本文關(guān)鍵詞：基于數(shù)控加工大口徑非球面主鏡的均勻去除方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在現(xiàn)代大型光學(xué)系統(tǒng)中,使用高陡度非球面反射主鏡能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、減輕系統(tǒng)的質(zhì)量和減小系統(tǒng)的尺寸,從而提高光學(xué)系統(tǒng)的性能。因此大口徑非球面反射主鏡的研制對(duì)于空間光學(xué)和天文觀測(cè)的發(fā)展有著極其重要的意義。同時(shí)隨著這些應(yīng)用的開展,對(duì)大口徑非球面反射主鏡的加工精度和加工效率也提出了更高的要求。計(jì)算機(jī)控制拋光技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛和成熟的光學(xué)加工技術(shù)。但是在加工過程中仍然存在一些深入的問題需要解決:如由于成型和研磨過程中砂輪難以修復(fù)的磨損、磨盤尺寸大小不匹配以及磨盤運(yùn)動(dòng)參數(shù)選擇不當(dāng)使得鏡面存在局部或者環(huán)帶的‘凹凸’,這些小空間頻率面形誤差使得干涉儀獲取的全口徑干涉圖上存在‘漏點(diǎn)’和‘缺環(huán)’,難以得到完整的面形干涉圖像。在這種情況下,通常會(huì)使用刀口陰影法來定性測(cè)量并通過手修消除,這會(huì)大大影響工件的加工效率并產(chǎn)生局部的中高頻誤差。本文基于能動(dòng)磨盤和數(shù)控小工具的組合加工技術(shù),提出對(duì)鏡面進(jìn)行均勻去除的加工工藝,‘均勻去除’是指研磨和粗拋光階段對(duì)工件整個(gè)面形進(jìn)行等量去除的過程,目的是有效去除成型和研磨階段產(chǎn)生的亞表面破壞層、平滑鏡面并減小甚至消除鏡面上的中高頻誤差,實(shí)現(xiàn)干涉儀全口徑測(cè)量同前期檢測(cè)方法的對(duì)接。論文通過建立數(shù)學(xué)模型和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,研究?jī)?yōu)化磨盤駐留時(shí)間、壓力和進(jìn)給速度等工藝參數(shù),形成對(duì)鏡面的均勻去除。主要包括以下研究?jī)?nèi)容:(1)分析了目前大口徑非球面加工工藝過程存在的問題,從光學(xué)脆性材料的散粒磨料磨削特性和粗拋光過程中出現(xiàn)的干涉儀檢測(cè)數(shù)據(jù)的缺失現(xiàn)象上提出了均勻去除加工過程的必要性。(2)基于數(shù)控小工具和能動(dòng)磨盤相類似的數(shù)控加工方式和加工不同空間頻率誤差的特性,建立了統(tǒng)一的理論環(huán)帶去除函數(shù)模型。用于分析能動(dòng)磨盤和小工具分別處理大、小空間頻率誤差以及聯(lián)合消除邊緣效應(yīng)的方法。并以此為基礎(chǔ)提出了應(yīng)用基于矩陣運(yùn)算的駐留時(shí)間算法。(3)建立能動(dòng)磨盤邊緣效應(yīng)的有限元壓強(qiáng)模型,通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)磨盤在工件的中心孔位置和邊緣處,磨盤對(duì)工件接觸區(qū)域的壓強(qiáng)呈非線性變化。通過有限元計(jì)算獲得邊緣處的壓強(qiáng)分布,對(duì)能動(dòng)磨盤在工件邊緣處的環(huán)帶去除函數(shù)進(jìn)行修正,對(duì)工件全口徑的均勻去除加工進(jìn)行了仿真計(jì)算,并開展了實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算相符合。(4)通過對(duì)數(shù)控小工具環(huán)帶去除函數(shù)的研究,以此為基礎(chǔ)分析了其對(duì)大口鏡非球面主鏡加工中環(huán)帶誤差的修正能力,得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。(5)通過匹配合理的空間頻率誤差模型,提出了基于數(shù)控小工具和能動(dòng)磨盤組合均勻去除的聯(lián)合加工方法,獲得了對(duì)大口徑反射鏡面的均勻去除效果。本文的研究成果應(yīng)用到1.25m f/1.5拋物面主鏡的研磨和拋光中。采用能動(dòng)磨盤加工為主,數(shù)控小工具為輔的組合加工方法。在均勻去除工藝參數(shù)控制下獲得了2~3?m的鏡面研磨精度,并獲得了He-Na光的全口徑干涉圖。最終鏡面面形誤差收斂到PV 141nm,RMS 19.6nm,實(shí)現(xiàn)了組合加工方法對(duì)大口徑非球面反射鏡的高精度高效率加工。
【關(guān)鍵詞】：能動(dòng)磨盤 數(shù)控小工具 均勻去除 大口徑非球面 環(huán)帶去除函數(shù)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH74;TG659
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-30
• 1.1 引言11-14
• 1.2 大口徑非球面反射鏡加工技術(shù)14-21
• 1.2.1 經(jīng)典加工技術(shù)15
• 1.2.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控小工具加工技術(shù)（CCOS）15-16
• 1.2.3 能動(dòng)磨盤加工技術(shù)（CCAL）16-18
• 1.2.4 其他拋光技術(shù)18-21
• 1.3 大口徑非球面反射鏡加工工藝簡(jiǎn)介21-26
• 1.3.1 大口徑非球面主鏡的加工流程21-23
• 1.3.2 大口徑光學(xué)加工磨削原理23-25
• 1.3.3 散粒磨料引起的光學(xué)材料亞表面損傷25-26
• 1.4 目前存在的問題26-27
• 1.5 課題的背景和研究意義27-28
• 1.6 論文內(nèi)容安排28-30
• 第2章 大口徑非球面光學(xué)研拋技術(shù)理論基礎(chǔ)30-41
• 2.1 概述30-31
• 2.2 Preston方程31-32
• 2.3 材料去除模型32-34
• 2.3.1 理論基礎(chǔ)32-33
• 2.3.2 環(huán)帶去除函數(shù)33-34
• 2.4 邊緣效應(yīng)壓強(qiáng)模型34-38
• 2.4.1 線性壓強(qiáng)模型~[60]35
• 2.4.2 階躍模型~([61][62])35-36
• 2.4.3 常數(shù)-線性壓強(qiáng)模型~[63]36
• 2.4.4 參數(shù)化模型[64]36-37
• 2.4.5 基于FEA的壓強(qiáng)模型37-38
• 2.5 環(huán)帶駐留時(shí)間求解方法38-39
• 2.6 均勻去除分析39-40
• 2.7 本章小結(jié)40-41
• 第3章 能動(dòng)磨盤在大口徑非球面加工中的均勻去除41-60
• 3.1 概述41
• 3.2 能動(dòng)磨盤加工簡(jiǎn)介41-43
• 3.2.2 能動(dòng)磨盤加工方式42-43
• 3.3 能動(dòng)磨盤環(huán)帶去除函數(shù)43
• 3.4 能動(dòng)磨盤邊緣壓強(qiáng)FEA模型分析43-54
• 3.4.1 中心孔處的FEA仿真分析45-50
• 3.4.2 工件外邊緣FEA分析50-54
• 3.5 能動(dòng)磨盤均勻去除54-58
• 3.5.1 能動(dòng)磨盤均勻去除仿真分析54-57
• 3.5.2 均勻去除加工實(shí)驗(yàn)57-58
• 3.6 本章小結(jié)58-60
• 第4章 數(shù)控小工具加工技術(shù)在大口徑非球面加工中的應(yīng)用60-69
• 4.1 概述60
• 4.2 數(shù)控小工具機(jī)床簡(jiǎn)介60-61
• 4.3 實(shí)驗(yàn)獲取數(shù)控小工具加工技術(shù)的環(huán)帶去除函數(shù)61-63
• 4.4 機(jī)械手修正大口徑非球面環(huán)帶誤差63-68
• 4.4.1 環(huán)帶去除函數(shù)修正63-65
• 4.4.2 大口徑非球面環(huán)帶誤差加工實(shí)驗(yàn)65-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 第5章 1.25m口徑非球面反射鏡加工69-76
• 5.1 概述69
• 5.2 組合均勻去除加工方法69-71
• 5.2.1 基于矩陣方程的組合均勻去除加工模型69-70
• 5.2.2 組合均勻仿真加工實(shí)驗(yàn)70-71
• 5.3 研磨期間71-73
• 5.4 拋光期間73-75
• 5.5 本章小結(jié)75-76
• 第6章 總結(jié)與展望76-78
• 6.1 全文總結(jié)76-77
• 6.2 下一步工作77-78
• 參考文獻(xiàn)78-81
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果81

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