變壓強研磨數(shù)學與力學原理及在空間光學鏡面加工中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、空間光學鏡面采用 SiC、微晶玻璃等難加工硬脆材料，其加工效率并不高，隨著鏡面尺寸的增大，鏡面的加工效率成為制約光學系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。作為光學鏡面加工工序中重要的一環(huán)，光學鏡面研磨普遍采用時不變?nèi)コ瘮?shù)的加工方式，存在效率不高并且邊緣效應(yīng)明顯的問題，對后續(xù)工藝的效率產(chǎn)生了極大的影響。此外，隨著鏡面尺寸的增加，機床剛度對跨度的限制使得傳統(tǒng)的研拋機床并不完全適應(yīng)大口徑光學鏡面的加工需求。因此，大口徑光學鏡面的高效研磨方法是光學鏡面加工

2、工藝的關(guān)鍵問題之一。
　　傳統(tǒng)研磨中的常壓加工方式限制了加工效率的進一步提高，而變壓強研磨能克服這種極限，顯著提高光學鏡面研磨工序的加工效率。本文以變壓強研磨為研究對象，對變壓強研磨加工過程中工件材料的去除效率及影響因素進行研究，根據(jù)誤差曲面特性進行軌跡、壓強和駐留時間規(guī)劃，并對邊緣效應(yīng)進行處理。本文的主要工作及成果歸納如下：
　　一、針對大口徑鏡面研磨加工效率低，根據(jù)磨粒分布與磨粒運行形式，建立變壓強條件下壓強與研磨盤、工

3、件距離的映射關(guān)系，推導(dǎo)變壓強下滑動、滾動有效磨粒分布，結(jié)合研磨去除機理推導(dǎo)其去除函數(shù)，建立變壓強下去除函數(shù)與壓強的非線性映射，提出變壓強研磨數(shù)學與力學原理，并通過實驗驗證了變壓強下研磨去除函數(shù)模型的準確性。模仿手動研磨經(jīng)驗，根據(jù)誤差曲面特性規(guī)劃壓強區(qū)域，采用蟻群算法對駐留時間算法中的壓強區(qū)域進行排序，從而實現(xiàn)駐留時間、壓強與軌跡規(guī)劃，在連續(xù)軌跡加工中實現(xiàn)對高誤差區(qū)域的快速加工以及低誤差曲面的微量加工，極大縮短了光學鏡面研磨工序時間。建立

4、大型光學鏡面機器人研磨平臺，通過音圈電機研磨工具實現(xiàn)壓強的快速響應(yīng)，實驗結(jié)果證明變壓強研磨相比傳統(tǒng)恒壓研磨，鏡面加工時間減少30％，在保證收斂率的同時能顯著提高加工效率。
　　二、根據(jù)Preston方程的弧長微分形式，推導(dǎo)出基于機器人實現(xiàn)的任意軌跡去除函數(shù)形式，結(jié)合邊緣效應(yīng)特征，提出了一種不露邊的研磨盤運動形式，得到窄邊光滑的去除函數(shù)，提高了對邊緣效應(yīng)的抑制能力。
　　三、加工狀況實時反饋理解的柔順加工方式是光學鏡面研磨加工