氣囊拋光實(shí)驗(yàn)樣機(jī)研制及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在保證像質(zhì)的前提下，非球曲面元件的應(yīng)用，可以減少光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性、尺寸以及重量。因此，非球曲面元件在航空、航天及國(guó)防工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，對(duì)其加工精度和表面質(zhì)量也提出了極高的要求。拋光是獲得高精度光學(xué)非球曲面元件的一種重要手段，傳統(tǒng)的拋光方法存在加工效率低、加工精度及加工質(zhì)量的穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，這就促使人們不斷探索新的加工方法。氣囊拋光是近年來出現(xiàn)的一種新穎的非球曲面拋光方法，有可能成為光學(xué)冷加工主要方法之一。本文從氣囊拋光實(shí)際

2、應(yīng)用的角度出發(fā)，對(duì)氣囊拋光技術(shù)的一些基本問題進(jìn)行了研究。 根據(jù)氣囊拋光的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和要求，確定了氣囊拋光實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的總體布局，并對(duì)主要的機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。為了對(duì)氣囊拋光的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，在分析氣囊式拋光運(yùn)動(dòng)方式和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，依據(jù)空間機(jī)構(gòu)學(xué)的理論，建立了氣囊拋光工具的“進(jìn)動(dòng)”運(yùn)動(dòng)模型，并通過仿真，研究了“進(jìn)動(dòng)”機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。根據(jù)空間齊次坐標(biāo)的變換模型，推導(dǎo)出了氣囊多軸數(shù)控加工的后置處理算法。 工藝實(shí)驗(yàn)首先分析了氣囊拋光接觸區(qū)形狀

3、特征及其影響因素，并確定了獲得規(guī)則拋光區(qū)形狀的拋光參數(shù)選擇范圍，在此基礎(chǔ)上，通過正交實(shí)驗(yàn)研究總結(jié)了各種拋光參數(shù)對(duì)表面粗糙度和拋光效率的影響規(guī)律，并給出了拋光參數(shù)選擇依據(jù)。應(yīng)用AFM測(cè)量的結(jié)果表明氣囊拋光可以獲得2nm(Ra)的光滑表面。 在工藝實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)氣囊運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)對(duì)拋光區(qū)速度分布進(jìn)行了分析；依據(jù)Herzian接觸理論得到拋光區(qū)的壓力分布，然后結(jié)合光學(xué)拋光常用的Preston材料去除方程，建立了氣囊“進(jìn)動(dòng)”拋光工藝的材

4、料去除模型。通過實(shí)驗(yàn)，對(duì)該模型進(jìn)行了驗(yàn)證。該模型為氣囊式拋光的材料去除控制提供了基礎(chǔ)。 研究了氣囊實(shí)驗(yàn)樣機(jī)制造和拋光條件等因素對(duì)去除函數(shù)穩(wěn)定性影響，特別是氣囊球心定位誤差對(duì)去除函數(shù)穩(wěn)定性影響，根據(jù)這一研究提出了氣囊的球心定位誤差的控制原則，為氣囊拋光實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的制造、裝配乃至數(shù)控編程提供了理論指導(dǎo)。同時(shí)也研究了氣囊拋光材料去除控制的問題，利用回轉(zhuǎn)對(duì)稱工件的特點(diǎn)，求解了駐留時(shí)間，進(jìn)行了拋光路徑的規(guī)劃，為氣囊拋光面形精度控制做了技術(shù)準(zhǔn)