小口徑磁流變拋光裝置設計與關鍵技術研究.pdf

1、磁流變拋光技術是一種確定性光學表面成形方法，具有收斂效率高、亞表面損傷小、加工精度高等眾多優(yōu)點。經(jīng)過多年研究，國內(nèi)特別是國防科學技術大學的磁流變拋光技術日益成熟，已經(jīng)實現(xiàn)對中大口徑和低陡度光學元件的高效加工。但是，由于拋光輪尺寸與所能加工工件的口徑、曲率半徑、面形誤差特征尺寸等直接相關，因此在面對小口徑、高陡度或具有小的面形誤差特征尺寸的光學元件時，拋光輪的直徑需要控制到50mm甚至更小。這就給拋光裝置磁場與傳動結構設計、磁流變液的循環(huán)

2、穩(wěn)定控制以及修形工藝等帶來了更多新的難題。本文基于研究室現(xiàn)有的大口徑磁流變拋光裝置設計與工藝基礎，設計開發(fā)了拋光輪直徑為20mm的磁流變拋光裝置，解決了該裝置在液體循環(huán)及加工工藝上的技術難題，研究主要從以下幾個方面展開：
　　1.基于永磁體磁場分布的三維模型，通過理論計算和仿真確定了適用于小口徑磁流變拋光裝置的磁場發(fā)生裝置結構。與此同時，通過對噴管和回收裝置結構的優(yōu)化，實現(xiàn)了液體的順利輸出和回收，為小口徑磁流變拋光裝置拋光液的穩(wěn)定

3、循環(huán)奠定了基礎。
　　2.從流體力學等理論出發(fā)建立了液體流動狀態(tài)方程，確定了影響液體流動的主要因素以及這些因素與管道參數(shù)之間的關系。同時，根據(jù)水基磁流變液的特點建立了液體流動過程中固體顆粒的沉降模型。結合分析所得模型，對液體輸送管路進行優(yōu)化，優(yōu)化后能夠?qū)崿F(xiàn)拋光裝置十小時以上的穩(wěn)定運行，從而獲得穩(wěn)定的去除函數(shù)。
　　3.針對磁流變拋光工藝過程中規(guī)則路徑易在光學元件表面產(chǎn)生規(guī)則殘差（中高頻誤差）的問題，本文設計了復合式振動平臺。

4、該平臺能夠顯著增加加工路徑的熵值，當路徑的熵值增加時能夠?qū)鈱W元件表面的中高頻誤差產(chǎn)生抑制作用。抑制的效果受掃描速度、振動頻率和加工步距這三個因素的影響。通過理論分析與仿真確定了三個因素之間的匹配關系。
　　4.根據(jù)分析與仿真結果進行了中高頻誤差抑制程度的實驗。實驗表明使用復合式振動平臺加工的光學元件表面中高頻誤差比使用光柵路徑產(chǎn)生的中高頻誤差小一倍。而且通過功率譜密度分析發(fā)現(xiàn)使用復合式振動平臺加工的光學元件表面在中高頻兩個頻段內(nèi)