大口徑光學(xué)元件的半柔性氣囊高效拋光技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)前高精度光學(xué)元件廣泛應(yīng)用于天文、強(qiáng)激光、航空航天等國家重大高技術(shù)領(lǐng)域，已有的制造生產(chǎn)流程已無法滿足迅速增長的需求，尤其是大口徑非球面光學(xué)元件。大口徑非球面加工目前采用的總體加工路線為“精密/超精密磨削成形+確定性數(shù)控拋光”，然而在高效磨削和拋光之間仍存在一個(gè)技術(shù)空白區(qū)，需要在保持成形精度的前提下高效地去除數(shù)十微米的表層和亞表面缺陷，且達(dá)到光學(xué)表面，即“保形拋光”。氣囊拋光相比其它計(jì)算機(jī)數(shù)控光學(xué)表面表面成型(ComputerContro

2、lled Optical Surfacing，CCOS)技術(shù)具有較高的拋光效率，但是目前國內(nèi)外對于該技術(shù)的研究僅局限于修形拋光。
　　本文提出了一種半柔性氣囊，可將其用于實(shí)現(xiàn)大面積材料的高效去除、緩解磨削工序產(chǎn)生的波紋且擁有高精度保形/修形能力，并研究其具體應(yīng)用中的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)問題，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)基于CCOS的基本原理設(shè)計(jì)了氣囊拋光機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)，從提高去除效率的角度重點(diǎn)設(shè)計(jì)并基于有限元仿真優(yōu)化了氣囊工具，提

3、出了一種半柔性氣囊結(jié)構(gòu)，并將其與柔性氣囊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比;
　　(2)建立了半柔性氣囊工具處于不同運(yùn)動(dòng)模式下的去除函數(shù)模型，包括連續(xù)進(jìn)動(dòng)拋光、斜拋和分布進(jìn)動(dòng)拋光，并將動(dòng)態(tài)的去除函數(shù)與靜態(tài)的去除函數(shù)進(jìn)行對比。
　　(3)結(jié)合理論、仿真與試驗(yàn)分析半柔性氣囊工具加工時(shí)各個(gè)主要工藝參數(shù)對去除效率和表面粗糙度的影響情況，并基于正交試驗(yàn)研究參數(shù)對該兩項(xiàng)指標(biāo)的影響程度，從而可用于指導(dǎo)在不同的指標(biāo)需求下確定合適的參數(shù)。
　　(4)提出一

4、種自適應(yīng)迭代的駐留時(shí)間算法，可用于準(zhǔn)確、迅速的計(jì)算駐留時(shí)間;此外，開發(fā)出一種基于迷宮原理的隨機(jī)路徑，可用于抑制中頻誤差;針對波紋度誤差，揭示了波紋度誤差的產(chǎn)生機(jī)理，并研究如何通過工藝參數(shù)的優(yōu)化降低波紋度;分析路徑間距對波紋度誤差的影響，指出一種確定最佳路徑間距的方法。
　　(5)完成半柔性氣囊拋光效率及工藝方法驗(yàn)證。通過對磨削后平面和非球面工件的快速拋亮、均勻拋光和紋理去除，驗(yàn)證加工效率及保形效果;進(jìn)行修形拋光試驗(yàn)，驗(yàn)證自適應(yīng)迭代