sic光学材料超精密研抛关键技术分析

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1、国防科学技术大学研究生院学位论文摘要空间光学系统的快速发展，对光学零件的轻量化提出了严格要求。与传统光学材料相比，SiC的比刚度最大，在尺寸相同的条件下，其轻量化程度最高；此外，它还具有热变形系数小、光学性能好、各向同性、无毒、能够实现复杂形状的近净尺寸成型等优点，因而成为空间反射镜的首选材料。作为一种多相陶瓷，SiC的材质既硬且脆，加工难度很大；从已见报道的SiC反射镜来看，其面形精度尚不能满足高精度光学系统的成像要求，这使得它在应用中受到限制；因此，探索SiC材料的加工工艺性是目前亟待解决的关键问题之一。本文以JM030．2型平面研抛机和自研的光学非球面

2、复合加工机床为对象，对研抛过程中SiC材料的去除特点及影响因素进行研究，在此基础上建立确定量研抛的数学模型。主要内容和创新点包括：l、根据平面研抛的成形原理和材料去除特点，建立了工件表面相对运动轨迹的数学模型，给出了不同偏心条件下加工区域的平均压强分布形式；在SiC工件的平面研抛实验中，通过选择合适的加工条件和对工艺参数进行调整，能够实现表面材料的均匀去除，获得理想的工件面形，同时也为非球面确定量研抛提供工艺指导。2、针对计算机控制光学表面成形(CCOS)的加工方式、误差收敛特点，研制了去除函数呈高斯分布的双转子结构研抛模；采用脉冲迭代法、平滑因子傅立叶变换

3、法推导出驻留时间的算法，求解过程中根据工件面形的特点作了各种形式的简化；提出了工件表面和研抛模的吻合误差与局部压强、材料去除率、收敛比之间内在关系的数学模型，并推导出相应的计算公式；分析了边缘效应产生的原因，在加工过程中采用相对压力因子对去除函数进行修正，可以消除边缘效应的影响。3、研制了集铣磨成型、研磨、抛光于一体的光学非球面复合加工机床(AOCMT)，分析了各种运动误差对铣磨精度的影响；根据空间齐次坐标的变换模型，推导出多轴数控加工的后置处理算法；通过五轴数控联动，AOCMT机床能够以法向方式加工出任意复杂的光学表面，铣磨精度稳定在8岫之内。4、提出了根

4、据不同成分面形误差的分布特征、进给步距、收敛比和吻合特性要求，确定研抛盘尺寸的新方法：对CCOS加工中研抛模运动路径的规划进行了深入研究，并给出了相应的工艺流程和技术规范。5、磁流变抛光(MRF)是超光滑光学表面的一种新型加工技术，本文从MRF的磁、力学性质出发，研究了磁流液的稳定性、流变效应、链化结构和连续介质模型；根据抛光区内剪应力、正压力的分布特征。提出了MRF的定量加工模型；然后以平面工件的磁流变抛光为例，揭示了工艺参数对材料去除率和表面粗糙度的影响规律。关键词：轻量化比刚度计算机控制光学表面成形路径规划收敛比磁流变抛光流变效应第1页国防科学技术人学

5、研究生院学位论文ABSTRACTAlongwiththerapiddevelopmentofspaceopticalsystem，thelightweightrequirementsforopticalcomponentsaremoreandmorecritical．Comparedwithtraditionalopticalmaterials，thespecificstiffnessofSiCismuchbigger．Ifthestructuraldimensionisthesame，thelightweightextentofSiCcomponentsi

6、sthehighest．Furthermore，SiChavethesemeritsoflowthermaldistortion，excellentopticalperformance，isotropy,irmocuityandmoldingforcomplexshape．Accordingly、SiCisthefirstofallopticalmaterialswhicharemadeforspacemirrors．Asakindofpolyphaseceramics，SiCisveryhardandcrispItisdifficulttOaccurate

7、lymachineSiCcomponents．Atpresent，theshapeprecisionofSiCmirrorscan’tstillmeettherequirementforhigh-precisionopticalsystem，andthisstatusrestrictstheirapplication．Consequently，itisakeyissuetOresearchtheprocessingpropertyofSiCmaterials．Inthisdissertation，quantificationallappingandpolis

8、hingtechnologiesofSiCmater