2013年, 第49卷, 第23期　
刊出日期：2013-12-05

  

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  柔性增材再制造技术

  朱胜

  . 2013, 49(23): 1-5.

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  再制造数字化智能化发展的新需求将促进柔性增材再制造技术的发展。对柔性增材再制造技术的内涵及特点进行阐述，近年来在柔性增材再制造领域的相关研究成果也被简要地介绍。研究成果表明，开发的柔性增材再制造系统具有柔性好，成形快速，适应范围广等优势；自主开发的反求建模技术保证了扫描反求和数据处理的精度；将熔敷增材技术和铣削减材加工相结合开发的增材/减材复合再制造技术，实现了柔性增材再制造过程的形状精确控制；制备的集约化材料可有效减少所携带的再制造材料种类；开发的磁控增材再制造技术既细化晶粒，又减少组织缺陷，可以用于铝合金零件的再制造。
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  快速成形中PAN基碳纤维/HA力学性能模拟研究

  汪焰恩;李鹏林;杨明明;魏生民

  . 2013, 49(23): 6-11.

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  在人工骨支架增材制造过程中，为了制造出具有不同力学性能的人造骨支架适合不同病患，提出利用分子动力学(Molecular dynamics，MD)模拟方法，研究所用基体复合材料(聚丙烯腈(Poly acrylonitrile，PAN)基碳纤维和羟基磷灰石(Hydroxyapatite, HA))表面之间的相互作用及力学性能。分别在原子模拟凝聚相优化分子势能力场(Condensed-phase optimized molecular potentials for atomistic simulation studies，COMPASS)和通用力场(Universal force field，UFF)下，对比计算HA和PAN基碳纤维/HA的力学性能，并比较其弹性模量和泊松比，证明羟基磷灰石是一种各向异性材料，并给出羟基磷灰石中添加PAN基碳纤维可以有效改善其力学性能。针对沿不同剪切方向上的PAN基碳纤维/羟基磷灰石进行动力学计算，表明在不同的力场下，羟基磷灰石均是在沿(110)剪切面上与聚丙烯腈纤维产生的结合能值较大。结合径向分布函数分析，揭示了PAN/HA复合材料主要是通过PAN中的N原子与HA表面发生强作用，从而提高PAN/HA基体力学性能。
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  基于增量制造的再生骨支架制备路径规划方法

  陈伟华;刘媛媛;张付华;胡庆夕

  . 2013, 49(23): 12-20.

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  基于增量制造的再生骨支架制备方法在生物制造领域表现出巨大应用潜力，也越来越受到重视，其中制造路径规划方法直接影响到制备的支架的结构特点，在很大程度上决定了后期支架的细胞培养以及组织修复效果。目前典型的面向工业以及民用领域的增量制造工艺的路径规划方法不能完全适用于骨支架的制备，无法获得能够有效模拟细胞外基质结构特征的三维贯通结构。针对这一问题，提出一种面向生物增量挤出成形技术的再生骨支架制备路径规划方法，将材料成形过程中出现的尺寸变形的补偿融入到路径规划方法的设计中，能有效满足骨支架制备时对复杂外轮廓和梯度孔隙结构的需求。在此基础上，给出再生骨支架增量挤出成形系统的软件系统架构，实现方法及结果，并通过支架成形试验验证支架的性能，研究成果对自主开发生物增量制造装备具有重要价值和意义。
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  选择性激光熔化成形TC4钛合金开裂行为及其机理研究

  张升;桂睿智;魏青松;史玉升

  . 2013, 49(23): 21-27.

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  裂纹是选择性激光熔化(Selective laser melting, SLM)成形Ti6-Al-4V(TC4)钛合金过程中最常见、破坏性最大的一种缺陷。采用逐行交替的扫描策略制备TC4钛合金试样，利用扫描电子显微镜及X射线能谱分析等检测方法，研究SLM成形TC4钛合金过程中裂纹的开裂行为及其形成机理。结果表明，SLM成形TC4钛合金所产生的裂纹为冷裂纹，具有典型的穿晶开裂特征。采用逐行交替扫描策略成形的TC4钛合金，其组织为网篮状马氏体组织。SLM成形过程中高温度梯度导致制件内部存在较高的残余应力，抗裂强度较差的马氏体组织在残余应力的作用下而产生裂纹，粗大的裂纹最终分解为较小的裂纹而终止扩展。进一步分析认为，通过调整成形工艺参数，可以改变制件组织，同时削弱残余应力，从而达到减弱或消除裂纹的目的。
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  面向真空注型技术的双组分材料混合脱泡方法

  张壮雅;张海光;万福平;刘媛媛;胡庆夕

  . 2013, 49(23): 28-35.

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  针对真空注型工艺(Vacuum casting, VC)过程中存在的双组分材料混合不均匀、脱泡不充分而影响最终产品质量的问题。依据混沌混合理论，提出一种几何非对称大叶片式搅拌桨，通过周期性改变搅拌转速的方法来强化混合效果，并利用计算流体力学技术对搅拌槽流场特性进行研究，分析槽内流场结构、压力分布、匀速及变速搅拌下槽内速度分布情况。同时，采用机器视觉和图像处理技术对搅拌过程材料气泡特征进行在线检测，并将检测结果作为控制系统的反馈信号，以实现气泡的自动消除。试验结果表明，所提出的方法不仅能够实现对高黏度双组分材料的均匀混合以及气泡的自动消除，而且还能够进一步缩短处理时间，为有效解决真空注型工艺中高黏度双组分材料难于混合脱泡的问题提供一种可行的方法。
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  漂浮基柔性空间机械臂协调运动的非线性鲁棒自适应控制

  郭益深;孙富春

  . 2013, 49(23): 36-43.

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  针对具有外部扰动与参数不确定或未知的情况，讨论漂浮基柔性空间机械臂系统的协调控制与柔性振动抑制问题。基于假设模态法对柔性臂杆进行近似描述，并利用第二类拉格朗日方程与系统动量守恒关系，推导带外部扰动的漂浮基柔性空间机械臂系统的动力学方程。以此为基础，提出漂浮基柔性空间机械臂系统协调运动的非线性鲁棒控制与非线性鲁棒自适应控制方案。此两种控制方案均可克服外部扰动对系统的影响，控制漂浮基柔性空间机械臂系统载体姿态与机械臂各关节铰完成期望的协调运动，同时有效地抑制了臂杆的柔性振动。除此之外，非线性鲁棒自适应控制方案还可以解决系统惯性参数不确定或未知的问题。系统数值仿真结果证实了所提控制方案的有效性和可行性。
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  电驱动重载六足机器人关节转速分析方法

  庄红超;高海波;邓宗全;丁亮;刘振

  . 2013, 49(23): 44-52.

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  为合理匹配电驱动重载六足机器人关节的驱动装置和传动装置，提出一种快速、精确获得关节转速的方法。基于某一关节转动以实现机器人最大步行速度指标，建立该关节转角与机器人最大步行速度指标的数学关系式，研究螃蟹型三角步态下的髋关节和膝关节在最小摆角和最大摆角时的相应输出转速以及蚂蚁型三角步态下的跟关节输出转速，并获得跟关节转角和转速随髋、膝关节夹角的变化趋势。根据ADAMS软件和研制的机器人单腿与样机，进行关节转速的仿真验证和试验分析，分别获得机器人承载平台重心的速度曲线和关节伺服电动机脉冲数曲线。仿真和试验结果表明，机器人关节转速分析方法具有合理性和有效性，能够可靠地应用于重载多足机器人的研制。
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  一种新型3-RPC柔性精密平台设计与分析

  李仕华;龚文;姜珊;李富娟

  . 2013, 49(23): 53-58.

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  基于3-RPC并联机构提出一种由压电陶瓷驱动的新型3-RPC柔性精密平台模型，并在初始构型的基础上对移动副、圆柱副、连接运动副的连杆等进行结构的优化设计，然后采用有限元法对相同尺寸的初始构型和优化后构型进行静力学分析；采用齐次变换法，建立该机构位置正反解表达式，得到柔性精密平台压电陶瓷驱动的柔性移动副输入与上平台微位移输出之间的关系，并进行有限元软件的加载试验，验证正、反解结果；根据设计原理，得出该精密平台的原理误差，计算出功能方向与非功能方向的位移误差，同时对比输出位移和误差大小，用有限元法验证理论分析结果的正确性。研究结果表明柔性精密平台具有运动解耦，结构紧凑，控制方便的特点，具有较好的应用前景。
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  基于惯性导航与立体视觉的风管清扫机器人同时定位与地图创建方法

  王聪;孙炜;卜德旭;周志伟

  . 2013, 49(23): 59-67.

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  风管清扫机器人是用于完成中央空调通风管道系统清扫工作的一种自动化设备，为提高其在庞大且封闭的未知通风管道网络中的自主导航能力，提出一种低成本的机器人同时定位与地图创建解决方案。该方案结合惯性测量单元的高速动态性能及双目立体视觉传感器良好的环境感知能力，通过采用Rao-Blackwellized粒子滤波方法融合两种传感器的测量信息，可以有效地抑制惯性传感器的漂移，快速地估计机器人三维的位置、姿态和速度，并且获取稳定的环境视觉路标信息，能够满足风管清扫机器人同时定位和地图创建的要求。同时，为确保视觉路标关联的鲁棒性，提出一种双向的基于几何相容性及路标视觉特征相结合的数据关联方法。试验结果证明所提的同时定位与地图创建方案和数据关联法的有效性。
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  基于运动捕捉下的7R机械臂的实时控制

  卫沅;赵京

  . 2013, 49(23): 68-73.

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  针对7自由度机械臂的冗余度导致机械臂反解的复杂性引起的延迟性控制问题，提出一种新的人机交互的控制方式。设计一种将Optitrack运动捕捉系统与Robai7R机械臂数据间无隙链接、传输的方法，在Win7系统下，利用 Microsoft Visual Studio的成员VC来建立相应的服务器与客户端，通过数据处理算法使不同系统数据之间相互转化并实时传输；与传统的机械臂逆运动学求解的方法相比，采用一种综合的方法，将运动捕捉系统中不同人臂位置信息反解为机械臂关节角，并得出解析解，减小了控制系统的运算量，实现机械臂的实时控制，实时满足试验者与Robai7R机械臂的同步运动；通过人机同步连续达点运动及远程抓取试验，验证了该方法的有效性，取得了满意的效果。
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  考虑谐波传动滞后的柔性空间机械臂运动精度

  谷勇霞;赵杰亮;阎绍泽;吴嘉宁

  . 2013, 49(23): 74-79.

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  空间机械臂是完成释放、回收卫星以及空间站在轨装配、维修等多种任务的航天器重要维护工具，其末端执行器运动轨迹的精度优劣直接关系到航天工作任务的成败。现有空间机械臂多采用谐波传动作为减速机构，该减速机构会产生运动滞后效应。结合谐波减速器传动滞后模型，基于Rayleigh-Ritz 法给出考虑臂杆柔性与谐波传动运动滞后的动力学方程。提出描述输出误差的精度指标，研究臂杆刚度与滞后相位角对输出精度特性的影响，得到了对空间机械臂工程设计有一定参考意义的结果。
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  2R欠驱动平面柔性机械臂的位置控制策略与试验研究

  陈炜;余跃庆;赵新华;张西正;侍才洪

  . 2013, 49(23): 80-87.

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  针对同时具有被动关节和柔性杆的欠驱动平面机械臂，提出一种简单易行的分段位置控制策略。以2R欠驱动平面柔性机械臂为研究对象，建立机械臂的假设模态动力学模型，分析系统的动力学耦合特性与可控性。通过被动关节处制动器的开闭切换，研究平面柔性机械臂的分段位置控制策略，采用PID方法分别设计各阶段主动、被动关节的控制算法。最后，基于自行开发的欠驱动平面机械臂的试验平台及实时控制系统，完成了2R欠驱动平面柔性机械臂位置控制的试验研究。仿真和试验结果表明，主动关节和被动关节在各阶段都能很好地跟踪目标值，进而实现机械臂的操作任务，验证了所提控制方法的可行性和有效性，以及欠驱动柔性机械臂动力学模型的正确性。
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  3SPS+1PS髋关节并联仿生试验系统工作空间优化

  程刚;于敬利;袁欣;庞宇松;徐鹏

  . 2013, 49(23): 88-95.

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  为使人工髋关节试验系统具有仿生模拟人体髋关节运动特性的能力，不但要使其能模拟髋关节各种运动形式，而且其运动输出空间应完全覆盖实际人体髋关节的运动范围，这也使得对其运动空间进行深入分析成为必要。针对作为髋关节并联仿生试验系统核心运动模块的3SPS+1PS并联机构，利用四元数法建立其逆/正解运动学模型，基于动平台三点构造法构建了3SPS+1PS并联机构的量纲统一速度Jacobian矩阵，分别比较了该矩阵条件数在不同运动空间及结构参数下的取值变化情况，得到条件数平均值与机构定、动平台上球副中心连线长度比值、球副许用转角及动平台中心位置高度等参数之间关系，优化了机构结构参数，进而得到了运动性能良好的运动空间区域。髋关节并联仿生试验系统运动空间的研究对其运动路径规划、动态特性分析及控制系统设计具有重要的意义。
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  圆锥滚子定姿态贯穿式超精研凸度形成机理分析

  高作斌 马伟 邓效忠 李庆玲

  . 2013, 49(23): 96-104.

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  圆锥滚子无心贯穿式超精研中，滚子以某种定姿态沿直线贯穿时，在锥面上可以形成一种大致对称的光滑曲线凸度，其凸度形成机理尚未揭示。针对滚子轴线只在贯穿方向铅垂平面倾斜某一固定角度这种定姿态，基于超精研工艺特性及滚子与油石之间的几何和相对运动关系，建立滚子-油石接触线方程和滚子纵向截形方程，推导出各超精研区宽度计算公式。将这种超精研过程看作滚子与油石的接触磨损过程，将凸度看作滚子不均匀磨损的结果，依据磨损基本原理，揭示出凸度形成机理：滚子-油石接触线呈“几”字形，形成8个不同的超精研区，使滚子两端磨损量大于中部；接触线各点的滚子纵向截形倾斜程度存在差异，使滚子磨损深度从两端向中部逐渐非线性减小，从而形成光滑曲线凸度。得出如下结论：只有滚子上素线小端向上倾斜某一适当角度时，才可以形成比较对称的曲线凸度；滚子锥角是基础，其值不为零才能形成凸度；所能形成的最大凸度受锥角大小制约，锥角越大，所能形成的凸度越大。推导出滚子上素线小端向上适当倾斜角度范围的计算公式。
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  梁杆碰撞激发瞬态波传播的动态子结构模型

  王文;尹晓春;沈煜年;董晓云;戚晓利

  . 2013, 49(23): 105-111.

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  针对梁杆碰撞问题，通过推导物理坐标和模态坐标下的动力学控制方程，采用黏结接触模型和单轴压缩局部接触模型处理碰撞产生的接触约束，提出一种适用于梁杆碰撞激发瞬态波传播研究的动态子结构模型。与理论解的比较表明，该动态子结构模型具有良好的数值收敛性和较高的计算精度。数值计算结果显示，该模型能够有效地分析碰撞激发的杆中轴向波和梁中弯曲波的传播、反射和相互干涉。借助该模型，分别研究轴向波和弯曲波通过碰撞接触约束的传播效应，研究结果表明，柔性构件碰撞的一个显著特征是波传播效应直接影响碰撞力响应，并使碰撞力响应形式变得异常复杂。
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  沟槽织构化表面影响摩擦振动噪声机理

  王东伟;莫继良;王正国;王晓翠;陈光雄;朱旻昊

  . 2013, 49(23): 112-116.

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  在列车制动盘蠕墨铸铁材料表面上制备出平行间隔分布的沟槽表面织构，将其和光滑表面进行摩擦噪声对比试验，并利用有限元软件ABAQUS/Explicit(显式动态求解器)对试验进行数值模拟分析，研究沟槽织构化表面影响摩擦振动噪声的机理。结果表明，本试验条件下的光滑表面会产生较高强度的噪声而沟槽表面几乎不产生噪声，利用有限元软件ABAQUS/Explicit可以很好地模拟试验现象并揭示沟槽表面织构影响界面摩擦振动噪声的机理，即沟槽织构表面在对磨球滑过并碰击沟槽时引起的摩擦力波动能有效的打断摩擦界面的连续接触，作为不连续激励扰乱系统的自激振动，抑制界面摩擦力和振动加速度高频成分的形成并最终降低摩擦噪声。
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  轴向运动功能梯度梁的横向振动

  姚晓莎;王忠民;赵凤群

  . 2013, 49(23): 117-122.

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  新型非均匀复合材料，功能梯度材料具有防止脱层和减缓热应力等优良性能，将其应用于功能梯度梁的结构有着非常重要的工程应用价值。基于Euler-Bernoulli梁理论和Hamilton原理，建立轴向运动功能梯度梁横向自由振动的运动微分方程，其中假设功能梯度梁的材料特性沿梁厚度方向按各组分材料体积分数的幂函数连续变化；再对运动微分方程和边界条件进行量纲一处理，采用微分求积法对其进行离散化，导出系统的广义复特征方程，然后计算分析轴向运动功能梯度简支梁横向振动复频率的实部和虚部随量纲一轴向运动速度、梯度指标等参数的变化情况，并讨论量纲一轴向运动速度和梯度指标对功能梯度梁的横向振动特性以及失稳形式的影响。
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  磁场中轴向运动导电板磁弹性主共振分析

  胡宇达;张翼颖

  . 2013, 49(23): 123-128.

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  给出轴向运动薄板动能、应变能以及电磁力虚功的表达形式。应用哈密顿变分原理，推得横向磁场中轴向运动条形导电薄板的非线性磁弹性振动方程。针对对边简支边界约束条件，通过位移函数的设定并应用伽辽金积分法，得到三阶位移展开形式下轴向运动板的非线性振动微分方程组。利用多尺度法对系统的主共振问题进行求解，分别得到三种频率关系条件下关于稳态解的幅频响应方程。依据李雅普诺夫稳定性理论对解的稳定性进行分析，得到相应的稳定性判别式。通过数值算例，得到轴向速度、磁感应强度、激励力幅值及板厚不同时的振幅变化规律曲线图，分析不同参量对共振幅值和非线性特征的影响，并对不同频率关系进行比较。
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  数控机床主轴热变形伪滞后研究及主轴热漂移在机实时补偿

  杨建国;范开国

  . 2013, 49(23): 129-135.

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  为研究数控机床热变形规律，实现数控机床误差在机实时补偿，进行数控机床主轴热变形理论及试验分析，结果表明，数控机床主轴热变形与主轴温变在距热源约1/3位置存在近似线性关系，即主轴热变形存在伪滞后现象，这一结果为数控机床测温点优化布置及热误差鲁棒建模提供理论依据。为验证机床热变形伪滞后现象，对VM850加工中心主轴热漂移误差在机实时检测并建模，通过自主研发数控机床误差在线实时补偿系统对主轴热漂移误差进行实时补偿，经补偿，机床主轴热漂移误差减少90%以上，有效提高了数控机床主轴精度。
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  面向不完全维修的数控机床可靠性评估

  张根保;李冬英;刘杰;柳剑

  . 2013, 49(23): 136-141.

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  为实现不完全维修条件下的数控机床可靠性评估，提出基于对数线性比例强度模型(Log-linear proportional intensity model, LPIM)的多台数控机床可靠性评估方法，建立故障时间的对数线性比例强度函数式。用极大似然估计法和Fisher信息矩阵法给出了模型参数的点估计与区间估计，给出机床可靠性指标的点估计和基于Delta法的区间估计，采用似然比检验方法对时间趋势和修复功效的显著性进行检验。实例分析表明，考虑维修活动影响时，LPIM优于Weibull分布法和非齐次泊松过程模型，能定量反映出维修对机床可靠性的作用，得出的瞬时和累积可靠性特性更符合实际。
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  求解模糊作业车间调度问题的混合优化算法

  李俊青;潘全科

  . 2013, 49(23): 142-149.

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  针对模糊作业车间调度问题(Fuzzy job-shop scheduling problem, FJSSP)，提出一种结合化学反应优化和禁忌搜索的混合算法(Chemical-reaction optimization and tabu search, CROTS)，优化的目标是最小化最大模糊完工时间。算法采用基于工序的编码，通过扩展壁面碰撞、分子碰撞、合成、分解等操作算子，改进了基本化学反应优化(Chemical-reaction optimization, CRO)的四类基元反应。给出一种有效的交叉算子，并应用到分子碰撞、合成、分解三种基元反应中。对最好解进行禁忌搜索，进一步提高种群的搜索能力。结合16个经典算例试验分析，并与三种典型算法比较，验证算法具有较强的全局和局部搜索能力。通过18个随机算例的测试，验证算法具备求解较大规模问题的能力。
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  扇形采样约束多目标差分进化算法及工程应用

  车林仙;何兵;程志红

  . 2013, 49(23): 150-160.

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  工程实践中存在大量约束多目标优化问题(Constrained multi-objective optimization problems, CMOPs)，多目标进化算法是求解这类问题的一类有效方法。引入扇形采样技术，将二次变异双种群差分进化算法和约束处理方法相结合，设计求解CMOPs的进化算法——基于扇形采样的约束多目标差分进化算法(Sector-sampling-based constrained multi-objective differential evolution algorithm, SS-CMODE)。扇形采样可避免耗时的非劣操作，且能保证Pareto最优解集的良好逼近性和多样性。通过3个典型CMOPs的对比测试，表明SS-CMODE的解集均匀性和计算效率明显优于对比算法。以J23-80机械压力机使用的双曲柄串联机构多目标优化为例，研究新算法求解工程问题的有效性。以锻冲工作阶段平均速度波动最小和力传动性能最优为目标，建立机构的约束多目标优化模型，再应用SS-CMODE求解该问题。结果表明，该算法能求出多组满足约束条件的Pareto最优解，且解集均匀性良好。
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  一种R-test球头球心检测装置结构优化设计方法

  刘大炜;郭志平;宋智勇

  . 2013, 49(23): 161-166.

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  基于数控系统绕刀具中心旋转(Rotation tool center point，RTCP)功能，R-test装置被用于多轴联动数控机床的联动精度检测与标定。该仪器通过三个直线位移传感器测量安装于主轴的球头球心空间位置，从而可测量机床多轴联动时的刀具中心点位置误差。在分析测量原理的基础上，提出最大测量空间和测量敏感度的两个用于评价测量性能的指标及相应的数值算法，得到一种R-test装置结构优化设计方法。在选择通用球头芯棒与长度计的情况下，通过约束分析得到测量杆安装圆直径、测量杆与基准面夹角两个关键尺寸的设计区间，利用蒙特卡罗法搜索得到这两个关键尺寸的最优解，完成结构优化设计。仿真表明，优化设计得到的R-test测量装置具有最佳的测量敏感度，可测区域大于半径为4 mm的球体，能满足实际测量精度和测量空间需要。
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  基于免疫遗传算法的模糊径向基函数神经网络在高速电主轴中的应用

  单文桃;陈小安;合烨;周明红;刘俊峰

  . 2013, 49(23): 167-173.

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  为满足高速高性能电主轴系统快、稳、准的控制要求，结合免疫遗传算法寻优速度快及模糊神经网络控制不依赖主轴系统模型的优点，设计了一种将模糊逻辑控制、径向基函数(Radical basis function, RBF)神经网络和免疫遗传算法进行有机结合的高速电主轴系统全局优化的控制策略，并将该智能控制策略成功应用于高速电主轴系统双闭环矢量控制系统的转速控制器中。通过免疫遗传算法对该智能控制器三类参数的同步优化取得了最佳控制效果，从而实现了对主轴输出转速的精确控制。试验和仿真结果验证了所设计的控制器能够精确控制主轴的输出转速，而且当高速电主轴受到突加负载冲击时，具有很好的抗干扰性能及较强的鲁棒性，使主轴系统具有优良的动、静态性能，实现了高品质驱动。
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  电镀金刚石砂轮高效精密修整及熔融石英磨削试验研究

  赵清亮;赵玲玲;王宇;孟琦

  . 2013, 49(23): 174-181.

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  大尺寸光学玻璃元件主要采用细磨粒金刚石砂轮进行精密/超精密磨削加工，但存在砂轮修整频繁、工件表面面形精度难以保证、加工效率低等缺点。采用大磨粒金刚石砂轮进行加工则具有磨削比大、工件面形精度高等优点，然而高效精密的修整是其实现精密磨削的关键技术。采用Cr12钢对电镀金刚石砂轮(磨粒粒径151 μm)进行粗修整，借助修整区域聚集的热量加快金刚石的磨损，可使砂轮的回转误差快速降至10 μm以内。结合在线电解修锐技术，采用杯形金刚石修整滚轮对粗修整后的电镀砂轮进行精修整，砂轮的回转误差可达6 μm以内，轴向梯度误差由6 μm降至2.5 μm。通过对修整前后的金刚石砂轮表面磨损形貌成像及其拉曼光谱曲线分析了修整的机理。对应于不同的砂轮修整阶段进行熔融石英光学玻璃磨削试验，结果表明，砂轮回转误差较大时，工件材料表面以脆性断裂去除为主；随着砂轮回转误差和轴向梯度误差的减小，工件表面材料以塑性去除为主，磨削表面粗糙度为Ra19.6 nm，亚表层损伤深度低至2 μm。可见，经过精密修整的大磨粒电镀金刚石砂轮可以实现对光学玻璃的精密磨削。
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  微结构表面精密磨削技术及其功能特性开发

  谢晋;李萍;吴可可;裴晓斌;刘亚俊;谢海璠

  . 2013, 49(23): 182-190.

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  针对单晶硅、光学玻璃等硬脆性材料的微结构形状精度难控制的问题，开发出微磨削技术。它是利用金刚石砂轮微细尖端，控制尖端形状及其表面的微磨粒出刃形貌，在硬脆性材料表面加工出微沟槽结构阵列。为了探索其功能特性，微磨削结构表面分别被用于薄膜太阳能电池、单晶硅芯片和石墨叶片的基板表面，然后测试和分析其光伏特性、湿润性和油泵效率。加工结果表明，微磨削技术可以加工出高精度且光滑的微结构表面。应用发现，微透镜结构的薄膜电池可在弱光散光下产生较高的转化效率和填充因子，可以在无太阳照射下发电。当硅晶片表面被加工出微沟槽结构时，较大深度会导致较大的液滴接触角，而且，微沟槽结构梯度表面会产生前后接触角差，可用于控制液滴的微运动。在油泵中，当叶片微结构深度从500 m开始减小到100 m时，油泵的工作效率会逐渐增大，最后大于传统油泵的工作效率。因此，高精度且光滑的微结构表面可以产生更高附加值的功能特性。
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  硬脆材料微磨削延性域复合临界条件建模及试验研究

  程军;巩亚东;阎旭强;郑伟生

  . 2013, 49(23): 191-198.

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  分析硬脆材料微磨削表面形成机理并建立了微磨削槽磨未变形切屑厚度hm数学模型，引入微尺度效应系数Md、延性域系数与延-脆性域系数ζ0与ζ1，针对硬脆材料特性提出微磨削延性域，延-脆性域复合临界条件模型。基于精密微磨削机床进行钠钙玻璃与单晶硅这两种典型材料的微尺度槽磨磨削试验，通过对试验结果分析得出两种材料微磨削表面裂纹变化规律。基于实际试验数据结果对提出的硬脆材料微磨削复合临界条件模型进行验证，证明了所提出模型的科学性。分别给出钠钙玻璃与单晶硅的延性域与延-脆性域微磨削加工参数a0与a1，为硬脆材料微磨削延性域临界磨削条件研究提供了理论参考与试验依据。