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非球面计算机数控小磨具智能加工技术研究
万勇建
Subtype博士
Thesis Advisor袁家虎
2007-05-24
Degree Grantor中国科学院光电技术研究所
Place of Conferral光电技术研究所
Degree Discipline光学工程
KeywordCcos非球面 散粒磨料 光学加工 智能控制
Abstract现代光学技术的发展使得大口径非球面镜需求大增。我国目前手工加工为主的加工方式已不能满足需求。计算机数控小磨头加工技术(Computer Control Optical Surfacing Technology , 简称CCOS)是近二十年发展起来的加工大口径非球面的有效手段。CCOS是采用远小于工件直径的小磨盘,根据面形上误差分布的不同,控制磨盘在镜面的驻留时间以定量去除材料,实现镜面误差收敛的散粒磨料光学加工技术。小磨盘能够很好的与局部镜面贴合,实现镜面局部误差修正。本文是有关CCOS技术智能化加工非球面的技术研究,主要研究内容有: (1) 散粒磨料脆性材料磨削机理模型研究。针对脆性光学玻璃加工的不同去除方式,分别导出了相应的材料去除模型。从脆性材料裂纹扩展机理出发,推导了脆性破裂去除模型;从单个磨粒的塑性材料磨削出发,推导了脆性玻璃材料的塑性刮削去除模型;玻璃材料的抛光去除模型,主要借鉴半导体晶片化学抛光去除模型。综合归纳三种去除模型,归纳了涵盖散粒磨料磨削脆性材料三种去除方式的统一表述模型。进一步对几种常规光学材料大量实验研究,验证了上述模型推演。 (2) 研究了不同结构参数和不同运动参数对磨头去除函数性能的影响。最终根据磨头磨削函数的最优工艺需要,提出了最优行星式磨头结构参数和运动参数。进一步,在CCOS800机床上进行了各种参数、各种工作条件的磨头去除函数实验。细磨和抛光去除函数实验分别采用Leize PMM 30-20-10三坐标测量机和ZYGO干涉仪测量。 (3) 研究了现有CCOS光学加工工艺特点,提出现阶段的CCOS光学加工工艺具有典型的多变量非线性和模糊特性。而智能模糊控制技术擅长控制非线性“黑箱”型系统,与CCOS光学加工工艺控制特性具有很好的一致性。因此本文提出并构建了智能控制和线性控制模型并联的复合CCOS驻留时间控制模型。 (4) CCOS智能加工技术分别在两块非球面主镜上进行了细磨和抛光实验验证。实验验证中实现了Φ670mm f/1.7抛物面精度3μm(pv)的细磨加工和Φ418mm f/2抛物面精度pv=0.229λ,rms=0.037λ(λ=0.6328μm)的抛光加工。CCOS智能加工技术成功地在Φ670mm f/1.7、Φ630mm f/1.3、Φ400mm f/1.5抛物面等几个实际工程加工中得以应用,发挥了重要作用,充分验证了CCOS智能控制模型的有效性。 本文的主要创新点如下: (1) 从脆性材料裂纹系统扩展理论推导了玻璃材料磨削去除模型;推导了脆性玻璃材料在使用微小磨粒磨削时,塑性磨削状态的材料去除模型;并结合抛光去除模型归纳出涵盖散粒磨料磨削脆性材料三种去除方式的统一表述模型。 (2) 从CCOS磨头结构参数和运动参数两方面研究了它们对磨头去除函数性能的影响,得出了最优行星式磨头结构参数和运动参数。 (3) 提出并构建了智能模糊控制和线性控制模型并联的复合CCOS工艺控制模型,并进行了相应理论和实验验证。 (4) 提出了在CCOS加工中应用的半刚性磨盘技术。该技术能够提高CCOS的加工效率和有效抑制中高频误差。 本论文提出了散粒磨料统一表述模型,为CCOS工艺研究提供了理论基础;针对CCOS工艺过程的不确定性,构建了复合智能控制模型,为CCOS光学工艺智能化作出了有益的探索。
Pages144
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/160
Collection光电技术研究所博硕士论文
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GB/T 7714
万勇建. 非球面计算机数控小磨具智能加工技术研究[D]. 光电技术研究所. 中国科学院光电技术研究所,2007.
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