[01794176]难加工材料复杂曲面振动调制加工新技术及应用

复杂曲面光学元件在许多重要的工业领域中有着日益增加的应用需求,然而复杂曲面光学元件的超精密加工还存在着一些关键技术问题亟待解决。本项目属于机械制造工艺与设备学科,涉及制造业之机械零部件加工、光学仪器制造等行业领域,依托11项国家及省部级科研课题,持续开展自主创新,发明了针对复杂光学曲面加工创成的一系列关键技术、工艺装置及系统。 本项目的主要技术内容如下： 1. 揭示并发明了刀具在三维空间形成所需椭圆振动轨迹、姿态及旋向的产生方法,发明了多种运动轴构形的非共振三维椭圆振动切削（以下简称EVC）装置,非共振EVC的幅值可达到10微米、频率可达到858赫兹,发明并形成了在改善材料切削加工性方面优于国外同类技术的非共振三维EVC技术。突破了日本学者社本教授等人必须采用共振驱动实施三维EVC的限制,将美国学者Dow教授等人提出的非共振EVC技术从二维扩展到三维。 2. 发明了多种运动轴构形及多种驱动类型的两自由度快速刀具伺服（以下简称FTS）,将国外工业界现有的FTS由单自由度扩展到两个自由度及以上,为多个方向的机床运动轴误差补偿、自由曲面车削创成及刀具路径优化提供了使能技术。主要涉及：基于音圈电机驱动的大行程两自由度FTS,行程可达到1毫米,带宽可达到20赫兹;基于压电叠堆驱动的小行程两自由度FTS,行程可达到200微米,带宽可达到1k赫兹。 3. 发明了多种针对复杂光学曲面加工的最优主动调制车削技术,主要涉及：减小切削力扰动的等切屑载荷车削技术,提高加工精度的误差补偿车削技术,主动改变主轴转速的离轴车削技术,加工表面散射均化的伪随机车削技术等。同行专家鉴定认为：“利用所研发的两自由度FTS进行刀具路径优化和综合误差主动补偿方面的研究居国内领先水平。” 4. 基于混频振动叠加原理,将三维EVC与快速刀具伺服（以下简称FTS）技术无缝集成,发明了针对难加工材料复杂光学曲面加工的混频EVC技术,突破了日本学者铃木教授等人必须通过改变椭圆振动幅值以获得微结构表面的限制。 本项目成果应用于复杂曲面光学模具及元件制造企业,近三年获经济效益10576.66万元。获得发明专利授权17项、实用新型专利授权24项,发表SCI检索论文22篇、EI检索论文48篇。该项目成果打破了国外技术垄断和封锁,为提升我国复杂光学制造水平提供了关键工艺及共性技术支撑,显著推动了我国复杂光学制造行业自主创新技术的进步。