摘要：离子束抛光作为一种超精密加工技术,被应用于材料表面抛光的精抛阶段,而其原子量级的去除效果使得它的加工过程与加工效果难以直接观察,因此为了能够从微观尺度研究离子束抛光的加工效果以及加工参数对材料表面粗糙度与表面损伤的影响,提出使用分子动力学模拟的方法研究离子束抛光过程,通过对氩离子轰击单晶硅的仿真模拟,分析加工参数对单晶硅表面粗糙度与晶格损伤的影响规律,指导实际的加工工艺设计.研究发现,在不同加工角度下,离子剂量对于表面粗糙度的影响规律不同,低角度(0°~40°)低剂量以及高角度(>50°)高剂量的加工有助于达到较低的表面粗糙度;随着加工角度的增加,离子束对晶体表面造成的损伤逐渐减少,当加工角度大于40°时能够大幅度减少晶格损伤.模拟结果显示在实际的离子束抛光过程中,为了得到高质量的表面,应该采取高角度高剂量的加工方式以达到既降低材料表面粗糙度又减小对材料表面晶格产生损伤的目的.

摘要：针对环摆式双面抛光难以建立稳定去除函数并进行加工面型预测这一问题,提出了基于磨粒运动学的环摆式双面抛光加工预测模型,并通过预测模型分析不同参数影响下元件表面去除均匀性,针对不同特征面型给出优化策略以指导加工实验。首先,根据环摆式双面抛光机理,探究了环摆式双面抛光中影响去除均匀性的主要因素,提出了元件上、下表面磨粒运动学模型,结合Preston方程给出了基于磨粒运动学的环摆式双面抛光去除均匀性预测模型。根据实际加工工况,分析了不同抛光均匀性影响因素下的磨粒轨迹分布与抛光去除非均匀性,最后通过加工实验验证环摆式双面抛光加工预测模型。实验结果表明:环摆式双面抛光加工预测模型的预测结果与实际加工结果基本吻合,其面型去除特征相同。元件上表面是元件去除非均匀性的主要来源,通过改变中心偏心距、径向摆动距离等参数能改变元件上表面的去除非均匀性,从而影响元件整体面型特征,并实现基于预测模型指导下元件表面面型的快速收敛。

摘要：为解决传统抛光方法上下表面平行度无法保证和形成工件规律性同轴圆环痕迹的难题,文中设计了工件旋转和二维运动独立控制的大口径光学元件双面快速抛光机床。采用ABAQUS有限元软件对其关键结构件抛光盘组件的静动态特性进行了仿真分析。结果表明:加载后抛光盘最大等效应力为12.63 MPa,最大形变量为8.26μm,能够满足工作精度和工作强度的要求;通过模态仿真计算出抛光盘组件的固有频率高于79 Hz,工作中不会出现共振情况,所建立的仿真模型为抛光盘组件的研制提供了理论参考。

摘要：针对聚焦离子束/扫描电子显微镜双束系统中样品工作台无法实现回转微小特征结构的定位、成像和多自由度加工等难题,研制真空环境下基于步进电动机驱动的高精度样品旋转器。采用NX10.0计算机辅助设计软件建立样品旋转器三维数字模型;开展运动部件的运动模拟仿真,避免了工作时出现运动干涉情况;采用ANSYS有限元软件对其关键部组件的静动态特性进行仿真分析和优化,保证了该部件的工作精度和工作强度的要求,样品旋转器的最大转速为30 r/min,角度分辨率达到了0.0014°。所研制的样品旋转器具有精度高、操作简单等特点,为聚焦离子束加工下一代高精度三维微纳光子集成器件提供了参考。

摘要：本文介绍了采用数控加工技术在自行研制的五轴数控抛光机床上,抛光中大口径方形非球面镜的加工工艺。针对中大口径方形光学元件的边部和角部难加工的情况,通过优化工艺参数以及完善设备的结构设计,确定合理抛光路径,结合控制软件进行抛光加工工艺实验,在一定程度上控制了边部的翘边和角部的塌边,得到了预期的实验结果:加工340mm×340mm的非球面光学元件,面型精度PV≤λ/5,表面粗糙度Rq≤1.2nm,加工效率得到了有效的提高,面型收敛趋于稳定。