超精密车削加工模拟平台及动态仿真方法研究

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1、超精密车削加工模拟平台及动态仿真方法研究Researchonvirtualmachiningplatformanddynamicsimulationofultra-precisionturning学科专业：仪器科学与技术研究生：王志诚指导教师：张效栋副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一五年十二月摘要超精密加工是先进制造技术中非常重要的一种加工方式，主要应用在光学器件的高效、精密、自动化加工中，是评价一个国家工业化发展水平高低的重要指标。近些年随着光学自由曲面器件应用需求的增加，超精密加工技术难度在不断提高。在进行加工前，不仅需要根据加工器件特点考虑加工方式、

2、工艺参数、工艺流程优化，还需要关注被加工件与机床是否会有干涉、是否会出现过切等现象。尤其对于面形复杂度极高的阵列型器件，其建模及加工中的问题更加突出。因此，如果提供一套具有分析、计算功能的仿真系统，将可以帮助其制定、优化加工工艺流程，进而缩短研发周期，提高加工效率和产品质量。本论文以微透镜阵列器件为研究对象，开展了超精密仿真加工中的关键技术的相关研究。论文的主要工作如下：1、基于OpenCASCADE软件库搭建了超精密仿真加工平台，实现金刚石刀具参数设定和超精密五轴车床建模，并采用分块NURBS拟合方法对不同光学自由曲面进行统一描述。2、优化设计了光学自由曲面加工路

3、径，并提出一种超精密五轴加工运动仿真方法，结合刀具扫描体生成原理实现了材料去除的动态加工仿真；为快速得到被加工表面，利用离散法对加工面型进行了快速表征。3、针对微透镜阵列加工实验中存在的表面纹理问题，提出了一种正弦过渡路径生成方法，对正弦过渡路径进行了理论分析和优化设计，通过对比实验验证了该方法能有效避免加工纹理同时提高表面质量的一致性。关键词：加工仿真、路径设计、动态仿真、微透镜阵列IABSTRACTUltra-precisionmachiningisaveryimportantultra-precisionmachiningmethod,whichisappli

4、edinhighlyefficient,preciseandautomatedmachiningoffree-formsurfaces.Itdemonstratestheindustrializationlevelofacountry.Ultra-precisionmachiningbecomesmoredifficultrecentlywiththeincreasingapplicationrequirementsoffreeformoptics.Themachiningmethod,machiningparametersandmachiningprocedure

5、sshouldbetakenintoconsiderationbasedonmachineddevices’characteristicsbeforefabrication.Moreover,whethertherewillbeinterference,overcuttingphenomenonbetweenmachinedpartsandlathes,andotherissuesshouldbeanalyzed.Especiallyforthearray-typedevicesrequiringhighlycomplexformshape,thesefactors

6、aremoreremarkableinsimulationsandmachiningprocess.Itisthereforenecessaryforthesimulationsystemwithanalysisandcalculationfunctions.Thiskindofplatformwouldnotonlyhelptooptimizethemachiningproceduresandthenshortenthedevelopmentcycle,butalsoimprovemachiningefficiencyandproductquality.Thisp

7、aperfocusedonthekeytechnicalissuesofvirtualultra-precisionmachiningthroughthefabricationofmicrolensarray.Themainworkofthepaperisasfollows,1.Anultra-precisionfive-axissimulationplatformwasestablishedbasedontheOpenCASCADEsoftwarelibrary.Itcangeneratethemachinemodel,toolmodelandfreeform