本发明提供一种加工成本低、精度高、一致性好的波导微纳加工系统以及加工方法。本发明所涉及的波导微纳加工系统，其特征在于，包括：光源部，提供激光束；加工部，将激光束聚焦至基底上进行光刻加工，并对加工过程进行实时监测，具有：可变焦透镜、三维形貌仪、相机、以及测温仪；多自由度工作台，根据预设的波导图案带动基底在多个自由度方向上进行移动；光学平台，用于安放多自由度工作台，并隔绝外界振动；吹气部，设置在多自由度工作台的一侧，对着加工区域进行吹气；吸气部，设置在多自由度工作台的另一侧，对吹气部吹送来的气体进行吸除；控制部，连接并控制光源部、加工部、多自由度工作台、光学平台、吹气部、以及吸气部的运行。

1、技术原理：在刀柄或主轴内部嵌入超声换能器，通过电磁感应无线传输驱动换能器，在发生器驱动下，在刀具末端产生高频率机械振动，辅助旋转能量，提高加工效率与刀具寿命。2、主要参数： 频率：20-130kHz；功率：

Ø  成果简介：具有车、铣、车铣、钻、镗、绞、螺纹等多种加工功能，适合加工各种材料如钢件、铝及铜质零部件和各种复杂三维结构件。带有自主开发的国际市场上最高转速、最小刀具适配器的自动换刀电主轴，可配备32把刀具的国际上最小的刀库；可实现精密微小型复杂结构件一次装夹完成全部或大部分工序的完整性加工。机床行程：X向320mm；Y向60mm；Z向270mm；车削主轴转速：0-8000rpm，铣削主轴转速：0-60000rpm，加工精度IT6级；车铣最低粗糙度Ra为0.3mm；重复定位精度

本软件为系列化叶轮专用CAM软件，可完成整体离心叶轮和轴流叶轮的四坐标以及五坐标数控加工编程工作，叶轮几何形状可以是直纹面叶轮或自由曲面叶轮；也可以完成叶片的三坐标数控加工编程。用户只需输入叶轮数据和加工工艺参数，软件即可自动生成特定机床的数控加工代码。    主要功能： 1）曲面造型功能：根据叶轮设计数据，计算机自动生成叶片以及叶轮的几何形状，并显示在计算机屏幕上，可通过鼠标进行平移、旋转和缩放操作。 2）刀具轨迹的生成：在叶轮粗加工中，主要针对立铣刀，采用高效的刀位轨迹排布算法，缩短刀具走刀长度，提高加工效率；精加工阶段，针对常用的球头刀或者切削刃为二次回转曲面的非标准刀具，规划出刀具加工轨迹，非标准刀具尺寸可根据叶轮数据由软件给出。粗加工和精加工的刀具轨迹以图形方式输出。 3）刀具干涉检查与修正：对生成的每一个加工刀位，自动进行干涉检查，并自动修正干涉刀位。对于最终无法修正的刀位，给出刀具与叶片的干涉量，并通过计算机屏幕显示干涉刀位位置，供设计人员重新选择合适的刀具。 4）后置处理：可根据用户不同的数控机床结构，调用相应的后置处理程序，生成符合用户机床要求的数控加工代码。    技术特点： 1）本系列软件既能完成离心叶轮的整体加工编程，又能完成轴流叶轮的加工编程；两种叶轮的叶片可为直纹面也可为自由曲面。 2）粗加工采用高效的刀具轨迹，无走刀浪费。 3）对于自由曲面叶轮，精加工可采用二次回转面刀具，加工效率可大幅度提高； 4）对于直纹面叶轮，采用侧铣法加工，对每一步刀位都采用独特的算法进行了优化，使得加工过切量为最小，提高了加工精度。 5）对于干涉到位，给出了干涉量和干涉位置，便于设计人员选择刀具或修改叶轮的设计数据。 6）对叶片前缘和尾缘进行了修圆，提高了加工质量。    应用范围： 1）鼓风机、压缩机内的离心叶轮； 2）飞机发动机叶轮、军事装备推进器中使用的叶轮； 3）微型叶轮式人工心脏中的叶轮。

成果的背景及主要用途： 该成果属于高端装备制造业领域，内容涉及数控技术创新与自主数控系统及其产业化应用，是在已完成天津市数控系统技术重点攻关项目成果的基础上，通过进一步深化研究取得的。实施期限为 5 年，自 2006 年 10 月至 2011 年 12 月。该成果针对复杂数控装备的集成监控、可重构数控系统流水线架构和三级加工自优化与控制等方面进行系统的研究。 技术原理与工艺流程简介： （1）针对数控系统内多任务调度及实时并行化执行的特点，提出基于可重构的数控流水线架构。该架构由数控主控流水线线程、驱动程序和数控微代码实时执行单元构成数控流水线体系，可实现软件乃至于硬件的多重可重构。 （2）针对数控系统因功能集成造成的核心运动控制实时性差、结构复杂等问题，提出一种新的多层次集成监控数控的系统架构。该监控系统架构通过底层数控系统监控层、监控管理层、远程诊断监控层进行分级式地故障分析与诊断，实现数控装备的监控与维护。 （3）提出一种具有三级加工自优化功能的智能控制方法，实现通过数控系统对数控机床的智能控制。 技术水平及专利与获奖情况： 该成果在国内外首次提出并研究基于可重构、多层次集成监控和三级加工自优化的数控流水线架构，并开发了全新的 2-6 轴联动控制可重构数控系统，已获得三项国家发明专利和两项软件著作权，并发表重要论文 12 篇。经专家组鉴定，达到了国际领先的水平。 应用前景分析及效益预测： 鉴于该成果的独特技术特征及数控产业的国家需求和巨大市场潜力，依托该成果的“天大精益数字化制造产业园”项目已于 2011 年在天津海河科技园区奠基建设，占地面积 100 亩，可实现年产值 10 亿元以上的规模。 应用领域：高端装备制造业 技术转化条件： 该成果已实现产业化运作，并推广到福建威诺数控、鑫菱机床厂、威海东云数控机床、天地股份有限公司等企业，取得了很好的经济社会效益。 合作方式及条件：根据具体情况面议

1.1 系统结构 

运动学部分提供的运动对象包括小球、弹簧、绳子、联杆、滑轨、电荷等实验器具；并集成重力场、电场、磁场、万有引力、阻尼介质等实验环境。可以任意组合实验环境，搭建实验。光学部分提供方型介质、三角介质(棱镜)、理想凸透镜、理想凹透镜、凸面镜、凹面镜、平面镜、光线等实验器具，可以在任意组合的实验环境中，搭建实验。电学部分提供电源、电阻、仪表、开关、输出、其它等六大类电子元件和数十种具体的电子元件，可以应用这些电子元件，搭建实验电路。为教师提供了一个教学和课件制作的极好工具，为学生提供了一个自由的实验探索平台和自由的想象空间。

由仿真化学实验室、化学三维分子模型和中学化学百科三个模块组成。仿真化学实验室提供一个虚拟的化学实验室环境，包括试管、烧杯、酒精灯、铁架台、烧瓶、锥形瓶、集气瓶、漏斗、导管等这些真实实验室中的器具，可以自由的搭建实验仪器、添加药品，并让它们进行反应。化学三维分子模型展示化学微观世界，提供一个全三维的、用于分子演示的平台。中学化学百科提供详实的化学资料、数据、概念知识和多样的数据分类以及简捷的数据搜索工具，可以通过元素周期表进行查找，也可以通过化合物，科学家等分类信息查找所需资料，并把这些信息以网页的格式输出。

产品详细介绍[系统简介] 东方中原中学仿真实验系统软件是一个操作简单，内容丰富的为学生提供真正动手探究的模拟实验操作平台；软件主要有实验目的详述栏目、实验器材陈列栏目、实验步骤栏目、实验模拟栏目、注意事项栏目、同步练习栏目、实验测试栏目和视频演示栏目。主要的科目有：初中的化学、物理、生物、高中的化学、物理、生物；让学生通过虚拟的探究实验活动可验证所学的理论知识，掌握实验技能，提高动手操作能力，培养观察能力、分析能力。 一、为什么要用中学仿真实验系统　 　　1、学生在家里由于无法复制学校的实验室环境，传统形式的实验的预习和复习较难展开，完全依靠学生的想像力，预习和复习效果不理想，效率过低。 　　2、传统理化生教学与实验教学传递渠道单一，互动性不强：传统数教学模式大多是教师先把理化生教学与实验教学中的定理和实验步骤详细地安排好，甚至连结论也预先告知学生，然后由老师讲解（动手做），学生看，内容枯燥，形式单一，不能形成互动和调动学生主动参与的积极性。 　　3、反应抽象的理论及定理，宏观、微观、危险的种种实验，传统理化生教学与实验教学没有有效的辅助工具和仿真环境，难以讲解和表现。例如理化生的各种抽象的定理、公式及规律；化学学科的危险实验；物理学科中无法有效地表现出声波、电场的性质，万有引力作用、牛顿第一定律等一些抽象的规律、原理。老师讲解起来非常困难，学生也难以理解。 　　4、部分传统实验过程无法控制。一些反映速度比较快的实验往往是学生没有看仔细就结束了，但由于实验条件的限定又不可能重复地进行演示。 二、设计理念及内容 　　为了更好的促进学校信息技术与课程整合，国内领先的教育软件研发企业——北京东方中原教育科技有限公司结合国际先进的教育理念，开发了《中学仿真实验系统》。该系统通过了中央电教馆、暨南大学、北京师范大学专家及实验学校师生的努力，综合应用了最新的课程理念、课程标准、最新教育技术、信息技术，创造了国家教育部新课程标准学习软件的最新研发模式和产品标准。该系统实现了学科老师以使用信息技术为主的演示型教学和学生自主学习型教学统一模式，是学科老师得力的实验制作工具，优秀的课堂教学平台，也是学生自主性和探索式学习平台。 中学仿真实验系统可以很好的满足老师与学生，教与学两方面的要求。中学仿真实验系统实现了信息技术与理化生学科教学，信息技术与理化生实验教学很好的“融合”。 它是传统实验的必要补充和延伸，是中学理化生教学与实验教学的新模式。 　　中学仿真实验系统共有物理、化学、生物三科，囊括新课标初中物理、化学、生物教材几乎所有学生实验内容。中学仿真实验系统每一个实验都按照模拟的科研活动来设计，同时又让学生掌握实验的基本技能、操作规范、自我测评。例如有实验目的、实验器材药品、实验步骤、实验模拟、注意事项、同步练习、实验测试等栏目，中学仿真实验系统栏目都详细、生动、形象的帮助学生对实验的理解和操作。其中，实验模拟是主要内容，是一个用虚拟现实技术开发的模拟实验室。学生通过鼠标可以轻松操作整个实验过程，例如实验仪器的组装、操作，实验化学物品的取出和放置，实验过程控制等；同时，实验现象逼真且有趣味性，不但让学生做实验如若身临其境，而且还集娱乐与探索科学知识溶合于一体。这套软件本着操作通用易学、生动形象的设计理念，为用户展示了一个界面友好、数据准确、内容丰富的实验操作平台。中学仿真实验系统让学生通过实验活动验证所学的理论知识，掌握实验技能，提高动手操作能力，培养观察能力、分析能力、想象设计能力、创新能力和科学探究的能力。中学仿真实验系统应用思路如下： [系统特点] 1、不受实验仪器、实验场所的限制。特别能实现现实中难以完成的实验，如取用昂贵验材料、购买高价的实验仪器等。实现将实验带回家，预习、复习操练实验。 　　２、互动性强、为使用者提供了一个完全自由的教学平台和实验平台，满足学生参与实验、探究性学习的要求。激发学习理、化、生的兴趣，降低学习难度，提高学习效率。 　　3、中学仿真实验系统的实验仿真生动、形象。实验中所有器材物品均由3D技术生成，配套逼真声音效果，整体内容绘声绘色。 　　4、中学仿真实验系统综合应用了最新的课程理念、课程标准、最新教育技术、信息技术,模拟科学研究，培养科学探究能力和创新精神。 　　5、中学仿真实验系统实验过程中不会出现意外事故，保证实验顺利进行，没有安全性、危险性的顾虑。 　　6、中学仿真实验系统是教育部中央电教馆的国家级课题成果，专家的智慧结晶是你信心的保证。 　　7、中学仿真实验系统与学科特点紧密结合，可以根据教学和实验对象设置参数，充分发挥自主性。老师和学生可以随意设置实验对象参数。将实验对象的变化规律呈现出来，起到化无形为有形、化抽象为形象的作用。 　　8、中学仿真实验系统采用智能仿真计算，使其动画与数据完美结合：具备数据后台处理功能，依据各学科教学要求进行设计，将各种定律内置在软件中，系统实时自动精密计算实验数据。              

复杂修形齿轮是克服高速重载工况下力热耦合形变影响的高端齿轮，直接决定装备传动 系统的振动、噪声、寿命等服役性能及其核心竞争力，广泛应用于航母、潜艇、汽车等。针 对复杂修形齿面精密制造面临全齿面修形加工存在原理误差、传统试错修调法提升加工精度 困难、齿面淬硬层均匀性及级理难以调控等问题，在国家科技重大专项、863计划等支持下， 开展复杂修形齿轮精密数控加工关键技术与装备研究，成果获2018年国家科技进步二等奖。  主要取得突破和创新如下： (1)  提出复杂修形齿轮加工的点矢量族包络计算新理论，不用建立和求解啮合方程， 以数字法替代解析法，突破啮合原理解析法无法求解奇异点、计算复杂的瓶颈；发明齿面扭 曲消减方法，解决刀具廓形精确设计及原理误差消减难题，齿面扭曲减少70%以上，达国 际领先。 (2)  发明复杂修形齿轮加工工艺系统误差调控技术，开辟齿轮修形精度提升新途径。 提出制齿机床热态精度提升技术，发明热致误差补偿方法，保证机床精度稳定；提出基于等 效虚拟轴的齿面误差补偿方法，解决修形精度提升难题，提高传动精度1-2级。获中国专利 优秀奖。 (3)  研制大规格精密数控滚齿机、精密多功能数控磨齿机、高速干切滚齿机等具有齿 面扭曲消减及加工误差补偿的高端制齿机床，填补国内空白；开发集齿轮修形设计、工艺规 划于一体的制齿软件，打破了国外高端机床垄断。滚齿精度达5-6级，磨齿达3级，干切滚 齿提高效率2-3倍，与同类国际先进水平相当，打破高端制齿机床垄断，迫使国外同类机床 降价30%以上，并出口英、法、日等。 (4)  发明复杂修形齿轮滚磨一体化工艺技术，确保修形精度及表面一致性。研制复杂 修形齿轮刀具，实现齿轮刀具的数字化设计制造；研发滚磨余量协同分配、齿面柔性修形、 磨削级理优化等工艺，实现磨后齿面淬硬层均勾分布、齿面纹理可控、修形工艺快速固化， 提高齿面疲劳寿命。满足了军方供货要求，支撑我国主要舰艇齿轮加工；为汽车变速箱的批 量国产化提供了保障。