本文關(guān)鍵詞： 光學(xué)自由曲面零件 金剛石砂輪 F-theta透鏡 誤差補(bǔ)償 精密磨削　出處：《華南理工大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：與光學(xué)球形及非球面部件相比,光學(xué)自由曲面零件更能集成光學(xué)系統(tǒng)。因集成光學(xué)系統(tǒng)的聚熱產(chǎn)生較高的溫度,所以要采用耐高溫、耐腐蝕、熱變形小的光學(xué)玻璃作材料。但是,光學(xué)玻璃為硬脆性材料,機(jī)械加工易產(chǎn)生微裂紋,導(dǎo)致加工精度受損。金剛石砂輪因其優(yōu)異的切削性能和良好的耐磨性,已經(jīng)應(yīng)用于光學(xué)軸對(duì)稱非球面零件的精密磨削加工,但由于難于生成刀具軌跡而尚未應(yīng)用于非軸對(duì)稱的光學(xué)自由曲面零件加工。因此,提出采用橢圓環(huán)面金剛石砂輪,在三軸數(shù)控磨削中控制砂輪和工件的曲面相切點(diǎn),實(shí)現(xiàn)光學(xué)玻璃自由曲面精密磨削加工。針對(duì)磨削中的砂輪、機(jī)械、設(shè)計(jì)等綜合誤差,提出形狀誤差補(bǔ)償?shù)木苣ハ骷庸し椒āＪ紫?光學(xué)自由曲面零件設(shè)計(jì)為企業(yè)所需的激光打印機(jī)中F-theta透鏡零件,然后,對(duì)橢圓環(huán)面砂輪的精密修整工藝參數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)研究。最后,建立自由曲面數(shù)控磨削的刀具軌跡法向算法,分析砂輪輪廓誤差補(bǔ)償、垂直誤差補(bǔ)償、法向誤差補(bǔ)償和磨削加工工藝參數(shù)對(duì)形狀精度和表面質(zhì)量的影響。具體研究結(jié)果如下:1、參照現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)對(duì)激光打印機(jī)中F-theta透鏡進(jìn)行初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并使用ZEMAX光學(xué)軟件優(yōu)化其結(jié)構(gòu)以滿足設(shè)計(jì)要求。2、影響砂輪修整形狀誤差的主要工藝參數(shù)為砂輪轉(zhuǎn)速,較厚的磨石能提高砂輪修整精度;在合適的修整工藝條件下,砂輪輪廓形狀誤差可達(dá)到22.6μm。3、在F-theta透鏡的誤差補(bǔ)償磨削加工中,砂輪輪廓誤差補(bǔ)償不需檢測(cè)后的二次加工就可以減小形狀誤差55%。此外,垂直誤差補(bǔ)償和法向誤差補(bǔ)償分別可減小形狀誤差62%和64%。4、影響光學(xué)玻璃表面粗糙度的主要工藝參數(shù)為進(jìn)給速度;在合適的軸向磨削工藝條件下能加工出粗糙度達(dá)44.7 nm的鏡面光學(xué)自由曲面,從而避免了對(duì)零件的研磨拋光。綜合上述,采用橢圓環(huán)面金剛石砂輪和刀具軌跡的法向算法,可以實(shí)現(xiàn)F-theta透鏡的磨削加工。利用砂輪輪廓誤差和工件曲面誤差可以實(shí)現(xiàn)高精度的誤差補(bǔ)償加工。此外,采用#3000超細(xì)金剛石砂輪可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)自由曲面零件的鏡面磨削加工。
[Abstract]:Compared with optical spherical and aspherical components, optical free-form surface parts can integrate optical systems more effectively. Due to the high temperature due to the heat accumulation of integrated optical systems, high temperature and corrosion resistance should be adopted. Optical glass with small thermal deformation is used as material. However, optical glass is a hard brittle material, which is easy to produce micro-cracks in mechanical machining, which results in damage of machining accuracy. Diamond grinding wheel has excellent cutting performance and good wear resistance. It has been applied to the precision grinding of optical axisymmetric aspheric parts, but it has not been applied to the non-axisymmetric optical free-form surface parts because it is difficult to generate tool paths. The elliptical ring diamond grinding wheel is used to control the tangent point between the grinding wheel and the workpiece in the three-axis NC grinding to realize the precision grinding of the optical glass free surface. A precision grinding method for shape error compensation is proposed. Firstly, the optical free-form surface parts are designed for the F-theta lens parts in laser printers required by the enterprise. The orthogonal experimental study on the precision dressing process parameters of elliptical toroidal grinding wheel is carried out. Finally, the normal algorithm of tool path of NC grinding with free surface is established, and the contour error compensation and vertical error compensation of grinding wheel are analyzed. The effect of normal error compensation and grinding process parameters on shape accuracy and surface quality. The results are as follows: 1. According to the existing optical system, the initial structure of F-theta lens in laser printer is designed, and the structure of F-theta lens in laser printer is optimized by ZEMAX optical software to meet the design requirements. 2. The main technological parameter affecting the shape error of grinding wheel is wheel speed, and the thicker grinding stone can improve the dressing accuracy of grinding wheel. The profile error of grinding wheel can reach 22.6 渭 m.3 under proper dressing conditions, which is used in the error compensation grinding of F-theta lens. The contour error compensation of the grinding wheel can reduce the shape error by 55. In addition, the vertical error compensation and the normal error compensation can reduce the shape error by 62% and 64.4, respectively. The main technological parameters affecting the surface roughness of optical glass are feed speed. A mirror optical free surface with a roughness of 44.7 nm can be machined under suitable axial grinding conditions, thus avoiding the grinding and polishing of the parts. The normal algorithm of elliptical toroidal diamond grinding wheel and tool path is used. The grinding process of F-theta lens can be realized. The grinding wheel contour error and workpiece surface error can be used to compensate for the high accuracy. The mirror grinding of optical free-form surface parts can be realized by using #3000 ultrafine diamond grinding wheel.
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ171.734

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳宗敏;徑向基函數(shù)、散亂數(shù)據(jù)擬合與無網(wǎng)格偏微分方程數(shù)值解[J];工程數(shù)學(xué)學(xué)報(bào);2002年02期

2 辛企明,蔣月娟;21世紀(jì)初光學(xué)零件加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J];光電子技術(shù)與信息;2000年03期

3 單寶忠,王淑巖,牛憨笨,劉頌豪;Zernike多項(xiàng)式擬合方法及應(yīng)用[J];光學(xué)精密工程;2002年03期

4 謝晉;阮兆武;;光學(xué)自由曲面反射鏡模芯的鏡面成型磨削[J];光學(xué)精密工程;2007年03期

5 張?jiān)莆?;國(guó)外模壓透鏡技術(shù)和微透鏡的現(xiàn)狀[J];光學(xué)技術(shù);1996年04期

6 王勤;余景池;胡祖元;;非球面復(fù)制成型技術(shù)的研究[J];光學(xué)技術(shù);2006年01期

7 李全勝,成曄,張伯鵬,馮之敬;光學(xué)自由曲面數(shù)控化加工方法[J];光學(xué)技術(shù);1998年06期

8 尹韶輝;張樂賢;陳逢軍;余劍武;;小口徑非球面加工技術(shù)及裝備綜述[J];光學(xué)技術(shù);2013年02期

9 楊輝,吳明根;現(xiàn)代超精密加工技術(shù)[J];航空精密制造技術(shù);1997年01期

10 謝晉;光學(xué)非球面的超精密加工技術(shù)及非接觸檢測(cè)[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 鄭立功;離軸非球面CCOS加工過程關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2003年

2 丁文鋒;鎳基高溫合金高效磨削用單層釬焊立方氮化硼砂輪的研制[D];南京航空航天大學(xué);2006年

3 楊建中;復(fù)雜多曲面數(shù)控加工刀具軌跡生成方法研究[D];華中科技大學(xué);2007年

4 陳逢軍;非球面超精密在位測(cè)量與誤差補(bǔ)償磨削及拋光技術(shù)研究[D];湖南大學(xué);2010年

5 萬(wàn)林林;氮化硅陶瓷回轉(zhuǎn)曲面典型零件高效精密磨削工藝實(shí)驗(yàn)與理論研究[D];湖南大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王雁飛;金剛石車削創(chuàng)成光學(xué)自由曲面幾何形貌評(píng)價(jià)的研究[D];吉林大學(xué);2011年

2 張海洋;金剛石車削光學(xué)自由曲面刀具路徑規(guī)劃的研究[D];吉林大學(xué);2011年

3 周銳銘;金剛石砂輪橢圓環(huán)面修整與曲面磨削加工研究[D];華南理工大學(xué);2011年

4 鄭學(xué)剛;數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)若干問題研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

5 霍守鋒;工程陶瓷的超精密磨削機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2003年

6 張坤領(lǐng);光學(xué)玻璃非球面廓形的數(shù)控磨削技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2007年

7 趙曉亮;陶瓷磨削表面粗糙度預(yù)測(cè)模型與實(shí)驗(yàn)研究[D];大連理工大學(xué);2009年

8 張雙翼;激光掃描系統(tǒng)中f-θ透鏡的光學(xué)設(shè)計(jì)[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2012年

9 王斌;K9光學(xué)玻璃化學(xué)機(jī)械磨削用磨具的研制及性能研究[D];大連理工大學(xué);2013年

10 鄭佳華;金剛石砂輪分時(shí)修整的曲面微溝槽精密加工研究[D];華南理工大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：1458739