回顾过去的20世纪，人类取得的每一项重大科技成果，无不与制造技术，尤其与超精密加工技术密切相关。超光滑自由曲面在现代光学及光电子学科、国防工业和超精密模具制造领域的作用愈来愈重要，相应的超光滑加工技术也成为现代超精密加工技术的重要组成部分。超光滑自由曲面加工技术发展的最新阶段主要是研究了一系列的非接触式抛光设备和方法，这是一些从加工机理到加工设备均为全新的加工方法，标志着超光滑自由曲面加工的发展方向。手工操作费时费力，效率低下，且难以取得良好的形状精度和表面质量，这大大制约了超光滑自由曲面制造技术的自动化程度。工业机械手和机器人的出现与应用，为研抛自动化加工的研究注入了新的活力。机器人化设备可以提高加工的自动化程度是制造自动化发展的重要方向。开展基于机器人平台的超光滑自由曲面加工技术的研究是可行的。本文研究开发了基于机器人平台的超光滑自由曲面的液流悬浮研抛系统。研抛系统由YR-SV3-J00型机器人、研抛装置、调速装置、计算机和两自由度的XY工作台组成，如图1所示。 <WP=69>在常规加工技术中，能够获得最低表面粗糙度的方法是光学抛光。然而要获得超光滑自由曲面，必须对原有的加工技术进行变革或采用新原理的加工方法。近年来，在传统研磨抛光技术的基础上，出现了许多新型精密和超精密游离磨料加工方法，如弹性发射加工(又称软质粒子抛光)、液中研抛、液体动力抛光、磁流体抛光、挤压研抛、磁性研磨、滚动研磨、喷射加工等。本文依据动压和弹性发射加工的原理，构建液流悬浮研抛加工系统，加工区域如图2所示。磨料磨粒在研抛液中呈悬浮状态，由于研抛工具的高速旋转而随着流体一起运动。在靠近工件表面的微小区域产生流体动压，磨粒对工件表面产生弹性发射、机械冲击等综合作用。利用传统研抛理论和微观摩擦磨损理论，对研抛加工过程进行了理论分析。磨粒在弹性发射和动压作用下，对工件表面可能产生微量切削与挤压作用、多次塑变磨损和摩擦腐蚀磨损作用。根据微观摩擦磨损理论，当研抛时磨料磨粒与工件表层原子碰撞，不断削弱表层原子的结合能。于是当发生下一次碰撞时，表层原子会脱落。磨粒在研抛液中受离心力的作用下，不断碰撞工件表面的微观凸起，从而不断减弱表层原子的结合能，并使工件微观不平部分以分子或原子量级被去除。在加工过程中，磨粒对工件表面产生连续的冲击，使得工件表面经受循环载荷，在表层内产生剪切塑性变形并不断积累，出现周期性的位错。在摩擦过程中，剪切变形不断积累，使表面下一定深度处出现位错堆积，进而导致形成裂纹或空穴。裂纹在一定深度沿平行于表面的方向延伸，当裂纹扩展到临界长度后，工件表面材料以原子层级的剥落或者实现原子层塑性流动。由于研抛工具高速旋转的作用，在研抛工具与加工工件之间的微间隙会产生动压现象。对动压现象的研究，对间隙内的压力分布的分析会有利于更好的理解液流悬浮研抛加工的机理。为以后自由曲面研抛自动化加工时，对加工过程进行插补运算提高加工后表面质量的均匀性提供基础。 <WP=70>磨粒所传递的能量是与研抛液的动压和速度相关的。研抛液的流动是研抛工具的高速旋转引起的，所以磨粒的速度是和研抛工具的速度相关的。对动压分布情况和单个磨粒受力分析进行分析，如图3、图4所示。随着工件表面受力的增大，工件表面可能产生塑性变形，足够大的时候就可以破坏表层原子与下一层原子之间的结合，实现表层原子的去除，反力越大就意示着能去除掉更多数量的原子。纳米级的磨粒冲击到工件表面，在以原子级去除的同时伴随着塑性变形的发生。当磨粒传递的能量足够达到材料的塑性屈服极限时，塑性变形就会产生。 工件材料的塑性屈服极限为 ，当 时，材料表面发生塑性变形。越大，塑性变形越大。由于磨粒撞击到粗糙峰顶和谷底时接触面积的不同导致产生的接触应力大小不一样（如图5、6所示），工件表面的塑性变形程度也不一样，而总体上表面粗糙度是降低的。在对研抛加工过程进行了理论分析的基础上，为了探索液流悬浮加工的有<WP=71>效性和能达到的效果，使用平面铝合金复合材料进行了两组试验条件下的研抛试验，其结果如图7、图8所示。从研抛加工结果可以看出，经过液流悬浮研抛后工件表面粗糙度普遍有所降低，这就充分说明液流悬浮研抛作用的效果。从研抛前后粗糙度曲线对比可以看出，在粗糙度降低的区域其粗糙度峰值在经过加工后都降低了。个别点有粗糙度增大的现象，这说明在研抛过程存在磨粒对工件表面造成划伤的现象，不过并不明显。对位于加工区域的动压入口、出口及中心区域的被加工表面进行测量，得到的结果为在压力大的中心区域粗糙度下降较多，而在入口和出口压力小的区域粗糙度下降相对要少，和前文动压理论分析结果是一致的。从粗糙度值的角度来考虑，工件表面质量都是在亚微米级别上得到提高，因此可以认为采用微观摩擦磨损理论来解释研抛作用机理更为合适。为了更好的展现液<WP=72>流悬浮研抛对工件表面粗糙度提高的效果，作者认为有?