復雜光學曲面控損傷精密磨削關鍵技術研究.pdf

1、復雜光學曲面有減少光學元件數(shù)量、簡化光學系統(tǒng)、增加設計自由度等優(yōu)點，已經(jīng)成為光學應用領域的新趨勢。但是，光學曲面的高效、高質量、低成本制造，成為復雜光學曲面廣泛應用的制約。精密磨削作為光學加工過程的粗加工環(huán)節(jié)，磨削質量的高低決定著整個光學元件制造過程的工藝流程選擇、制造效率、制造成本等因素。在光學制造領域，雖然磨削技術的發(fā)展時間相對較長，但隨著對光學系統(tǒng)性能的要求不斷提升，已有的磨削技術難以滿足一些特殊場合的應用。面形更復雜、形位精度要

2、求更高、表面質量要求更嚴格等需求，對現(xiàn)有的磨削技術提出新的挑戰(zhàn)。
　　論文以復雜光學曲面在形狀公差、位置公差、損傷控制復合約束條件下的磨削加工為研究對象，深入研究實現(xiàn)復雜光學曲面的高效率、高精度、高表面質量磨削的關鍵技術。主要開展以下幾個方面的研究工作：
　　1、曲面面形精度控制技術研究。根據(jù)磨削過程的幾何關系，通過磨削點法向量匹配建立曲面磨削幾何模型，來準確獲取曲面磨削刀具軌跡。通過分析磨削過程中，砂輪和工件相對位姿誤差、

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系，進行磨削誤差建模，針對不同誤差模型提出對應的控制和補償方法。同時分析了其他類型誤差源的影響規(guī)律，并提出軌跡直接補償法。相關研究結果為曲面面形精度控制提供理論基礎和實現(xiàn)的技術途徑。
　　2、曲面位置精度控制技術研究。存在嚴格位置公差約束的曲面，要求其測量、評價、制造過程都要依據(jù)相應的參考基準進行。為了研究形狀誤差和位置誤差之間的關系及評價過程的新特點，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優(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。
　　3、磨削損傷控制技術研究。基于磁流變修形(MRF)斜面拋光的損傷檢測方法，采用群集深度、最大深度、裂紋密度、裂紋長度對磨削過程的損傷進行表征來定量進行磨削損傷的研究。通過磨削過程理論模型，分析了磨削力和損傷的映射

5、關系，指出實際磨削過程中，單顆磨粒的受力是決定損傷的本質因素，中高頻的隨機力或振動引起的力會極大增加局部損傷深度。實驗研究了磨削過程中，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)的影響程度來說：砂輪粒度>單次切深>換行行距>進給速度，為工藝參數(shù)的優(yōu)化提供指導。針對工藝銜接過程，研究了損傷擴展的規(guī)律，研究認為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