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

1、空間光學(xué)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(xué)系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。作為光學(xué)鏡面加工工序中重要的一環(huán)，光學(xué)鏡面研磨普遍采用時(shí)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(duì)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(jī)床剛度對(duì)跨度的限制使得傳統(tǒng)的研拋機(jī)床并不完全適應(yīng)大口徑光學(xué)鏡面的加工需求。因此，大口徑光學(xué)鏡面的高效研磨方法是光學(xué)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(jìn)一步提高，而變壓強(qiáng)研磨能克服這種極限，顯著提高光學(xué)鏡面研磨工序的加工效率。本文以變壓強(qiáng)研磨為研究對(duì)象，對(duì)變壓強(qiáng)研磨加工過程中工件材料的去除效率及影響因素進(jìn)行研究，根據(jù)誤差曲面特性進(jìn)行軌跡、壓強(qiáng)和駐留時(shí)間規(guī)劃，并對(duì)邊緣效應(yīng)進(jìn)行處理。本文的主要工作及成果歸納如下：
　　一、針對(duì)大口徑鏡面研磨加工效率低，根據(jù)磨粒分布與磨粒運(yùn)行形式，建立變壓強(qiáng)條件下壓強(qiáng)與研磨盤、工

3、件距離的映射關(guān)系，推導(dǎo)變壓強(qiáng)下滑動(dòng)、滾動(dòng)有效磨粒分布，結(jié)合研磨去除機(jī)理推導(dǎo)其去除函數(shù)，建立變壓強(qiáng)下去除函數(shù)與壓強(qiáng)的非線性映射，提出變壓強(qiáng)研磨數(shù)學(xué)與力學(xué)原理，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了變壓強(qiáng)下研磨去除函數(shù)模型的準(zhǔn)確性。模仿手動(dòng)研磨經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)誤差曲面特性規(guī)劃壓強(qiáng)區(qū)域，采用蟻群算法對(duì)駐留時(shí)間算法中的壓強(qiáng)區(qū)域進(jìn)行排序，從而實(shí)現(xiàn)駐留時(shí)間、壓強(qiáng)與軌跡規(guī)劃，在連續(xù)軌跡加工中實(shí)現(xiàn)對(duì)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(xué)鏡面研磨工序時(shí)間。建立

4、大型光學(xué)鏡面機(jī)器人研磨平臺(tái)，通過音圈電機(jī)研磨工具實(shí)現(xiàn)壓強(qiáng)的快速響應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明變壓強(qiáng)研磨相比傳統(tǒng)恒壓研磨，鏡面加工時(shí)間減少30％，在保證收斂率的同時(shí)能顯著提高加工效率。
　　二、根據(jù)Preston方程的弧長(zhǎng)微分形式，推導(dǎo)出基于機(jī)器人實(shí)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(yùn)動(dòng)形式，得到窄邊光滑的去除函數(shù)，提高了對(duì)邊緣效應(yīng)的抑制能力。
　　三、加工狀況實(shí)時(shí)反饋理解的柔順加工方式是光學(xué)鏡面研磨加工