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新型非球面超精密加工装置数控系统的研究

李国  
【摘要】: 非球面光学零件以其优良的光学性能在军事、航天、航空、核能、天文以及重要的民用工业领域都有广泛的需求,尤其是在现代国防工业中,随着型号武器的发展,非球面光学零件的使用越来越广泛,所需要的尺寸也越来越大,其表面质量及轮廓精度要求也越来越高。而国内非球面特别是大型非球面的超精密加工还是空白,还没有形成系统的研究。因此,根据我国现有的技术水平,突破现有的工艺技术,开发新的高精度的非球面光学零件的加工方法,以及研制相应的超精密加工设备已成为势在必行的发展趋势。 本课题旨在设计一种比较完善的大型非球面光学零件超精密加工装置的数控系统,以实现光学非球面加工的低成本、高效率,并能满足加工精度和表面质量的要求。本文首先综述了国内外非球面超精密加工技术及超精密机床数控系统的发展概况。分析了本实验室超精密机床非球面加工原理,在此基础上应用机器人学中齐次坐标变换的方法建立了理想情况下超精密机床运动学模型,通过综合分析超精密机床的运动误差,给出了超精密机床的误差补偿模型。为了实现光学非球曲面的加工,进行了大行程超精密运动系统的总体设计,分别采用步进电机与压电陶瓷微位移器进行一次定位(粗定位)和误差补偿二次定位(精确定位),实现了大行程超精密运动定位。采用了一种基于光学通用方程的平行弦非圆曲线插补算法,初步开发了超精密机床数控系统及数控插补软件,软件采用Visual C++语言编写,采用面向对象程序设计方法,所有的功能模块都被封装成一个个相互独立的类,界面友好,通用性强。


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