小口径光学非球面模具磨削精度建模及实验研究

发布时间：2020-03-27 14:09

【摘要】：目前,国内外对小口径非球面超精密磨削成形的误差补偿主要是通过经验来判断补偿值的,这种方法没有从理论上解释误差产生的原因,无法得出具体的误差数值。因此,对超精密磨削机床的误差理论进行系统的分析变得尤为重要。同时,非球面元件的微型超精密模具对磨削成形阶段的要求也非常高,要求磨削的面形精度PV≤200 nm。因此,精确确控制磨削成形阶段的面形精度、准确分析各项误差,是进行高精度、高效率非球面成形必须解决的难题。针对这些问题,本文针对ASP005P纳米磨床,以提高小口径非球面磨削的精度为目标,对非球面磨削的误差建模、精度分析及实验验证进行研究。主要研究内容包括以下几个方面:(1)根据ASP005P纳米磨床的结构特征,结合对该机床的误差分析结果,运用多体系统理论和位姿特征创建该机床的通用误差模型。然后,根据机床具体精度指标,并结合实际加工曲线方程,忽略模型中出现的所有二阶小量,建立基于主要误差源的实用小尺寸超精密非球面误差模型。(2)根据评定曲面形状误差的最小二乘法原理,用MATLAB软件建立各主要误差源的误差传递函数曲线,并对主要误差因素进行仿真研究。结果表明,机床x方向对刀误差和砂轮半径误差是影响工件面形精度的主要因素。然后,运用软件误差补偿理论,对主要误差因素用MATLAB软件创建误差辨识程序,反求出最优解的误差值,为机床加工精度补偿和误差分析提供理论依据。(3)基于ASP005P纳米磨床,选取理论上对面形精度影响差异很大的两组工艺参数(x方向对刀误差和y方向对刀误差)作为变量进行验证实验,通过对比实验结果与模型理论计算结果之间的差异,证明其对面形精度的影响与仿真结果是一致的,误差模型和仿真辨识结果准确可靠。
【图文】：

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设备的目标，争取早日使我国的精密与超精密加工技术达到世界一流水平。逡逑从上世纪６０年代起，很多发达国家就已经开始着手研宄超精密非球面加工。逡逑美国最先开始展开超精密加工技术方面研究（图１．１），生产世界上最早的超精密金逡逑刚石刀具，其超精密技术水平一直领先于其他国家。此外，英国的Ｃｒａｎｆｉｅｌｄ精密逡逑工程研究所（简称ＣＵＰＥ）在全球制造业领域里也享誉盛名，它已成为超精密加工技逡逑术领域里顶尖水平的代表之一，被评为全世界制造行业里重要研究圣地之一（图逡逑１．２）。相对于美国和英国，日本在超精密加工技术的研究方面起步较晚，但是它在逡逑超精密加工技术的开展和进步程度方面，却是全世界发展最快的国家。日本主要逡逑研究的领域是民品工业应用，它在图象视觉、光电、声波、办公设备、微型电子逡逑和光学零件等方面的超精密加工技术在世界上非常先进。另外，德国、韩国、台逡逑湾、俄罗斯、瑞典等国家和地区在超精密加工制造方面也比较先进［５】。逡逑图１．１邋Ｎａｎｏｔｅｃｈ邋５００邋ＦＧ五轴联动超精密逦图〗．２邋ＫＤＲＭＦ－１０００磁流变抛光实验机床逡逑自由曲面研磨机床（美国）逡逑我国超精密加工技术方面的研宄工作是于２０世纪８０年代初才逐渐开展的

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逑咖逡逑ｔ２％邋－：＾：＾：ｒ邋＾逡逑图１．３国内第一台大型超精密加工机床逡逑（ａ）北京机床研究所研制逦（ｂ）哈尔滨工业大学研制逡逑图１．４国内早期自主研制的其他超精密加工设备逡逑设计、制造和检测非球面零部件时所涉及到的工序比球面零部件更多、更复逡逑杂，使得研究过程的困难加大。当进行高精度、大批量生产微小非球面零部仲时，逡逑需耍特定的微型超精密模具，而特种模具的加工对磨削成形阶段的要求丨卩常高，逡逑它的面形精度普遍要求达到几十纳米以下，并且要求极小的亚表面损伤、极高的逡逑形状精度以及纳米级以上的表面粗糙度。因而如何使成形加工具有高精度和高效逡逑率的特点，是一项紧切需要解决的技术难题｜７１。逡逑对面形精度的要求不高时，成形加工一般会采取注射成型技术或模压成型技逡逑术。当非球面加工精度要求较高时，需经历磨削、研磨和抛光这三个工艺，缺一逡逑不可。但是，实际加工过程中，，研抛加工的效率比磨削加工的效率低很多，消耗逡逑的时间也长很多
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH74

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