同时介绍了自行研制的正负刚度并联... 论述了国内外各种超低频隔振系统的研究状况。介绍了由单摆改进而成的倒摆、折叠摆、X 摆和锥摆等超低频水平隔振系统。分析了刚度非线性的实现方法及正负刚度并联技术在超低频垂直隔振系统中的应用。同时介绍了自行研制的正负刚度并联超低频隔振系统。 展开更多
关键词 精密工程 超低频隔振系统 刚度非线性 负刚度
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微小型超精密微细铣削机床的研制 被引量：9
8
作者 张鹏 王波 +1 位作者 卢礼华 梁迎春 《制造技术与机床》 CSCD 北大核心 2010年第6期72-75,共4页
为了满足超薄壁微小结构零件的超精密加工需要,研制了一台微小型超精密三轴联动微细铣削加工机床。机床的总体尺寸为600mm×500mm×700mm,三个直线运动轴的行程均为75mm。为了克服传统的由滚珠丝杠驱动的伺服系统带来的非线性问... 为了满足超薄壁微小结构零件的超精密加工需要,研制了一台微小型超精密三轴联动微细铣削加工机床。机床的总体尺寸为600mm×500mm×700mm,三个直线运动轴的行程均为75mm。为了克服传统的由滚珠丝杠驱动的伺服系统带来的非线性问题,此机床采用了永磁直线电动机直接驱动气体静压导轨,并由5 nm分辨率的线性光栅作为位置反馈元件组成全闭环控制系统的伺服控制方法;采用高精度运动控制卡PMAC嵌入工控机的开放式数控系统,并采用"PID算法+前馈控制"的复合控制策略。跟踪阶跃信号和正弦信号的实验结果表明,机床可以实现纳米级的运动控制精度;使用分辨率为1nm的Renishaw激光干涉仪测量,得到补偿后的三个运动轴的定位精度均小于±0.25μm,重复定位精度均小于±0.2μm。使用0.5mm的硬质合金立铣刀加工一组高度为50μm的台阶,加工精度为±0.3μm;使用1mm的硬质合金立铣刀加工平面的表面粗糙度为40nm。 展开更多
关键词 超精密机床 运动控制 微细铣削 表面形貌
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超精密机床模糊轮廓控制技术研究 被引量：8
9
作者 王波 梁迎春 董申 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期830-832,共3页
为解决轮廓控制系统的非线性和时变性所引起的控制系统控制精确度低、鲁棒性差的问题,在建立了基于光学通用方程的非球光学曲面轮廓误差模型的基础上,提出了模糊耦合轮廓误差补偿控制策略.仿真和圆弧轮廓跟踪试验结果表明,这种结构的模... 为解决轮廓控制系统的非线性和时变性所引起的控制系统控制精确度低、鲁棒性差的问题,在建立了基于光学通用方程的非球光学曲面轮廓误差模型的基础上,提出了模糊耦合轮廓误差补偿控制策略.仿真和圆弧轮廓跟踪试验结果表明,这种结构的模糊轮廓控制器可以有效地提高轮廓控制器的鲁棒性,并能大幅度提高轮廓控制精确度. 展开更多
关键词 模糊控制 轮廓控制 交叉耦合 超精密加工
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亚微米超精密车床的振动模糊主动控制 被引量：9
10
作者 盖玉先 董申 李旦 《振动工程学报》 EI CSCD 2000年第1期156-160,共5页
环境振动是影响亚微米超精密机床加工精度的一个重要因素 ,为此提出了将模糊控制系统与空气弹簧隔振系统相结合的方法 ,用于亚微米超精密车床的振动控制。空气弹簧的主要作用是隔离较高频率的环境振动并支承车床 ;模糊主动控制则是有效... 环境振动是影响亚微米超精密机床加工精度的一个重要因素 ,为此提出了将模糊控制系统与空气弹簧隔振系统相结合的方法 ,用于亚微米超精密车床的振动控制。空气弹簧的主要作用是隔离较高频率的环境振动并支承车床 ;模糊主动控制则是有效地控制低频环境振动的影响。针对机床系统振幅微小且有自激振动的特点 ,采用了带有两个调整因子的二维模糊控制器 ,其输入为速度和加速度信号 ,输出为作动器的控制电压。在 HCM- 1亚微米超精密车床上进行铅垂方向的振动控制实验 。 展开更多
关键词 精密车床 模糊主动控制 振动 隔离
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超精密非球曲面磨削系统中砂轮修整技术的研究 被引量：7
11
作者 陈明君 董申 +1 位作者 张飞虎 梁迎春 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第2期238-241,共4页
为了磨削加工出高质量的非球曲面器件 ,砂轮的修整是非常重要的一个影响因素。本文首先从理论上分析了砂轮的半径误差对非球曲面器件加工精度的影响。然后设计研制了一套砂轮的电火花修整机构 ,具有结构简单、修整速度快、在位修整等特... 为了磨削加工出高质量的非球曲面器件 ,砂轮的修整是非常重要的一个影响因素。本文首先从理论上分析了砂轮的半径误差对非球曲面器件加工精度的影响。然后设计研制了一套砂轮的电火花修整机构 ,具有结构简单、修整速度快、在位修整等特点 ,修整后的砂轮形状精度很高。最后 ,用修整好的砂轮进行非球曲面的磨削实验 ,结果表明 ,其磨削加工的零件轮廓精度为 0 .3μm ,表面粗糙度Ra 优于 0 .0 1μm . 展开更多
关键词 超精密磨削加工 光学非球曲面 砂轮修整
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超精密车削表面微观形貌的几何建模与仿真研究 被引量：4
12
作者 王洪祥 孙涛 +1 位作者 董申 李旦 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第13期1131-1134,共4页
在综合考虑刀具几何参数、刀具振动和最小切削厚度等因素对已加工表面形貌影响的前提下编写了表面微观形貌的仿真程序 ,在仿真时把一个随机振动信号成功地叠加在理论表面粗糙度中。提出一种建立圆弧刃金刚石车刀超精密车削表面粗糙度模... 在综合考虑刀具几何参数、刀具振动和最小切削厚度等因素对已加工表面形貌影响的前提下编写了表面微观形貌的仿真程序 ,在仿真时把一个随机振动信号成功地叠加在理论表面粗糙度中。提出一种建立圆弧刃金刚石车刀超精密车削表面粗糙度模型的新方法。结果表明 ,仿真得到的表面微观形貌 ,能够比较正确地反映出超精密加工将要获得的表面轮廓。 展开更多
关键词 超精密加工 仿真 表面形貌 表面加工
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超精密加工表面特性的功率谱密度表征与分析 被引量：9
13
作者 于光 李鹏 +4 位作者 赵清亮 姚俊 黄海涛 刘宪芳 张伟 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期29-32,共4页
为了了解加工方法和参数对加工表面特性PSD表征结果的影响规律,采用功率谱密度方法(PSD)对超精密磨削加工表面进行了表征与分析.应用Dimension 3100原子力显微镜对超精密加工表面进行测量,得到三维微观形貌和数据,以空间波长为横坐标,... 为了了解加工方法和参数对加工表面特性PSD表征结果的影响规律,采用功率谱密度方法(PSD)对超精密磨削加工表面进行了表征与分析.应用Dimension 3100原子力显微镜对超精密加工表面进行测量,得到三维微观形貌和数据,以空间波长为横坐标,功率谱密度为纵坐标输出PSD图像,简单直观地分析了加工表面空间波长分布及不同波长在表面所占的比重,对比分析了加工方法和参数对PSD表征结果特征的影响.实验结果表明,超精密加工表面PSD图像的主导频率、波长分布特点以及各波长的PSD值大小等参数不仅可以同时体现横向尺寸及高度尺寸特性,而且能够得到表面误差的空间频率分布和方向特性信息. 展开更多
关键词 超精密加工 表征 功率谱密度
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超精密机床的主动隔振系统研究 被引量：7
14
作者 王加春 董申 李旦 《振动与冲击》 EI CSCD 2000年第3期54-56,共3页
本文以HCM_I型亚微米超精密车床为研究背景 ,在分析了机床结构与振动的基础上 ,建立了机床主动隔振系统的力学模型。通过几种作动器的性能对比选择了磁致伸缩作动器为执行器。通过反馈控制分析和实验 ,表明 :采用主动隔振可以明显提高... 本文以HCM_I型亚微米超精密车床为研究背景 ,在分析了机床结构与振动的基础上 ,建立了机床主动隔振系统的力学模型。通过几种作动器的性能对比选择了磁致伸缩作动器为执行器。通过反馈控制分析和实验 ,表明 :采用主动隔振可以明显提高机床减振性能 ,尤其对低频隔振效果较好。 展开更多
关键词 超精密机床 振动 主动隔振 磁致伸缩作动器
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超精密机床宏/微双驱动微位移机构的设计与控制(英文) 被引量：5
15
作者 李国 王波 +1 位作者 董申 王石磊 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期1426-1430,共5页
提出了一种宏/微双驱动微进给机构的设计与控制方法。介绍了宏/微双驱动微位移机构的结构设计,将宏动(大行程)和微动(高分辨率)两者串联以获得理想的运动性能。该机构用步进电机作为宏动的驱动装置以获得大行程和高响应速度,用压电陶瓷... 提出了一种宏/微双驱动微进给机构的设计与控制方法。介绍了宏/微双驱动微位移机构的结构设计,将宏动(大行程)和微动(高分辨率)两者串联以获得理想的运动性能。该机构用步进电机作为宏动的驱动装置以获得大行程和高响应速度,用压电陶瓷微位移器作为精密运动以提高运动分辨率和运动精度。设计了该机构的控制系统,用一个基于模型的开关控制器对微位移装置进行控制,并设计专门的运动分配模块对宏/微运动进行协调控制。最后,分别控制宏动和微动装置对该系统进行了实验,并用激光干涉仪检测。检测结果表明,宏动装置的行程为90mm,运动分辨率为0.3μm;压电陶瓷微动装置的行程为40μm,定位精度为0.9μm。理论分析和实验结果均表明了控制策略的有效性。 展开更多
关键词 双驱动微位移器 开关控制器 控制策略
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基于有限元法分析超精密切削中的摩擦问题 被引量：3
16
作者 宗文俊 王洪祥 +2 位作者 李旦 程凯 董申 《制造技术与机床》 CSCD 北大核心 2004年第8期88-91,共4页
基于更新的拉格朗日公式 ,建立了热 -机械耦合的平面应变大变形正交切削模型。根据此模型 ,对金刚石车削过程中的摩擦问题进行了仿真研究。对两种摩擦模型仿真所得的切削力与实验数据进行了比较 ,验证了前刀面上的摩擦状态应是粘结 -滑... 基于更新的拉格朗日公式 ,建立了热 -机械耦合的平面应变大变形正交切削模型。根据此模型 ,对金刚石车削过程中的摩擦问题进行了仿真研究。对两种摩擦模型仿真所得的切削力与实验数据进行了比较 ,验证了前刀面上的摩擦状态应是粘结 -滑移摩擦同时存在 ,并研究了刀具摩擦系数各向异性对超精密切削中切屑变形、切削力、剪切角的影响。 展开更多
关键词 超精密切削 有限元法 各向异性 粘结-滑移 摩擦 金刚石车削 切削力
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超精密光学非球曲面磨削系统的研制 被引量：8
17
作者 陈明君 董申 张飞虎 《中国机械工程》 CAS CSCD 北大核心 2000年第8期849-851,共3页
为磨削加工出高精度、高质量的非球曲面器件 ,从理论上分析影响已加工表面粗糙度、轮廓精度的各种主要因素 ;设计研制一套超精密非球曲面磨削系统 ,其工件主轴、横溜板、纵溜板及磨头主轴均采用气浮形式 ,工件主轴的回转精度为 0 .0 5... 为磨削加工出高精度、高质量的非球曲面器件 ,从理论上分析影响已加工表面粗糙度、轮廓精度的各种主要因素 ;设计研制一套超精密非球曲面磨削系统 ,其工件主轴、横溜板、纵溜板及磨头主轴均采用气浮形式 ,工件主轴的回转精度为 0 .0 5μm,磨头主轴最高转速为 80 0 0 0 r/min,其回转精度为 0 .1 μm,横溜板和纵溜板的直线位移分辨率可达 4 .9nm,而磨头中心高微调机构可实现 0 .1 μm的精确微调 ;用已经研制成功的这套磨削系统进行了非球曲面的磨削实验 ,结果表明 ,其磨削加工的零件轮廓精度为 0 .4 μm,表面粗糙度 Ra优于0 .0 1 μm。 展开更多
关键词 超精密磨削加工 光学非球曲面 中心高微调机构
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激光-CCD器件在自动化精密测量中的应用 被引量：6
18
作者 陈明君 姜承宾 李旦 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2001年第6期415-418,共4页
光电耦合器件 (CCD)的应用越来越广泛。文章对线阵 CCD在机械测量方面的应用进行了一些总结。较系统地总结了机械系统在线测量中常用的方法 ,并简单介绍了 CCD测量系统的主要部分以及 CCD输出信号处理的一些方法。最后 ,对
关键词 激光-CCD器件 自动化检测 信号处理 精密测量
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超精密车床进给伺服系统的复合控制设计 被引量：9
19
作者 周磊 陈时锦 程凯 《机械设计与制造》 北大核心 2007年第2期92-93,共2页
超精密车床在非球曲面以及超光滑表面的加工中具有广泛应用。将超精密车床进给系统设计成为具有电流环、速度环和位置环的三环伺服系统结构,并根据实际伺服特性,在位置环上设计了具有速度/加速度前馈补偿的半闭环复合控制策略。通过实... 超精密车床在非球曲面以及超光滑表面的加工中具有广泛应用。将超精密车床进给系统设计成为具有电流环、速度环和位置环的三环伺服系统结构,并根据实际伺服特性,在位置环上设计了具有速度/加速度前馈补偿的半闭环复合控制策略。通过实验数据的比较,显著提高了进给伺服系统的控制精度,减少了跟踪误差。 展开更多
关键词 超精密车床 进给伺服 复合控制 前馈补偿
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微晶玻璃塑性域超精密磨削加工的研究 被引量：3
20
作者 陈明君 张飞虎 董申 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第1期71-73,80,共4页
本文对微晶玻璃脆性材料的超精密磨削加工作了大量的实验研究。研究结果表明 ,对于微晶玻璃等脆性材料 ,其表面粗糙度主要与砂轮的平均磨粒尺寸、砂轮速度、进给量及磨削深度等因素有关。当采用超精密磨床并在 vs=12 0 0 m/ min、f=0～2... 本文对微晶玻璃脆性材料的超精密磨削加工作了大量的实验研究。研究结果表明 ,对于微晶玻璃等脆性材料 ,其表面粗糙度主要与砂轮的平均磨粒尺寸、砂轮速度、进给量及磨削深度等因素有关。当采用超精密磨床并在 vs=12 0 0 m/ min、f=0～2 0 0μm/ rev、ap=0 .1～ 10μm条件下磨削时 ,只有当金刚石砂轮的平均磨粒尺寸低于 2 0μm,才能在塑性磨削模式下加工出高质量的光滑表面 ,其磨削后的表面粗糙度为 rms:8.0 2 1nm、Ra:6.2 0 0 nm。 展开更多
关键词 微晶玻璃 超精密磨削加工 金刚石砂百分比 塑性域磨削加工
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