“工程设计与制造工艺”专业年报专稿亮点素材

《“工程设计与制造工艺”专业年报专稿亮点素材》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、何建国研究员0816-2487652E-mail:immt@caep.ac.cn端面磁流变抛光机研究进展YLF晶体、YAG晶体以及钕玻璃棒等元件的加工精度一直是影响神光-Ⅲ主机强激光系统前端光束质量的重要原因之一，这些元件多为细长圆棒，口径小(最小为f5 mm)、精度高(透射波前畸变优于0.2l、位相空间周期小于1 mm、位相调制深度大于3l)。磁流变抛光技术是近期才发展起来的一种新原理光学制造技术，主要利用磁流变抛光液的可控流变特性进行加工，能使光学元件加工质量得到突破性提升。1小磨头磁流变抛光机的研制图1f20 mm磨头磁流

2、变抛光机为了实现YLF晶体、YAG晶体以及钕玻璃等细长圆棒元件两端面的超精密、高效率与近无缺陷加工，团队所研制的磁流变抛光机以高精度X、Y、Z三轴立式床身为主体、以f20 mm精密小柔性磨头为核心并按照“磨头上置、元件下置”的结构进行布局，主要由立式床身、小柔性磨头、小流量循环系统、精密夹持工装以及测控系统五大模块组成，如图1所示。如何有效地实现微小去除函数的稳定生成与精确控制是问题的关键所在，需在前期研究工作的基础上重点突破f20 mm小磨头、小流量循环系统两项关键技术。针对f20 mm小磨头，重点解决了小抛光轮机构的精密设计

3、、制造与装配、小空间区域磁场设计与稳定控制等技术难题。针对小流量循环系统，攻克了抛光液的匀化、层流传输、非接触回收、多参量稳定性控制等技术难关。基于开放式数控系统构建的测控系统，主要由运动控制基本功能模块以及磁流变抛光专用功能模块两部分组成，实现了多运动量、多过程量、多工艺流程以及多工作模式的综合集成控制。整机能够高精度、快响应、高稳定性、高可靠性地运行，加工工件范围为(f5~f100)mm×(5~500) mm，具备X、Y两轴联动实现连续光栅扫描运动、Z轴垂直进给实现去除函数特征调节的能力。2基于微小去除函数的抛光工艺验证基于

4、小磨头三轴数控磁流变抛光机，开展了微小去除函数的有效性、稳定性与可控性实验，通过抛光轮转速、抛光液流量等参数的有效匹配，实现了柔性缎带的稳定成型，获得了满足高精度面形收敛的去除函数。采用K9材质的小口径平面基片进行去除函数采集实验，在实验参数下(缎带厚度D=1.3 mm、浸入深度H=0.3 mm)，获得了峰去除率(PV)约4l/min、体去除率(VOL)约0.002 mm3/min、尺度大小(长×宽)约3.0 mm×2.0 mm的去除函数，且为单峰、非对称与近高斯分布，如图2所示。3图2微小去除函数等值线图等值线图利用前期研制的

5、平面抛光工艺软件，探索研究了微小去除函数精修面形的工艺规律。针对全口径尺寸为f100 mm的K9圆形平面件，采用真空吸附装夹、光栅扫描路径以及多次迭代加工的工艺方法进行工艺验证。表面形貌采用高精度相移干涉仪检测、测量结果采用全口径评价。元件面形精度由初始PV=0.27λ，RMS=0.044l收敛至PV=0.14l，RMS=0.01l，其中PV收敛了48%、RMS收敛了77%，如图3所示。(a)加工前：PV=0.27l、RMS=0.044l(b)加工后：PV=0.14l、RMS=0.01l图3f100 mm工艺样件科学意义在前期基

6、础上，进一步攻克了微小去除函数的稳定生成与精确控制技术难题，成功研制了一台以f20 mm小磨头为核心的高精度、快响应、高稳定性与高可靠性三轴数控磁流变抛光机，初步解决了YLF晶体、YAG晶体以及钕玻璃等柱状元件加工手段的有无问题，同时为后续大口径连续位相板磁流变抛光关键技术的攻关以及大、小双磨头组合磁流变抛光机的研制提供了重要的技术支撑。展望为了突破YLF晶体、YAG晶体以及钕玻璃棒等元件的磁流变加工工艺，下一步还需在磁流变抛光机的综合性能优化、YLF晶体与YAG晶体以及钕玻璃等材料的磁流变抛光机理、非水基磁流变抛光液的工程研制

7、、基于微小去除函数的面形精度控制技术等方面开展深入研究。3参考文献[1]何建国.磁流变抛光技术与装备研究[M]//中国工程物理研究院科技年报.北京:原子能出版社,2009:69-70.[2]魏齐龙.水基磁流变抛光液的设计、制备和性能[M]//中国工程物理研究院科技年报.北京:中国原子能出版传媒有限公司,2010:85-86.[3]WeiQilong.Chemical-mechanicaldispersingbehaviorofananoceriaabrasive[C].JournalofRareEarth,2010.[4]Zha

8、ngYunfei,WangYang,WangYajun,etal.Dwelltimealgorithmbasedontheoptimizationtheoryformagnetorheologicalfinishing[C].SPIE,2010,7655.[5]