压电进给和面型补偿的纳米精度曲面弹性波剔除理论及方法

本项目面向我国超大规模集成电路、精确制导、空间观测、卫星成像、核能工程等重大需求，以光刻机镜头、卫星望远镜、核主泵密封面等超高精度曲面零件为对象，针对曲面结构的纳米精度制造中超低应力难以实现和超低应力下材料难以去除两大技术难题，提出建立基于逆压电效应的具有亚纳米精度进给、工具姿态微调和面型误差补偿、工具表面质点微幅运动控制功能，实现微量材料去除的一体化集成系统。以亚纳米精度微进给实现超低应力；以表面质点运动轨迹和速率的有效控制实现超低应力下的材料去除；以主动变形补偿工具面型误差。研究异质材料接触下表面微量材料迁移机制、结构弹性波在接触边界条件下表面质点的动力学和运动学行为及控制规律、压电材料的动态和准静态衰变规律等问题，了解去除工艺由宏观进入微观时，能量、运动与物质结构间的作用与转换规律。探索高效率、低成本的纳米精度曲面制造的新理论与新方法，为建立纳米精度曲面制造工艺与装备做前期理论储备。

针对曲面结构的纳米精度制造中超低应力难以实现和超低应力下材料难以去除两大技术难题，提出建立基于压电材料的集纳米精度进给、磨具姿态微调、磨具面型误差补偿、磨具表面质点微幅运动磨削为一体的集成系统，建立纳米精度曲面制造工艺与装备的理论基础。建立了多点式和矩阵式供电的内置压电陶瓷阵列，用于工具表面面型的主动变形，实现了表面波纹度误差的补偿；研究了六自由度微动机构，用于对磨削工具的姿态调整和磨削加工的进给；进行了磨削工具的动力学设计和激励方法的研究，利用圆盘结构面外模态、面内模态以及刚体模态，实现了对圆盘表面对应的工件面域内各区域的磨削加工；建立了具有表面面型补偿、六自由度微位移调整的弹性波磨削系统，通过输入电参数的调整，实现了工具表面质点轨迹椭圆的长、短轴和倾斜角的控制；研究了接触压力、输入电压、相位差、磨削时间与工件粗糙度、变质层厚度、过渡层厚度的关系，采用成像清晰度指标对硬质光学玻璃磨削效果进行了评价。本项目在基金资助下，发表论文8篇（SCI检索4篇、EI检索8篇），申报发明专利6件（授权3件），毕业硕士生2名。