在空間光學技術和民用光學技術的推動下,自由曲面光學元件,尤其是大口徑自由曲面光學元件越來越多地應用到現(xiàn)代空間探測和民用消費領域中。鑒于大口徑自由曲面在超精密加工領域中還存在刀具磨損嚴重、程序數(shù)據(jù)量過大、加工效率低下等問題,本論文結合慢刀伺服車削技術在自由曲面加工中的優(yōu)勢,研究大口徑自由曲面加工過程中的科學問題以及實現(xiàn)滿足社會發(fā)展需求的高效率、高精度自由曲面車削方法。本論文主要涉及自由曲面加工中的關鍵技術及其誤差分析、刀具幾何參數(shù)設計、車削路徑規(guī)劃以及車削表面紋理后續(xù)處理等關鍵技術環(huán)節(jié)。1.自由曲面車削關鍵技術及加工誤差模型現(xiàn)代車床能夠完成自由曲面車削任務得益于伺服車削技術的發(fā)展。論文首先從機床主軸單元、進給軸單元和機床控制系統(tǒng)等三個方面分析了現(xiàn)代車床伺服車削自由曲面的關鍵技術。然后,從車削原理、加工設備、金剛石刀具、加工工藝過程等方面分析了大口徑自由曲面加工過程中的各種誤差源。建立了機床導軌垂直度、刀具輪廓波紋度和刀尖圓弧半徑對大口徑自由曲面造成的加工面形誤差數(shù)學模型;定性分析了加工工藝過程中的材料特性、裝夾變形、對刀誤差以及動平衡誤差等因素對加工質(zhì)量造成的影響,重點分析了機床主軸熱變...

【文章頁數(shù)】：141 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 光學自由曲面定義
        1.2.2 自由曲面加工方法研究現(xiàn)狀
    1.3 大口徑自由曲面加工面臨的挑戰(zhàn)
        1.3.1 加工時間問題
        1.3.2 自由曲面數(shù)控程序及車削路徑規(guī)劃問題
        1.3.3 刀具磨損問題
    1.4 論文主要研究內(nèi)容
第2章 自由曲面車削誤差模型分析
    2.1 工件坐標系下的常見自由曲面數(shù)學模型
    2.2 慢刀伺服車削自由曲面關鍵技術
        2.2.1 主軸及其驅動控制單元
        2.2.2 進給軸及其驅動控制單元
        2.2.3 機床數(shù)控系統(tǒng)
        2.2.4 自由曲面加工能力分析
    2.3 慢刀伺服車削原理誤差分析
    2.4 加工設備引入的誤差分析
        2.4.1 機床幾何精度
        2.4.2 機床控制系統(tǒng)精度
        2.4.3 主軸熱變形
    2.5 金剛石刀具引入的誤差分析
        2.5.1 刀具幾何形狀誤差
        2.5.2 刀具磨損
        2.5.3 刀具熱變形
    2.6 加工工藝引入的誤差
        2.6.1 材料特性
        2.6.2 裝夾變形
        2.6.3 對刀誤差
        2.6.4 動平衡誤差
    2.7 本章小結
第3章 自由曲面車削刀具幾何設計
    3.1 自由曲面加工金剛石刀具設計需求
    3.2 NURBS曲線控制點反求算法
    3.3 刀具參數(shù)設計
        3.3.1 刀具圓弧包角
        3.3.2 刀尖最大允許半徑
        3.3.3 計算實例
    3.4 本章小結
第4章 自由曲面車削路徑規(guī)劃
    4.1 自由曲面車削路徑研究現(xiàn)狀
    4.2 自適應刀具路徑算法
        4.2.1 基本原理
        4.2.2 自適應刀具路徑生成詳細算法
    4.3 自適應路徑算法理論分析
        4.3.1 計算實例
        4.3.2 自適應刀具路徑運動特性分析
    4.4 實驗驗證
        4.4.1 實驗硬件配置
        4.4.2 檢測條件
        4.4.3 實驗結果與討論
    4.5 本章小結
第5章 自由曲面表面車削紋理處理
    5.1 色散現(xiàn)象及原因
        5.1.1 車削原理固有因素
        5.1.2 刀具磨損
        5.1.3 刀具表面的“積屑瘤”
    5.2 車削紋理去除工藝實驗
        5.2.1 研究現(xiàn)狀及技術方案
        5.2.2 工藝試驗
        5.2.3 結果與討論
    5.3 本章小結
第6章 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
致謝
作者簡歷及攻讀學位期間發(fā)表的學術論文與研究成果



本文編號：3868776