小型光學非球面納米精度加工理論與技術

目錄
《21世紀先進制造技術叢書》序
序
前言
第1章 小口徑非球面加工技術基礎及發(fā)展概況 1
1.1 非球面的特點 1
1.2 小口徑非球面的應用及其加工難點 3
1.3 小口徑非球面加工技術發(fā)展現狀 6
1.3.1 超精密磨削技術 6
1.3.2 小口徑非球面拋光技術 10
1.3.3 非球面單點金剛石車削技術 15
1.3.4 光學玻璃模壓成型技術 16
1.4 非球面加工機床 22
1.5 小口徑非球面模壓制造技術發(fā)展趨勢 23
參考文獻 24
第2章 小口徑非球面磨削及誤差補償 34
2.1 小口徑非球面磨削方式 34
2.1.1 直交軸磨削 34
2.1.2 平行磨削 35
2.1.3 單點斜軸磨削 35
2.2 小口徑非球面磨削誤差分析 37
2.2.1 砂輪Y向誤差 37
2.2.2 砂輪X向誤差 41
2.2.3 B軸角度誤差 43
2.2.4 砂輪半徑誤差 47
2.2.5 砂輪磨損誤差 50
2.2.6 X向、偏角、磨損與半徑誤差分離方法 51
2.3 小口徑非球面磨削面形誤差補償方法 52
2.3.1 直接補償法 52
2.3.2 法向磨削補償法 53
2.4 小口徑非球面磨削補償加工實例 59
2.4.1 微粉砂輪的選用和修整 59
2.4.2 X、Z、B斜軸球面磨削補償加工 61
2.4.3 碳化鎢凹球面磨削補償加工 63
2.4.4 碳化鎢凹非球面磨削補償加工 67
2.4.5 單晶硅凸非球面磨削補償加工 74
2.5 非球面磨削補償軟件 78
2.5.1 軟件的設計思想和總體結構 79
2.5.2 主界面控制模塊 81
2.5.3 測量模塊 82
2.5.4 數據處理與顯示模塊 83
2.5.5 仿真模塊 90
2.5.6 修正代碼處理模塊 91
參考文獻 92
第3章 小口徑非球面ELID磨削 94
3.1 ELID磨削的基本原理 94
3.1.1 傳統(tǒng)ELID磨削方式 94
3.1.2 非球面ELID磨削方式 96
3.2 小口徑非球面噴嘴ELID磨削系統(tǒng) 99
3.3 小口徑非球面噴嘴ELID磨削試驗 101
3.3.1 無ELID磨削與噴嘴ELID磨削的對比試驗 102
3.3.2 間歇式ELID磨削與噴嘴ELID磨削的對比試驗 104
3.4 噴嘴ELID磨削電解機理分析 106
3.4.1 噴嘴ELID磨削氧化膜生成過程分析 107
3.4.2 噴嘴ELID磨削氧化膜作用機理分析 112
3.4.3 噴嘴ELID磨削生成的氧化膜厚度計算模型 113
參考文獻 120
第4章 小口徑非球面單點金剛石車削 122
4.1 小口徑非球面超精密車削 122
4.1.1 傳統(tǒng)的X、Z兩軸聯動單點金剛石車削 122
4.1.2 X、Z、B三軸聯動固定點金剛石車削 123
4.1.3 兩種車削方式加工結果分析 126
4.2 天然金剛石車刀 132
4.2.1 超精密切削對刀具的要求 132
4.2.2 金剛石的晶體結構 133
4.2.3 金剛石晶體各晶面的耐磨性 134
4.2.4 單晶金剛石刀具磨損形態(tài)和機理 135
4.2.5 超精密切削時刀具的磨損和耐用度 136
4.2.6 金剛石刀具的設計 136
4.3 B軸控制對非球面面形精度的影響 139
4.3.1 X、Z兩軸聯動金剛石車削平面基礎試驗 139
4.3.2 車刀圓弧切削刃面形誤差對面形精度的影響 141
4.3.3 車刀磨損對面形精度的影響 162
4.3.4 X、Z、B三軸聯動固定點金剛石車削加工的應用 174
4.4 B軸控制對工件表面粗糙度的影響 176
參考文獻 179
第5章 小口徑非球面拋光技術 183
5.1 小口徑非球面斜軸拋光原理及去除機理 183
5.1.1 拋光原理 183
5.1.2 斜軸磁流變拋光去除機理 187
5.2 斜軸磁流變拋光頭 190
5.3 碳化鎢非球面磨拋組合加工 193
5.3.1 碳化鎢非球面超精密磨削 193
5.3.2 碳化鎢非球面斜軸磁流變拋光 198
5.4 不銹鋼非球面車拋組合加工 201
5.4.1 不銹鋼非球面超精密車削 201
5.4.2 不銹鋼非球面斜軸磁流變拋光 203
5.5 碳化鎢材料亞表面損傷及其檢測 205
5.5.1 亞表面損傷產生機理及測試方法 205
5.5.2 碳化鎢磨削亞表面損傷研究 207
5.5.3 玻璃磨削后亞表面損傷的去除 212
參考文獻 213
第6章 小口徑非球面玻璃透鏡模壓成型 215
6.1 模壓成型用光學玻璃材料 215
6.1.1 玻璃材料的主要成分 215
6.1.2 玻璃材料的低熔點趨勢 216
6.1.3 玻璃材料的環(huán)保趨勢 216
6.1.4 光學玻璃的熱機械性能 217
6.1.5 光學玻璃壓型坯料 220
6.2 光學玻璃模壓成型理論 221
6.2.1 玻璃材料屬性的溫度依賴性 221
6.2.2 界面接觸的熱傳遞 221
6.2.3 光學玻璃的黏彈性 223
6.2.4 光學玻璃的時-溫等效性 223
6.2.5 黏彈性物理模型 224
6.2.6 結構松弛 226
6.3 非球面透鏡模壓成型工藝 227
6.3.1 非球面透鏡模具的材料選擇與設計 227
6.3.2 非球面玻璃透鏡的模壓成型試驗用成型機 228
6.3.3 模壓溫度的選擇 229
6.3.4 成型透鏡的成型精度 230
6.4 殘余應力的影響因素及仿真預測 232
6.4.1 玻璃模壓成型的有限元分析 233
6.4.2 模壓成型仿真預測模型的建立 234
6.4.3 應力分析的本構方程 234
6.4.4 加熱階段的分析 234
6.4.5 殘余應力仿真分析 236
6.5 輪廓偏移量預測及補償 241
6.5.1 輪廓偏移及結構松弛 241
6.5.2 模壓成型參數對輪廓偏移量的影響 242
6.5.3 模壓成型補償技術 246
參考文獻 251
第7章 非球面形狀在位測量 253
7.1 非球面形狀離線與在位測量 253
7.2 接觸式氣浮在位測量系統(tǒng) 254
7.2.1 在位測量裝置 254
7.2.2 測量探針校正 255
7.2.3 在位測量過程 258
7.3 接觸測量誤差分析 259
7.3.1 測頭曲率半徑誤差的影響 259
7.3.2 被測物對稱軸半徑方向誤差的影響 260
7.3.3 被測物對稱軸傾斜誤差的影響 261
7.3.4 彈性變形產生的測量誤差的影響 261
7.4 非球面接觸測量數據處理 262
7.4.1 去噪處理 262
7.4.2 濾波處理 264
7.4.3 測量數據擬合處理 271
7.4.4 在位測量與離線測量對比 273
參考文獻 275