【摘要】：二十世紀(jì)中后期,計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展并開(kāi)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(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的針對(duì)工件表面不同區(qū)域進(jìn)行拋光。針對(duì)于現(xiàn)代拋光技術(shù)存在的不足之處,本文以負(fù)壓縮性拋光原理為理論基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了一種新的負(fù)壓縮性拋光裝置,并進(jìn)行了多方面的試驗(yàn)研究。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)以負(fù)壓縮性拋光原理為理論基礎(chǔ),選用八面體負(fù)壓縮性酒架結(jié)構(gòu)作為核心單元,設(shè)計(jì)出一種具有更大負(fù)壓縮性的拋光裝置。進(jìn)行了八面體酒架結(jié)構(gòu)的負(fù)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(fù)壓縮性立體單元。使用ANSYS有限元軟件對(duì)該負(fù)壓縮性拋光裝置進(jìn)行了仿真分析與參數(shù)優(yōu)化,最終得到了負(fù)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(duì)加工制造得到的拋光裝置進(jìn)行了負(fù)壓縮性測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明拋光裝置具有良好的負(fù)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(duì)兩種函數(shù)模型進(jìn)行了仿真分析及試驗(yàn)驗(yàn)證,試驗(yàn)結(jié)果證明了兩種模型的正確性。使用對(duì)比試驗(yàn)的方法分析了拋光裝置的負(fù)壓縮性對(duì)去除函數(shù)模型的影響情況,試驗(yàn)結(jié)果表明,拋光裝置的負(fù)壓縮性不會(huì)影響去除函數(shù)模型的整體形狀,但會(huì)降低材料的去除效率。對(duì)多組試驗(yàn)進(jìn)行了Preston假設(shè)中比例系數(shù)k的計(jì)算,結(jié)果表明,比例系數(shù)k會(huì)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(yàn)方法分析了各工藝參數(shù)對(duì)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(shí)間、拋光力和拋光工具轉(zhuǎn)速對(duì)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(duì)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(duì)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(jìn)行了負(fù)壓縮性的拋光試驗(yàn)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(fù)壓縮性拋光裝置的情況下進(jìn)行了拋光試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,拋光裝置的負(fù)壓縮性起到了改善工件表面質(zhì)量的效果。使用對(duì)比試驗(yàn)的方法分析了拋光時(shí)間對(duì)負(fù)壓縮性拋光的影響情況,試驗(yàn)結(jié)果表明,負(fù)壓縮性的作用效果會(huì)隨著拋光時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸減弱。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG580.692
【圖文】：

1.1.2 課題研究背景及意義中國(guó)作為新時(shí)代的制造大國(guó)，為實(shí)現(xiàn)由大到強(qiáng)的轉(zhuǎn)變，提出“中國(guó)制造2025”這一制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，其中重點(diǎn)在于掌握關(guān)鍵核心技術(shù)，實(shí)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(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，對(duì)組成裝備的元器件的質(zhì)量要求越來(lái)越高，尤其是對(duì)光學(xué)元件的表面光潔程度提出了更高的要求。同時(shí)，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(jiǎn)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(lái)越大。如今，超光滑的光學(xué)元件廣泛應(yīng)用于天文望遠(yuǎn)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(jì)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(dá)到亞埃米級(jí)的中高頻表面粗糙度。

為了獲得超光滑表面，不同國(guó)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(jī)械、化學(xué)、物理加工方法[3]。其中，以拋光為代表的機(jī)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(chē)削等加工方法。金剛石車(chē)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(diǎn)金剛石車(chē)床。飛刀銑削加工精度較高，但是對(duì)刀困難，它對(duì)機(jī)床的精度和性能要求較高。同時(shí)，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(jí)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(guò)程中，金剛石砂輪不斷發(fā)生磨損，會(huì)影響零件的表面粗糙度和面形精度。圖 1.3 為美國(guó)Moore 公司研制的 Nanotech 超精密磨削機(jī)床。

為了獲得超光滑表面，不同國(guó)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(jī)械、化學(xué)、物理加工方法[3]。其中，以拋光為代表的機(jī)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(chē)削等加工方法。金剛石車(chē)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(diǎn)金剛石車(chē)床。飛刀銑削加工精度較高，但是對(duì)刀困難，它對(duì)機(jī)床的精度和性能要求較高。同時(shí)，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(jí)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(guò)程中，金剛石砂輪不斷發(fā)生磨損，會(huì)影響零件的表面粗糙度和面形精度。圖 1.3 為美國(guó)Moore 公司研制的 Nanotech 超精密磨削機(jī)床。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2773905