曲面复眼快刀伺服车削轨迹规划及加工实验研究

发布时间：2020-07-22 20:00

【摘要】：曲面复眼透镜是仿生复眼系统中重要的光学元件,具有体积小、重量轻、视场角大和时间分辨率高等优点,在军事、医疗、航天航空、特殊目标搜索及均匀照明等领域都有重要应用。目前,曲面复眼的应用逐渐由球面基底向非球面基底方向发展,因此,对曲面复眼透镜阵列的超精密加工提出了更高的要求。本文研究工作就是基于以上背景提出,以抛物面基底的曲面复眼为对象,研究曲面复眼透镜阵列快刀伺服加工轨迹规划、仿真及加工方法。首先,针对曲面复眼的结构特点,提出四轴联动旋转走刀加工方法;接着,进行曲面复眼快刀伺服车削轨迹规划;然后,基于MATLAB软件对曲面复眼刀具轨迹和三维形貌进行仿真;最后,实现了非球面基底曲面复眼的加工及检测。论文主要内容包括:(1)曲面复眼轨迹规划。根据自由曲面组合理论,将曲面复眼透镜阵列分解为抛物面基底和球面基底曲面复眼透镜阵列,并结合走刀方式、刀触点和刀位点的位置关系,分别对抛物面和球面基底曲面复眼进行刀具轨迹的计算;进一步分析了过渡区对加工质量的影响,提出过渡区刀具轨迹优化方案。(2)曲面复眼加工仿真。为了验证刀具轨迹规划的可行性,基于MATLAB软件对曲面复眼刀具轨迹和三维形貌进行仿真。首先,根据刀具轨迹的数学模型,进行数据点离散;然后,综合切削参数、刀尖圆弧半径补偿以及走刀方式等,对曲面复眼加工刀具轨迹和三维形貌仿真,并对过渡区刀具轨迹和三维形貌进行了优化分析;最后,分析B轴转速和采样点数等主要仿真参数对加工质量的影响。(3)曲面复眼加工实验及检测。通过刀具设定、主轴辅助平衡、加工参数选择及曲面复眼参数设计等一系列实验准备,完成了PC和PMMA两种材料曲面复眼透镜阵列样品的加工。对加工样品的几何特性、表面粗糙度和光学质量进行了检测和分析,结果显示曲面复眼具有良好的面形精度,粗糙度满足光学元件表面质量要求,透镜阵列聚焦效果良好,成像清晰。实验结果验证了四轴联动旋转走刀加工方式和快刀轨迹规划的可行性。
【学位授予单位】：厦门理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH74

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