微特征光学曲面慢刀伺服单点金刚石车削理论与技术研究

发布时间：2021-03-10 13:08

　　与传统光学组件相比,光学自由曲面的元件能够显著简化光学系统的结构、降低成本、提高光学系统的性能。但是其对面形精度以及表面粗糙度的要求较高,在实际应用当中表面粗糙度一般需要达到纳米级,面形精度的要求也需要达到微米甚至亚微米级。超精密单点金刚石车削方法能够实现一次加工达到较高的表面质量,满足光学系统对光学元件的表面质量要求,从而被广泛的应用到光学器件的加工当中。并且慢刀伺服的车削方法具有较好的加减速性能、进给行程较大,可以实现幅值较大、曲率变化较大的光学自由曲面的加工。本文对慢刀伺服的超精密单点金刚石车削理论进行了相关分析以及研究。在使用超精密单点金刚石车削自由曲面的过程中,可能发生由于刀具几何参数选择的不适,造成刀具与工件发生干涉,破坏已加工的自由曲面甚至损坏金刚石刀具。本文采用固定自由曲面表达式中的某一参数,将其展开成空间曲线,从而分析刀具后角、刀具包角、刀具半径等参数,保证自由曲面在加工过程中不会发生刀具与工件的干涉问题。常用光学自由曲面的轨迹规划方法,一般都是单纯增加二维螺旋线的布点圈数以及刀具的走刀点数,对其面形误差不能进行预测,造成了加工的盲目性。一方面,本文对面形精度驱动的布... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及来源
        1.1.1 研究背景和意义
        1.1.2 课题来源
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 光学自由曲面的主要描述方式
        1.2.2 光学曲面的应用及加工现状
        1.2.3 慢刀伺服研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第2章 单点金刚石刀具几何形状分析与参数计算
    2.1 金刚石刀具及刃磨方法概述
    2.2 刀具几何形状分析
        2.2.1 圆柱形金刚石刀具
        2.2.2 圆锥形金刚石刀具
    2.3 金刚石刀具参数选择及建模
        2.3.1 刀具后角的选择
        2.3.2 刀具圆弧半径的选择
        2.3.3 刀具包角的选择
    2.4 刀具几何参数计算实例
    2.5 本章小结
第3章 微特征光学曲面布点精度理论
    3.1 常用轨迹布点生成方法
    3.2 NURBS曲线基本理论
        3.2.1 NURBS曲线定义
        3.2.2 NURBS曲线的求值与曲线导矢计算
        3.2.3 反算NURBS曲线
    3.3 NURBS曲线插补算法
        3.3.1 插补预处理
        3.3.2 参数密化过程
        3.3.3 弓高误差约束的期望步长
    3.4 自由曲面的周向轨迹优化与误差预测实例
    3.5 等角度与等弧长布点方法的周向误差预测实例
    3.6 径向布点圈数与误差预测
    3.7 本章小结
第4章 微特征光学曲面切削轨迹规划方法
    4.1 慢刀伺服车削原理
    4.2 刀具轨迹生成原理
    4.3 建立面形误差模型
    4.4 光学曲面轨迹规划方法
        4.4.1 NURBS插值轨迹规划
        4.4.2 等角度误差预测轨迹规划
    4.5 自由曲面轨迹生成软件的集成开发
    4.6 本章小结
第5章 单点金刚石慢刀伺服车削实验
    5.1 复合正弦波曲面
        5.1.1 复合正弦波曲面理论模型
        5.1.2 轨迹规划与误差预测
        5.1.3 复合正弦波曲面加工与测量
    5.2 复合正弦网格曲面
        5.2.1 复合正弦网格曲面理论模型
        5.2.2 轨迹规划与误差预测
        5.2.3 复合正弦网格曲面加工与测量
    5.3 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
参考文献
作者简介及科研成果
致谢



本文编号：3074713