非球面精密加工技术研究【文献综述】

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1、毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化非球面精密加工技术研究摘要：目前,利用计算机自动控制技术,实现非球面元件的快速精密加工成型,能够保证非球面零件具有较高的面形精度和表面质量精度，然而如何对成型后的零件进行精确抛光,是制约中小口径非球面零件生产的瓶颈。精密加工的方法基本有磨削加工和研抛两种。磨削设备比较精密而造价一般很昂贵，研抛虽然能带来很高的表面加工质量，但是其过程控制非常棘手。所以研究研抛技术要从新设备和新方法着手。关键词：非球面精密加工数控技术柔顺研抛世界各国都十分重视高精度光学零件的精密加工技术研究与设备研制，并为

2、此投入了大量的人力、物力和财力。美国国防部所确定的未来22项关键技术中大部分都和光学零件有关[1]。在巨额资金的支持下，美国在光学零件的超精密加工设备和加工工艺方面取得了许多重大成果，居于世界领先地位[2]。美国光学零件加工技术的发展出于国防的需要，通过能源部激光核聚变的任务以及海陆空三军制造技术开发计划等对光学零件超精密加工技术的研究开发投入了巨额资金和大量人力，成功地研制了一系列的专用或通用机床。其代表作是LLL实验室1983年研制成功的第三号大型超精密金刚石车床(DTM-3型，该机床可加工2100mm、质量为4500k

3、g的光学零件)，以及1984年研制成功的大型光学金刚石车床LODTM[3]（如图1示）。图1美国LLL实验室的大型光学金刚石车床（LODTM）美国摩尔公司研制的Nanoteeh500FG超精密自由曲面而加工机床，主要用于光学零件和模具的加工，加工直径达250mm，加工长度达150mm。Nanoteeh500FG机床采用多轴动方式，直线坐标轴和高速磨削主轴采用液体静压轴承，旋转坐标轴和工件主轴采用空气静压轴承，选用高精度滚珠丝杠作为直线轴的驱动，工件的运动精度达到50nm[4]。1.工作台2.测量基准架3.测头4.向参考光束5

4、.溜板龙门架6.砂轮轴图2英国Cranfield公司OAGM2500大型精密机床英国Cranfield大学精密工程研究所(CPPE)与BritishScienceandEngineeringResearchCouncil(SERC)联合研制了大型超精密金刚石镜面磨削机床OAGM2500（如图2示），可以加工大型X射线天体望远镜所用的非球面反射镜。该研究所还研制成功了可加工X射线望远镜的内侧回转抛物面和外侧回转双曲而的金刚石切削机床。CUPE生产的Nanocentre非球面光学零件加工机床，加工直径为600mm时，面形精度优0

5、.11m，表面粗糙度优于0.01m[5-6]。此外，比较有影响的光学零件精密加工机床还包括德国Kugler公司生产的超精飞切车床F系列（如图3示），微车床D系列，金刚石磨床A系列；美国Precitech公司生产的六种Optimum系列；英国Taylor/HobsonPneumo公司生产的Optform、Microform、Nanoform等三个系列[7-8]。图3德国Kugler公司生产的FG-001精密机床国内从20世纪80年代后期开始进行CCOS(ComputerControlledOpticalSurfacing)技术

6、的研究，南京紫金山天文台、北京理工大学、清华大学等单位分别研制了P-型和X-Y型实验机床，开展了一些计算机控制研抛的原理性研究；1997年浙江大学进行了光学非球面自动加工的研究，取得了较好的结果；长春光机所研制出了FSGJ-1数控非球面光学加工中心，加工面形精度可达/20；成都精密光学加工中心也于1998年从俄罗斯引进了AD-100型三轴抛光机床[9-11]。下面介绍几种新型的非球面研抛加工技术。如图4所示,是一种气囊式抛光技术[12]。气囊式抛光工艺方法，是20世纪90年代伦敦光学实验室提出来的一种新的抛光方法。伦敦光学实

7、验室在UK粒子物理，天文学研究委员会和工商界的资助下，开展了气囊抛光理论与技术的研究，并与Zeeko公司合作开发了IRP系列气囊抛光机床，取得了丰硕的成果，为气囊抛光技术的发展做出了很大的贡献。工作原理是被加工件随着工作台自转的同时在水平方向和垂直方向按一定的轨迹移动,以保证抛光头磨削被加工件任意点时都保持恒定的接触面积和压力。由于抛光过程中采用工件台转速为主切削力,在整个加工口径内进给速度恒定。可通过抛光运动控制软件来控制抛光气囊与工件抛光表面的相对位置,改变抛光接触区面积,抛光压力可以通过气囊内部的压力而得到调节。（a）

8、气囊式抛光头结构简图（b）抛光示意图图4气囊式抛光示意图但是气囊式抛光技术抛光效率较低,越接近工件边缘,其粗糙度越大,去除量越低而对边缘处以外的地方去除量基本一致,抛光效率较边缘处高。随着磁流变技术的发展及应用，磁流体抛光技术又称磁流变抛光技术（QED）是电磁理论、流体力学、分析化学等应用