【摘要】：二十世紀中后期,計算機技術(shù)飛速發(fā)展并開始被廣泛應(yīng)用于超精密加工領(lǐng)域。隨之,涌現(xiàn)出多種現(xiàn)代拋光技術(shù),使得光學(xué)表面的加工精度及加工效率都得到大幅提升。但是現(xiàn)代拋光技術(shù)仍存在一些不足之處,在超光滑表面的拋光加工中,加工效率與加工精度往往難以兼得,較難實現(xiàn)自適應(yīng)的針對工件表面不同區(qū)域進行拋光。針對于現(xiàn)代拋光技術(shù)存在的不足之處,本文以負壓縮性拋光原理為理論基礎(chǔ),設(shè)計了一種新的負壓縮性拋光裝置,并進行了多方面的試驗研究。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)以負壓縮性拋光原理為理論基礎(chǔ),選用八面體負壓縮性酒架結(jié)構(gòu)作為核心單元,設(shè)計出一種具有更大負壓縮性的拋光裝置。進行了八面體酒架結(jié)構(gòu)的負壓縮性分析,選取了合適的結(jié)構(gòu)參數(shù),制造出4×4×4的負壓縮性立體單元。使用ANSYS有限元軟件對該負壓縮性拋光裝置進行了仿真分析與參數(shù)優(yōu)化,最終得到了負壓縮性拋光裝置的一組最優(yōu)化參數(shù)。使用激光位移傳感器對加工制造得到的拋光裝置進行了負壓縮性測試,測試結(jié)果表明拋光裝置具有良好的負壓縮性。(2)以Preston假設(shè)為理論基礎(chǔ),建立了CCOS技術(shù)下的材料去除函數(shù)和邊緣去除函數(shù)模型。對兩種函數(shù)模型進行了仿真分析及試驗驗證,試驗結(jié)果證明了兩種模型的正確性。使用對比試驗的方法分析了拋光裝置的負壓縮性對去除函數(shù)模型的影響情況,試驗結(jié)果表明,拋光裝置的負壓縮性不會影響去除函數(shù)模型的整體形狀,但會降低材料的去除效率。對多組試驗進行了Preston假設(shè)中比例系數(shù)k的計算,結(jié)果表明,比例系數(shù)k會隨著拋光參數(shù)和其它拋光條件的改變而改變。(3)分別采用正交試驗方法分析了各工藝參數(shù)對工件表面粗糙度和材料去除效率的影響情況。拋光劑粒度、拋光時間、拋光力和拋光工具轉(zhuǎn)速對工件表面粗糙度的影響程度依次減弱;拋光劑粒度、拋光力、拋光工具轉(zhuǎn)速和拋光劑濃度對材料去除效率的影響程度依次減弱。綜合考慮各工藝參數(shù)對工件表面粗糙度和材料去除效率的影響情況,優(yōu)選出最佳工藝參數(shù)組合。(4)進行了負壓縮性的拋光試驗研究。選用有利于工件表面粗糙度的工藝參數(shù)組合,分別在使用和不使用負壓縮性拋光裝置的情況下進行了拋光試驗,試驗結(jié)果表明,拋光裝置的負壓縮性起到了改善工件表面質(zhì)量的效果。使用對比試驗的方法分析了拋光時間對負壓縮性拋光的影響情況,試驗結(jié)果表明,負壓縮性的作用效果會隨著拋光時間的增長而逐漸減弱。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG580.692
【圖文】：

1.1.2 課題研究背景及意義中國作為新時代的制造大國，為實現(xiàn)由大到強的轉(zhuǎn)變，提出“中國制造2025”這一制造強國戰(zhàn)略，其中重點在于掌握關(guān)鍵核心技術(shù)，實現(xiàn)重要領(lǐng)域的發(fā)展突破。在航空航天、海洋工程、軍工裝備、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域，對組成裝備的元器件的質(zhì)量要求越來越高，尤其是對光學(xué)元件的表面光潔程度提出了更高的要求。同時，一些重要光學(xué)元件能夠有效校正像差、改善成像質(zhì)量，并且可以精簡光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成，既可以減小設(shè)備重量又能夠降低設(shè)備成本。于是，各領(lǐng)域?qū)Τ饣木芄鈱W(xué)元件的需求量越來越大。如今，超光滑的光學(xué)元件廣泛應(yīng)用于天文望遠鏡、攝影攝像設(shè)備、激光制導(dǎo)系統(tǒng)、光電成像系統(tǒng)、光纖通訊等產(chǎn)品中。圖 1.1 是 Nikon公司設(shè)計的極紫外光刻（EUVL：Extreme Ultra-Violet Lithograph）物鏡系統(tǒng)圖及其加工精度[1,2]，可以看出物鏡系統(tǒng)具有超高的面形精度，以及達到亞埃米級的中高頻表面粗糙度。

為了獲得超光滑表面，不同國家和地區(qū)的技術(shù)人員不斷研究和創(chuàng)新，陸續(xù)發(fā)展出了多種超光滑表面加工技術(shù)。根據(jù)材料去除方法的不同，可分為機械、化學(xué)、物理加工方法[3]。其中，以拋光為代表的機械加工方法應(yīng)用最為廣泛，它還包括磨削、飛刀銑削、金剛石車削等加工方法。金剛石車削常用于加工小型零件，而不適用于加工大中型光學(xué)元件[4-6]。圖1.2 為 Nanoform250 Ultra 超精密單點金剛石車床。飛刀銑削加工精度較高，但是對刀困難，它對機床的精度和性能要求較高。同時，飛刀銑削不適用于加工陶瓷、微晶玻璃等硬脆材料[7,8]。因此，拋光和磨削加工技術(shù)成為加工大中型硬脆材料光學(xué)元件的重要途徑。磨削的加工工具為修整后的金剛石砂輪，超精密磨削既可以獲得納米級的加工表面，還能用于加工微結(jié)構(gòu)表面[9-11]。但是在磨削過程中，金剛石砂輪不斷發(fā)生磨損，會影響零件的表面粗糙度和面形精度。圖 1.3 為美國Moore 公司研制的 Nanotech 超精密磨削機床。

為了獲得超光滑表面，不同國家和地區(qū)的技術(shù)人員不斷研究和創(chuàng)新，陸續(xù)發(fā)展出了多種超光滑表面加工技術(shù)。根據(jù)材料去除方法的不同，可分為機械、化學(xué)、物理加工方法[3]。其中，以拋光為代表的機械加工方法應(yīng)用最為廣泛，它還包括磨削、飛刀銑削、金剛石車削等加工方法。金剛石車削常用于加工小型零件，而不適用于加工大中型光學(xué)元件[4-6]。圖1.2 為 Nanoform250 Ultra 超精密單點金剛石車床。飛刀銑削加工精度較高，但是對刀困難，它對機床的精度和性能要求較高。同時，飛刀銑削不適用于加工陶瓷、微晶玻璃等硬脆材料[7,8]。因此，拋光和磨削加工技術(shù)成為加工大中型硬脆材料光學(xué)元件的重要途徑。磨削的加工工具為修整后的金剛石砂輪，超精密磨削既可以獲得納米級的加工表面，還能用于加工微結(jié)構(gòu)表面[9-11]。但是在磨削過程中，金剛石砂輪不斷發(fā)生磨損，會影響零件的表面粗糙度和面形精度。圖 1.3 為美國Moore 公司研制的 Nanotech 超精密磨削機床。

【參考文獻】

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本文編號：2773905