曲面光學(xué)零件氣囊拋光工藝參數(shù)優(yōu)化及其相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、精密超精密的曲面光學(xué)零件尤其是非球曲面以及自由曲面在航空航天、宇宙探測、軍事偵察以及許多民用產(chǎn)品領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。為了獲得高精密曲面光學(xué)表面，人們發(fā)明了多種拋光工藝方法。氣囊式拋光是近十幾年出現(xiàn)的一種新穎拋光方法，該方法采用了半柔性氣囊作為拋光工具并采用“進(jìn)動(dòng)”的運(yùn)動(dòng)方式，具有高精度、高效率的加工特點(diǎn)，應(yīng)用前景非常廣闊，值得我們深入的研究。本文對氣囊拋光方法的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，研究了曲面光學(xué)零件材料去除特性、去除函數(shù)模型

2、建立、影響材料去除率和表面粗糙度的工藝參數(shù)優(yōu)化、拋光路徑優(yōu)化方法并基于回轉(zhuǎn)軸對稱曲面光學(xué)零件氣囊拋光駐留時(shí)間函數(shù)求解算法對球面光學(xué)零件進(jìn)行了氣囊拋光面形精度的實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文采用實(shí)驗(yàn)分析方法對曲面光學(xué)零件氣囊拋光材料去除特性進(jìn)行了研究，確定了獲得曲面光學(xué)零件有效拋光區(qū)的最佳工藝參數(shù)選取范圍；在不同曲率曲面光學(xué)零件上重點(diǎn)研究了影響拋光壓力和相對運(yùn)動(dòng)速度的進(jìn)動(dòng)角、氣囊壓縮量、氣囊拋光頭轉(zhuǎn)速、氣囊內(nèi)部壓力等工藝參數(shù)與材料去除率關(guān)系。

3、
　　首先依據(jù)坐標(biāo)變換法以及Hertz接觸理論推導(dǎo)氣囊施加在凸球面、平面和凹球面工件上壓力分布公式，建立與氣囊和工件曲率半徑相關(guān)的壓力分有表達(dá)式，根據(jù)氣囊拋光曲面光學(xué)零件運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)對拋光接觸區(qū)速度分布進(jìn)行了分析，并結(jié)合光學(xué)拋光常用的Preston材料去除方程建立半經(jīng)驗(yàn)的材料去除模型。
　　在正交實(shí)驗(yàn)及其分析的基礎(chǔ)上對影響材料去除率的工藝參數(shù)進(jìn)行綜合優(yōu)化，并對影響曲面光學(xué)工件表面粗糙度的影響因素（氣囊拋光頭轉(zhuǎn)速、工件曲率半徑、氣

4、囊壓縮量、氣囊內(nèi)部壓力以及拋光液濃度）進(jìn)行正交工藝實(shí)驗(yàn)，研究工藝參數(shù)對曲面光學(xué)零件表面粗糙度影響規(guī)律，給出了參數(shù)選取依據(jù)，確定了獲得良好表面粗糙度的最佳參數(shù)組合；運(yùn)用離散進(jìn)動(dòng)的拋光方式，對曲面光學(xué)零件進(jìn)行表面粗糙度拋光實(shí)驗(yàn)，經(jīng)WYKO檢測獲得3.02nm(Ra)曲面光學(xué)零件表面。
　　接下來根據(jù)已建立的曲面光學(xué)零件氣囊拋光材料去除模型分別推導(dǎo)在凸球面、平面、凹球面工件的理論粗糙度表達(dá)式，具體給出了與氣囊曲率半徑和工件曲率半徑均相關(guān)

5、的理論粗糙度公式，討論了駐留時(shí)間和行距對理論粗糙度的綜合影響，給出了駐留時(shí)間和行距優(yōu)化選擇方案。
　　最后討論了工件曲率半徑對拋光工具氣囊球面適應(yīng)性，并給出了旋轉(zhuǎn)軸對稱曲面光學(xué)零件拋光路徑規(guī)劃的原則和方法。通過對曲面光學(xué)零件氣囊拋光材料去除率的研究可知材料去除量的多少與駐留時(shí)間有關(guān)，通過調(diào)整駐留時(shí)間可以控制光學(xué)器件表面的去除量，進(jìn)而達(dá)到面形誤差修正的目的。本文在曲面光學(xué)零件氣囊拋光面形控制原理基礎(chǔ)上，根據(jù)氣囊拋光材料去除特性，在所