氣囊拋光實驗樣機研制及其關鍵技術研究.pdf

1、在保證像質的前提下，非球曲面元件的應用，可以減少光學系統(tǒng)的復雜性、尺寸以及重量。因此，非球曲面元件在航空、航天及國防工業(yè)中得到廣泛的應用。與此同時，對其加工精度和表面質量也提出了極高的要求。拋光是獲得高精度光學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、加工精度及加工質量的穩(wěn)定性差等缺點，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，有可能成為光學冷加工主要方法之一。本文從氣囊拋光實際

2、應用的角度出發(fā)，對氣囊拋光技術的一些基本問題進行了研究。 根據(jù)氣囊拋光的運動特點和要求，確定了氣囊拋光實驗樣機的總體布局，并對主要的機構進行了設計。為了對氣囊拋光的運動進行控制，在分析氣囊式拋光運動方式和結構基礎上，依據(jù)空間機構學的理論，建立了氣囊拋光工具的“進動”運動模型，并通過仿真，研究了“進動”機構的運動規(guī)律。根據(jù)空間齊次坐標的變換模型，推導出了氣囊多軸數(shù)控加工的后置處理算法。 工藝實驗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，在此基礎上，通過正交實驗研究總結了各種拋光參數(shù)對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)。應用AFM測量的結果表明氣囊拋光可以獲得2nm(Ra)的光滑表面。 在工藝實驗的基礎上，根據(jù)氣囊運動的特點對拋光區(qū)速度分布進行了分析；依據(jù)Herzian接觸理論得到拋光區(qū)的壓力分布，然后結合光學拋光常用的Preston材料去除方程，建立了氣囊“進動”拋光工藝的材

4、料去除模型。通過實驗，對該模型進行了驗證。該模型為氣囊式拋光的材料去除控制提供了基礎。 研究了氣囊實驗樣機制造和拋光條件等因素對去除函數(shù)穩(wěn)定性影響，特別是氣囊球心定位誤差對去除函數(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，為氣囊拋光實驗樣機的制造、裝配乃至數(shù)控編程提供了理論指導。同時也研究了氣囊拋光材料去除控制的問題，利用回轉對稱工件的特點，求解了駐留時間，進行了拋光路徑的規(guī)劃，為氣囊拋光面形精度控制做了技術準