我國空間技術(shù)的快速發(fā)展對空基光學(xué)觀測系統(tǒng)的需求不斷增強(qiáng),以質(zhì)量輕、剛度高和低膨脹系數(shù)等優(yōu)勢,SiC材料成為當(dāng)前許多空間光學(xué)大鏡的最佳選擇。SiC鏡面的傳統(tǒng)制造工藝通常采用研磨成形,然而由于其加工周期長、效率低的特點(diǎn),越來越難以滿足當(dāng)前的市場需求。因此,采用高去除效率的超精密磨削代替研磨直接獲得高精度面形的加工方法,已經(jīng)成為空間光學(xué)大鏡高效高精制造的公認(rèn)工藝。選用超精密磨削得到的鏡面面形精度和亞表面損傷層深度將直接影響后續(xù)的拋光等工藝的加工效率。為同時保證大口徑光學(xué)鏡面的表面和亞表面質(zhì)量,不僅需要超精密磨床具有高剛度,還需要充分保證高效磨削時磨削力控制的柔順性,這種相互耦合和矛盾使得大型SiC鏡面的超精密磨削成為當(dāng)前極為復(fù)雜和高風(fēng)險的工程難題。通過減少運(yùn)動軸數(shù)量可以大幅增加磨床的系統(tǒng)剛度,因此,以少軸弧面磨削替代傳統(tǒng)的五軸固定點(diǎn)磨削成為當(dāng)前超精密光學(xué)磨削領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。盡管國內(nèi)外許多學(xué)者在相關(guān)領(lǐng)域做了很多研究,但少軸弧面磨削至今依然沒有在大口徑SiC超精密磨削領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,其原因主要包括:一、大口徑光學(xué)磨床的動態(tài)特性直接決定鏡面的面形精度,需要磨床具有極高的系統(tǒng)剛度才能保證。二、... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

空間望遠(yuǎn)鏡

目前大型復(fù)雜面形光學(xué)鏡面超精密磨削還面臨著諸多問題，大型超精密光學(xué)鏡面的材料都是具有高硬度、好的熱穩(wěn)定性，并且要求加工完成的鏡面為面形精度高（5-8μm）、亞表面損傷小（3-6μm）的自由曲面，采用超精密磨削獲得的鏡面表面和亞表面質(zhì)量將決定后續(xù)拋光等工藝的加工效率。為了保證大型光學(xué)鏡面的面形精度，需要超精密磨床具有較高的動態(tài)精度（<1μm）和較高的剛度，而為了降低鏡面的亞表面損傷，還需要保證高效磨削時磨削力控制的柔順性，這種相互耦合和矛盾使得大型復(fù)雜光學(xué)鏡面超精密磨削成為目前極為復(fù)雜和高風(fēng)險的加工工藝之一。1.2 研究目標(biāo)少軸弧面磨削是三軸磨床采用弧面砂輪磨削空間曲面的新工藝，與傳統(tǒng) 5 軸磨床相比，減少了運(yùn)動軸數(shù)，提高了系統(tǒng)的剛性。與傳統(tǒng) 5 軸磨床的固定點(diǎn)磨削圖 1-2 大型光學(xué)鏡面的加工工藝Figure 1-2 The processing technology of large optical mirror

是將傳統(tǒng)五軸磨床中的兩個自由度等效為磨削點(diǎn)在弧面砂輪的不斷移動，因此弧面砂輪的面形會影響工件的面形精度，磨削力變化會導(dǎo)致砂輪的磨損不均勻，進(jìn)一步引發(fā)砂輪輪廓和磨削深度改變，進(jìn)而影響工件的面形精度，同時磨削力的波動也會加重鏡面的亞表面損傷，如何精確的建立磨削過程模型和有效控制磨削力，以保證鏡面的表面精度和亞表面質(zhì)量。因此，本文以磨削力控制為目標(biāo)，針對大型超精密光學(xué)磨床的動力學(xué)分析優(yōu)化、少軸弧面磨削過程的建模以及磨削力的控制展開了深入的研究，如圖 1-3 所示。首先，建立大型超精密光學(xué)磨床的動力學(xué)模型，分析和優(yōu)化參數(shù)，使超精密磨床的動態(tài)特性達(dá)到最優(yōu)；其次，通過少軸弧面磨削的運(yùn)動學(xué)方程，實(shí)現(xiàn)砂輪運(yùn)動軌跡規(guī)劃；通過分析弧面砂輪磨削過程中，磨削力與磨削參數(shù)之間的關(guān)系，建立弧面砂輪磨削過程模型；通過磨削過程模型，對砂輪運(yùn)動軌跡進(jìn)行離線控力規(guī)劃；最后，提出磨削力實(shí)時控制策略，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]光學(xué)大鏡加工中弧面磨削幾何學(xué)原理及其實(shí)現(xiàn)方法[D]. 姜振華.上海交通大學(xué) 2017
[2]大型非球面超精密光學(xué)磨床設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 洪海波.上海交通大學(xué) 2016
[3]大型光學(xué)鏡面相位恢復(fù)在位檢測技術(shù)研究[D]. 胡曉軍.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008



本文編號：3380907