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非球面铣磨机的设计及其数控加工轨迹算法模块的开发

雷华  
【摘要】:随着科学技术的日益发展,光学非球面器件在各种光学设备中发挥着越来越重要的作用。如何加工出高质量的非球面光学器件是从事光学工作科研人员非常关心的也是非常迫切的问题。传统的非球面器件加工方法已经满足不了科研工作者的需要,而将数控加工技术与光学加工技术相结合的数控加工方法能大大提高加工精度和效率,这也将是今后非球面加工的主要方法及发展方向。 本课题正是基于这种背景开发研制了一台适用于非球面镜片加工的数控光学加工机床——铣磨机(XM-50)。本文首先论述了非球面铣磨机的机械总体结构和技术参数并对其关键部件的结构设计进行了分析。然后介绍了非球面铣磨机的数控系统的硬件结构和主要特点。接下来重点阐述了非球面铣磨机的数控加工算法模块的研制与开发。该数控加工算法模块采用了双圆弧拟合算法,为加工出高质量的非球面镜片提供了理论基础。在软件设计中还用到了结合下降算法(一维直线搜索法)具有全局收敛性的牛顿法求解非线性方程组,为等误差的局部坐标法离散曲线提供了数学保证。最后用此算法模块软件输出的数控加工程序在铣磨机上对镜片进行了实际切削加工试验。实验结果表明:该铣磨机加工的镜片精度完全能满足实际要求,可以作为加工非球面镜片的数控磨削设备。 本课题中完成的主要工作如下: (1) 铣磨机(XM-50)的总体机械结构设计 (2) 铣磨机(XM-50)装夹系统的有限元分析 (3) 非球面数控加工轨迹算法模块的开发 (4) 铣磨机(XM-50)的调试与非球面的实例加工


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