復(fù)雜光學(xué)曲面控?fù)p傷精密磨削關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、復(fù)雜光學(xué)曲面有減少光學(xué)元件數(shù)量、簡(jiǎn)化光學(xué)系統(tǒng)、增加設(shè)計(jì)自由度等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的新趨勢(shì)。但是，光學(xué)曲面的高效、高質(zhì)量、低成本制造，成為復(fù)雜光學(xué)曲面廣泛應(yīng)用的制約。精密磨削作為光學(xué)加工過(guò)程的粗加工環(huán)節(jié)，磨削質(zhì)量的高低決定著整個(gè)光學(xué)元件制造過(guò)程的工藝流程選擇、制造效率、制造成本等因素。在光學(xué)制造領(lǐng)域，雖然磨削技術(shù)的發(fā)展時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，但隨著對(duì)光學(xué)系統(tǒng)性能的要求不斷提升，已有的磨削技術(shù)難以滿足一些特殊場(chǎng)合的應(yīng)用。面形更復(fù)雜、形位精度要

2、求更高、表面質(zhì)量要求更嚴(yán)格等需求，對(duì)現(xiàn)有的磨削技術(shù)提出新的挑戰(zhàn)。
　　論文以復(fù)雜光學(xué)曲面在形狀公差、位置公差、損傷控制復(fù)合約束條件下的磨削加工為研究對(duì)象，深入研究實(shí)現(xiàn)復(fù)雜光學(xué)曲面的高效率、高精度、高表面質(zhì)量磨削的關(guān)鍵技術(shù)。主要開展以下幾個(gè)方面的研究工作：
　　1、曲面面形精度控制技術(shù)研究。根據(jù)磨削過(guò)程的幾何關(guān)系，通過(guò)磨削點(diǎn)法向量匹配建立曲面磨削幾何模型，來(lái)準(zhǔn)確獲取曲面磨削刀具軌跡。通過(guò)分析磨削過(guò)程中，砂輪和工件相對(duì)位姿誤差、

3、砂輪尺寸及形狀誤差、刀具讓刀等多種誤差源和磨削加工誤差之間的關(guān)系，進(jìn)行磨削誤差建模，針對(duì)不同誤差模型提出對(duì)應(yīng)的控制和補(bǔ)償方法。同時(shí)分析了其他類型誤差源的影響規(guī)律，并提出軌跡直接補(bǔ)償法。相關(guān)研究結(jié)果為曲面面形精度控制提供理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)的技術(shù)途徑。
　　2、曲面位置精度控制技術(shù)研究。存在嚴(yán)格位置公差約束的曲面，要求其測(cè)量、評(píng)價(jià)、制造過(guò)程都要依據(jù)相應(yīng)的參考基準(zhǔn)進(jìn)行。為了研究形狀誤差和位置誤差之間的關(guān)系及評(píng)價(jià)過(guò)程的新特點(diǎn)，從誤差修正加工量

4、最小的角度出發(fā)，提出了最小二乘局部?jī)?yōu)化方法。曲面的形狀誤差和位置誤差相互影響，隨著匹配的最優(yōu)曲面位置不同，表現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。本文基于楔形透鏡的磨削加工，進(jìn)行了位置誤差修正方法的研究，為高精度位置公差控制提供指導(dǎo)。
　　3、磨削損傷控制技術(shù)研究?；诖帕髯冃扌?MRF)斜面拋光的損傷檢測(cè)方法，采用群集深度、最大深度、裂紋密度、裂紋長(zhǎng)度對(duì)磨削過(guò)程的損傷進(jìn)行表征來(lái)定量進(jìn)行磨削損傷的研究。通過(guò)磨削過(guò)程理論模型，分析了磨削力和損傷的映射

5、關(guān)系，指出實(shí)際磨削過(guò)程中，單顆磨粒的受力是決定損傷的本質(zhì)因素，中高頻的隨機(jī)力或振動(dòng)引起的力會(huì)極大增加局部損傷深度。實(shí)驗(yàn)研究了磨削過(guò)程中，損傷的橫向分布和縱向分布規(guī)律，以及損傷深度隨工藝參數(shù)的變化規(guī)律。從工藝參數(shù)的影響程度來(lái)說(shuō)：砂輪粒度>單次切深>換行行距>進(jìn)給速度，為工藝參數(shù)的優(yōu)化提供指導(dǎo)。針對(duì)工藝銜接過(guò)程，研究了損傷擴(kuò)展的規(guī)律，研究認(rèn)為1.6～2倍初始損傷深度是較合理的去除深度。這些研究為厚度約束條件下，制定去損傷迭代磨削工藝路線提供