复杂曲面抛光工艺研究

发布时间：2017-09-07 21:39

  本文关键词：复杂曲面抛光工艺研究

  更多相关文章： 复杂曲面 加工余量 轨迹规划 驻留时间 等重叠率 去除区域 同心圆轨迹

【摘要】：新型光学系统对复杂光学曲面元件的表面质量和加工精度等提出了更高的要求,复杂曲面的应用能够使光学系统具备设计灵活、性能优异、结构紧凑以及装配简单等特点。然而工件面型复杂性的提高,势必会增加加工工艺的难度。复杂光学曲面的抛光主要以表面的光整、亚表面损伤去除和表面的面型修正为主要目标。复杂曲面的抛光质量与抛光策略的选取、机床精度、曲面测量方法、抛光路径规划、驻留时间计算、抛光液与抛光工具的确定等紧密相关。本文主要从复杂曲面轨迹规划、轨迹点加工余量计算、抛光驻留时间计算以及材料去除区域确定这四个方面来研究复杂光学曲面的抛光工艺。准确地计算轨迹点的加工余量是抛光工艺中精确计算抛光驻留时间的关键。考虑到自由曲面不能用确定数学解析式表示的特点,通过插值和曲面局部拟合算法,获得了轨迹点处的加工余量,相比于其他计算方法具有明显的优势。后续又将通过曲面拟合法所获得加工余量应用到了最小二乘法计算驻留时间的过程中,取得了较好的效果。通过定点抛光实验验证了轨迹点处材料去除区域与理论接触区域不一致的情况,并且基于对材料去除区域与理论接触区域的误差分析,引入了材料去除区域修正系数,并将该修正系数用到了回转对称非球面上同心圆轨迹规划算法之中,对改善相邻轨迹间去除区域重叠率的均匀性起到了较大的作用,这有助于提高超精密抛光的精度和效率。应用普通同心圆轨迹对回转对称非球面进行抛光时,由于回转对称非球面曲率变化较大,往往导致被加工表面出现未加工或加工不均匀的现象。通过优化同心圆轨迹,基于相邻轨迹间材料去除区域重叠率算法的定义,通过引入材料去除区域修正系数,提出了修正重叠率。基于该修正算法,实现了回转对称非球面上相邻轨迹间去除区域在一定范围内的等重叠率,并且提出了定量等重叠同心圆轨迹规划方法,有效提高了抛光轨迹材料去除的均匀稳定性。
【关键词】：复杂曲面 加工余量 轨迹规划 驻留时间 等重叠率 去除区域 同心圆轨迹
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题来源11
• 1.2 课题的研究背景及意义11-12
• 1.3 国内外抛光技术研究现状12-17
• 1.3.1 磁流变抛光12-13
• 1.3.2 磨料射流抛光13-14
• 1.3.3 离子束抛光14-15
• 1.3.4 气囊抛光15-16
• 1.3.5 计算机控制小磨头抛光16-17
• 1.4 本文主要研究内容17-19
• 第2章 复杂曲面加工余量确定19-31
• 2.1 光学三反镜自由曲面余量模型建立19-21
• 2.2 加工余量仿真计算与比较21-27
• 2.2.1 基于UG软件的加工余量计算21-22
• 2.2.2 基于MATLAB软件的加工余量计算22-26
• 2.2.3 蔡司专业软件加工余量计算26-27
• 2.3 不同加工轨迹间距对加工余量的影响27-28
• 2.4 本章小结28-31
• 第3章 复杂曲面驻留时间计算31-43
• 3.1 抛光机理及其Preston假设31-32
• 3.2 球形抛光工具头材料去除函数建模32-36
• 3.2.1 球形抛光工具头接触区域确定32-33
• 3.2.2 球形抛光工具头去除轮廓函数确定33-36
• 3.3 计算机控制抛光驻留时间计算36-42
• 3.3.1 驻留时间理论分析36-38
• 3.3.2 驻留时间计算38-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 球形工具头材料去除区域修正分析43-53
• 4.1 球形抛光工具头材料去除区域确定43-44
• 4.2 材料去除区域验证分析44-50
• 4.2.1 圆球与平面接触模型建立45-47
• 4.2.2 圆球与圆柱形凹面接触模型建立47-48
• 4.2.3 圆球与圆柱接触模型建立48-50
• 4.3 轨迹点材料去除区域大小分析及修正系数确定50-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第5章 回转对称非球面同心圆轨迹规划优化研究53-73
• 5.1 回转对称非球面上普通同心圆轨迹规划分析53-54
• 5.2 同心圆轨迹间材料去除区域变化情况的量化分析54-60
• 5.2.1 修正重叠率定义54-55
• 5.2.2 同心圆轨迹间行距大小对去除区域重叠率的影响55-58
• 5.2.3 去除区域大小对轨迹间去除区域重叠率的影响58-60
• 5.3 回转对称非球面等重叠率同心圆轨迹规划仿真分析60-64
• 5.3.1 变行距同心圆轨迹规划60-62
• 5.3.2 等重叠率同心圆轨迹规划仿真分析62-64
• 5.4 回转对称非球面定量等重叠率同心圆轨迹规划分析64-67
• 5.5 影响去除区域重叠率变化因素分析67-71
• 5.5.1 工具头材料属性对相邻轨迹间重叠率的影响68-70
• 5.5.2 工件材料属性对相邻轨迹间重叠率的影响70-71
• 5.6 本章小结71-73
• 第6章 结论与展望73-75
• 6.1 全文总结73
• 6.2 研究展望73-75
• 参考文献75-81
• 攻读硕士期间发表学术论文情况81-83
• 致谢83

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本文编号：810050