为了提高单点金刚切削单晶锗的表面质量，进行了三因素四水平的正交试验，并采用方差分析和极差分析，研究了在单晶锗表面质量分布不均匀条件下表面粗糙度受切削参数的影响。试验结果显示：主轴转速对表面粗糙度值影响明显，而且贡献率最高，主轴转速越大，则表面粗糙度值也越小。获得的最优切削参数组合为主轴转速为3800 r/min、进给速率为2 mm/min、最大切削深度为5 μm。在此切削条件下得到了表面粗糙度为2.4 nm的高精度单晶锗，在扫描电镜下观察其表面质量较好，且表面也比较平滑，切削过程中的切屑呈带状，材料在塑性范围内去除。

大型激光装置要求KDP(Potassium Dihydrogen Phosphate,KH₂PO₄)晶体在加工阶段进行高精度定轴,以降低后续装调难度,提升批量装调效率。为此在加工阶段,提出一种在位检测反馈和多次调节逼近的晶轴角度校正策略,从原理上避免了校正精度严重依赖调节工装精度、重复装夹误差大、机床直线度引入误差等问题;并且为提升晶轴角度的校正效率,研制了电动控制的高精度吸盘角度调节工装,解决了校正角度大、精度要求高的难题。验证结果表明:采用研制的高精度吸盘角度调节工装,经过3轮次的迭代,可以将晶轴角度误差从2~4 mrad快速收敛至20 μrad以内,满足大型激光装置的要求。所提策略的校正精度仅取决于测头移动长度和测试精度,且元件口径越大、测量精度越高,校正精度就越高,因此所提策略特别适用于大口径KDP晶体元件的晶轴角度的精密校正。

为了提高国内大尺寸光学微结构薄膜的光学级模具制造水平, 打破国外在辊筒模具超精密加工装备的垄断, 完成了国内首台套大尺寸光学微结构辊筒模具超精密机床的设计、集成以及典型微结构工艺的研究工作。首先, 根据辊筒模具表面微结构加工工艺的特点, 分析了辊筒模具超精密机床的关键技术并完成了机床结构与运动控制系统设计。在机床系统集成后, 完成了运动控制系统的调试。直线轴执行阶梯运动完成了直线轴运动分辨率的测试。其次, 通过准直仪和激光干涉仪完成了机床关键轴系的直线度及定位精度的测试和补偿。最后, 采用多步切削法切削实验, 以降低毛刺高度为目标, 完成了V槽阵列的加工工艺参数优化。经测试, 该超精密加工机床的直线运动分辨可达到5 nm, 直线轴的双向定位精度均优于1 μm/1 100 mm; 采用多步切削法加工V槽阵列, 最后一次切削深度建议在1~2 μm, 可以获得合格的V槽阵列。

为了降低黑色金属金刚石切削过程中的刀具磨损, 提高表面加工质量和精度, 对刀具磨损机理进行了研究。通过黑色金属金刚石摩擦磨损试验, 模拟了实际切削过程中的刀具磨损行为; 分别采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)以及拉曼光谱仪(RS)对工件表面形貌、实验前后工件表面化学组分变化以及金刚石磨损表面的晶体结构转变进行了检测, 同时提出了用石墨化程度作为试验过程中评价金刚石磨损的指标。试验结果表明：金刚石的磨损主要与机械力和温度有关, 摩擦速度和工件材料中的含碳量对其影响相对较小; 石墨化磨损、扩散磨损和氧化磨损等磨损机理共存, 其中石墨化为导致金刚石磨损的主要原因。结合红外热像仪测温和热传导理论推算, 近似获得了摩擦界面的真实温度, 且随着温度升高15%, 金刚石石墨化程度显著加剧83%。作者提出, 应当综合考虑热-力耦合作用下的刀具磨损机理, 以便进一步探寻抑制刀具磨损的工艺措施。