本文關鍵詞：基于數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】：在現代大型光學系統(tǒng)中,使用高陡度非球面反射主鏡能夠簡化系統(tǒng)結構、減輕系統(tǒng)的質量和減小系統(tǒng)的尺寸,從而提高光學系統(tǒng)的性能。因此大口徑非球面反射主鏡的研制對于空間光學和天文觀測的發(fā)展有著極其重要的意義。同時隨著這些應用的開展,對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。計算機控制拋光技術是目前應用最為廣泛和成熟的光學加工技術。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的磨損、磨盤尺寸大小不匹配以及磨盤運動參數選擇不當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’和‘缺環(huán)’,難以得到完整的面形干涉圖像。在這種情況下,通常會使用刀口陰影法來定性測量并通過手修消除,這會大大影響工件的加工效率并產生局部的中高頻誤差。本文基于能動磨盤和數控小工具的組合加工技術,提出對鏡面進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工件整個面形進行等量去除的過程,目的是有效去除成型和研磨階段產生的亞表面破壞層、平滑鏡面并減小甚至消除鏡面上的中高頻誤差,實現干涉儀全口徑測量同前期檢測方法的對接。論文通過建立數學模型和實驗相結合,研究優(yōu)化磨盤駐留時間、壓力和進給速度等工藝參數,形成對鏡面的均勻去除。主要包括以下研究內容:(1)分析了目前大口徑非球面加工工藝過程存在的問題,從光學脆性材料的散粒磨料磨削特性和粗拋光過程中出現的干涉儀檢測數據的缺失現象上提出了均勻去除加工過程的必要性。(2)基于數控小工具和能動磨盤相類似的數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)帶去除函數模型。用于分析能動磨盤和小工具分別處理大、小空間頻率誤差以及聯(lián)合消除邊緣效應的方法。并以此為基礎提出了應用基于矩陣運算的駐留時間算法。(3)建立能動磨盤邊緣效應的有限元壓強模型,通過計算發(fā)現磨盤在工件的中心孔位置和邊緣處,磨盤對工件接觸區(qū)域的壓強呈非線性變化。通過有限元計算獲得邊緣處的壓強分布,對能動磨盤在工件邊緣處的環(huán)帶去除函數進行修正,對工件全口徑的均勻去除加工進行了仿真計算,并開展了實驗研究,實驗結果與理論計算相符合。(4)通過對數控小工具環(huán)帶去除函數的研究,以此為基礎分析了其對大口鏡非球面主鏡加工中環(huán)帶誤差的修正能力,得到了實驗驗證。(5)通過匹配合理的空間頻率誤差模型,提出了基于數控小工具和能動磨盤組合均勻去除的聯(lián)合加工方法,獲得了對大口徑反射鏡面的均勻去除效果。本文的研究成果應用到1.25m f/1.5拋物面主鏡的研磨和拋光中。采用能動磨盤加工為主,數控小工具為輔的組合加工方法。在均勻去除工藝參數控制下獲得了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,實現了組合加工方法對大口徑非球面反射鏡的高精度高效率加工。
【關鍵詞】：能動磨盤 數控小工具 均勻去除 大口徑非球面 環(huán)帶去除函數
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(光電技術研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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14-21
• 1.2.1 經典加工技術15
• 1.2.2 計算機數控小工具加工技術（CCOS）15-16
• 1.2.3 能動磨盤加工技術（CCAL）16-18
• 1.2.4 其他拋光技術18-21
• 1.3 大口徑非球面反射鏡加工工藝簡介21-26
• 1.3.1 大口徑非球面主鏡的加工流程21-23
• 1.3.2 大口徑光學加工磨削原理23-25
• 1.3.3 散粒磨料引起的光學材料亞表面損傷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 論文內容安排28-30
• 第2章 大口徑非球面光學研拋技術理論基礎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32-33
• 2.3.2 環(huán)帶去除函數33-34
• 2.4 邊緣效應壓強模型34-38
• 2.4.1 線性壓強模型~[60]35
• 2.4.2 階躍模型~([61][62])35-36
• 2.4.3 常數-線性壓強模型~[63]36
• 2.4.4 參數化模型[64]36-37
• 2.4.5 基于FEA的壓強模型37-38
• 2.5 環(huán)帶駐留時間求解方法38-39
• 2.6 均勻去除分析39-40
• 2.7 本章小結40-41
• 第3章 能動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 能動磨盤加工簡介41-43
• 3.2.2 能動磨盤加工方式42-43
• 3.3 能動磨盤環(huán)帶去除函數43
• 3.4 能動磨盤邊緣壓強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 能動磨盤均勻去除54-58
• 3.5.1 能動磨盤均勻去除仿真分析54-57
• 3.5.2 均勻去除加工實驗57-58
• 3.6 本章小結58-60
• 第4章 數控小工具加工技術在大口徑非球面加工中的應用60-69
• 4.1 概述60
• 4.2 數控小工具機床簡介60-61
• 4.3 實驗獲取數控小工具加工技術的環(huán)帶去除函數61-63
• 4.4 機械手修正大口徑非球面環(huán)帶誤差63-68
• 4.4.1 環(huán)帶去除函數修正63-65
• 4.4.2 大口徑非球面環(huán)帶誤差加工實驗65-68
• 4.5 本章小結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驗70-71
• 5.3 研磨期間71-73
• 5.4 拋光期間73-75
• 5.5 本章小結75-76
• 第6章 總結與展望76-78
• 6.1 全文總結76-77
• 6.2 下一步工作77-78
• 參考文獻78-81
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果81

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  本文關鍵詞：基于數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。

本文編號：423742