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高速数控非球面加工技术研究

杨清全  
【摘要】: 随着国防工业、航空、民用光学技术的发展,各种高精度的非球面光学元件越来越多地应用于高性能要求的光学系统中。非球面光学元件具有矫正像差、简化系统、提高光学系统精度等优点。当前,光学非球面器件的使用主要受到其加工精度、表面质量和制造成本的限制。单点金刚石超精密车削加工技术以其高表面质量、低制造成本成为超精密加工光学元件的热点。 由于工件与刀具相对运动形式决定了非球面的加工精度,本文针对光学非球面的加工机理,提出改善加工效率、提高加工精度的加工方法,完成了实验系统的搭建与测试实验的进行,主要包括以下几个方面: (1)从机床加工运动原理着手,由直线导轨驱动刀具,完成了刀具x轴高频微进给,主轴y轴的水平移动,以及主轴的回转所形成三轴联动系统的搭建。不仅可以提高复杂球面超精密加工的加工精度和加工效率,在此基础上还提出了非球面切削中工件均匀切削量的控制方法。 (2)根据所搭建硬件系统的特征,设计了高精度非球面制造系统的软件模块,包括非球面切削加工的工件安装定位、加工轨迹规划、加工精度影响因素控制整套流程以及人机交互界面的设计。 (3)分析了超精密切削加工中误差产生的原因和规律,提出了一种补偿加工方法:从误差数据中分离出主轴长度误差、插补残差等所引起的误差,更新系统参数,将分离后剩余数据作为新的补偿误差数据进行补偿加工。 最后对系统进行了测试实验,结果表明所搭建的机构及调试的平台能够平稳有效地运动,并且达到了误差要求。本文的研究将为研制超精密加工设备,实现光学非球面元件的低成本、高效率的超精密加工提供理论支持与实践指导。


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