采用四轴球体研磨方法对金属钛球进行精密研磨实验,通过Talysurf轮廓仪对球体表面粗糙度进行测试,通过靶丸表面轮廓仪检测钛球圆度.结果表明:钛球表面粗糙度可达小于10 nm,圆度小于1.0 μm.通过对球体的受力分析表明,在四轴空间对称分布的情况下,需满足四轴受力基本相同,研具半径为被研球体的0.816倍,可获得圆度较好的球体.

研究了采用单点金刚石超精密车削加工技术(SPDT)加工多模调制曲面过程中的刀具轨迹优化方法,首先,分析了SPDT方法加工多模调制曲面的基本原理;其次,理论分析了平行弦双圆弧插补算法的基本原理,推导了插补误差计算公式.在此基础上,提出采用插补步长伸缩变化方式实现了插补误差的动态控制,并获得了完整的插补计算公式;最后,采用Matlab软件对该插补算法进行了实例仿真分析,并分别与直线插补算法和固定步长双圆弧插补算法进行了对比分析,结果表明,该方法能在保证插补允差的前提下最大程度的减少插补区间数,从而有助于提高加工效率和延长刀具寿命.该方法在调制靶金属模板的制备中获得了广泛应用.

通过电火花加工技术,采用分层铣削加工方法,利用形状简单的圆柱电极,实现了Au黑腔侧表面方形诊断孔的加工.通过对分层厚度的控制,将放电区域控制在电极底部,避免了电极侧面放电对诊断孔尺寸的影响.通过扫描电镜对诊断孔形貌进行检测,采用奥林巴斯测量显微镜测量诊断孔尺寸,结果表明:孔的尺寸加工精度可控制在±5 μm,诊断孔边缘清晰,无毛刺及锯齿形状.

通过合理选择聚合物分子结构模型和高精度势能函数,建立了聚合物飞秒激光烧蚀加工的分子动力学仿真模型,并使用该模型研究了聚乙烯和聚苯乙烯飞秒激光烧蚀加工中的激光能量辐照和扩散过程。研究结果表明: 激光烧蚀加工中聚合物材料的去除方式包括单链热激发引起的表面蒸发和单链热运动引起的内部热膨胀。聚苯乙烯单链的微观变形方式包括单链的整体移动和单链自身结构的变化。聚乙烯和聚苯乙烯的分子结构差异对聚合物单链变形行为和材料去除体积等烧蚀加工结果具有显著的影响。

采用电火花成型加工技术,在黑腔芯轴侧表面加工平台。采用白光干涉仪对平台表面轮廓及粗糙度测量,结果表明: 平面部分表面粗糙度小于0.5 μm,最大峰谷高度小于15 μm。通过奥林巴斯测力显微镜对平台尺寸测量,结果表明: 平台的轴向尺寸加工精度可控制在±10 μm,同一电极加工的平台尺寸一致性可控制在±2 μm。分析了电极损耗对零件形状精度的影响规律以及平台表面粗糙度的影响因素,并通过负极性加工去除电极损耗对平台尺寸精度的影响。

通过电火花加工技术,采用含碳较高的煤油作为电介质,利用导电性能及加工性能较好的紫铜作电极材料,实现了SiO2/CH/Au复合黑腔侧表面方形诊断孔的精密加工。采用OLYMPUSSTM6测量显微镜对诊断孔尺寸,结果表明:孔的尺寸加工精度可控制在±10μm 内,同一电极加工的诊断孔尺寸一致性可控制在±5μm 内。采用扫描电镜能谱分析SiO2/CH/Au加工导电层的成分,结果表明:电火花加工过程中,由于电介质分解生成游离态的碳以及电极材料铜熔融后沉积在CH 和SiO2层表面,形成辅助导电层。通过加工辅助导电层,产生的瞬时高温使SiO2和CH 层熔融气化,从而实现对绝缘层的加工。

基于贝叶斯理论, 针对小批量、少样本的金柱腔生产过程, 讨论了生产质量控制模型的建立方法。利用大量历史数据和少量样本信息, 建立了金柱腔车削工序的质量控制模型, 并利用实际生产数据对该模型进行了验证。验证结果显示, 当前金柱腔车削工序的生产过程处于统计控制状态, 质量控制模型没有发出生产质量的虚警报, 建立的质量控制模型是有效的, 能够指导金柱腔车削工序的实际生产。

研究了单点金刚石超精密车削技术(SPDT)加工靶丸微孔中的精度控制方法，建立了靶丸微孔加工误差的仿真模型，并理论分析了不同误差因素对微孔尺寸误差的影响规律; 根据误差分析结果提出了基于刀具阶梯进给运动方式的微孔精度控制方法，用以控制靶丸微孔精度; 在单点金刚石超精密车床上进行了辉光放电聚合物(GDP)靶丸微孔的车削实验，实验结果表明: 采用该精度控制方法，靶丸微孔尺寸误差和圆度误差分别降低了70.7%和87.5%，实验结果表明了所提出方法的有效性。

对密度为90 mg/cm3 的PMP泡沫材料的飞秒激光烧蚀结果进行了分析，推导出该材料在脉宽50 fs、波长800 nm、重复频率为1000 Hz的飞秒激光作用下的蚀除阈值为0.91 J/cm2(100个激光脉冲)，获得了烧蚀直径分别随激光功率、脉冲数及聚焦物镜数值孔径的变化规律。相同飞秒激光加工系统下，对比了铜箔上获得的烧蚀形状，确定了PMP泡沫材料本身的多孔洞及其分布不均匀是造成烧蚀区域的形状不规则的重要因素。PMP泡沫在较高能量或是较长时间的飞秒激光作用下，烧蚀区域发生碳化的原因是由热作用引发的。提出了一种基于激光束耦合的飞秒激光切割厚度大于1 mm的薄膜-泡沫材料的方法，并获得了切割厚度大于1.5 mm、切割侧壁与光束光轴夹角小于5°、切割面整洁的薄片。

基于压痕断裂力学理论, 建立了工件表面粗糙度与亚表层损伤深度的理论关系模型, 用于预测磨削加工脆性光学材料引起的亚表层损伤深度。利用磁流变角度抛光技术检测了不同磨削加工工艺条件下亚表层的损伤深度, 验证了理论模型的正确性。分析了加工工艺参数对工件表面粗糙度及亚表层损伤深度的影响规律, 提出了提高材料去除率的磨削加工工艺方案。分析结果表明：脆性材料工件的亚表层损伤深度与工件的表面粗糙度呈非线性单调递增关系。工件亚表层损伤深度及工件表面粗糙度均随着切削深度和进给速度的增加而增加, 随着主轴转速的增加而减小。对比实验结果与理论模型预测结果表明, 提出的模型可以准确、无损伤地的预测磨削加工引起的工件亚表层损伤深度。