李智[1]2016年在《组合磁流变抛光的关键技术研究》文中提出随着3C电子行业的蓬勃发展,铝合金、蓝宝石、氧化锆陶瓷等材料在手持设备、智能穿戴设备、武器装备等领域得到了广泛应用。由于用户群体数量庞大,外观要求精益求精,因此3C零部件需求量巨大,表面质量要求日益提高。传统的平面研磨抛光方法可以实现平面薄型零件的高效高精度表面抛光。但伴随着2.5D曲面和3D曲面在3C零部上的应用,传统的研磨抛光方法不仅难以实现弧形零件的加工,而且机床精度要求均很高。针对上述问题,本文将磁流变抛光方法应用到3C制造业,研究了组合磁流变抛光技术,利用该技术实现了3C零部件的高效高表面质量加工。本文的主要内容包括:阐述了组合磁流变抛光技术的原理,分析了平面抛光和曲面抛光的运动,并建立了相应的运动方程,从理论上证明了该技术的可行性。计算了抛光各运动所需要的扭矩,简要介绍了组合磁流变抛光机床YHMRF-640的结构特点和控制系统,为工艺技术的研究奠定了基础。根据抛光方式的要求,设计了抛光的电磁场。采用Ansoft Maxwell软件对电磁场进行了仿真,分析了抛光区域内的磁场强度和磁力线分布。根据仿真模型制作出了电磁场,验证了磁场的实用性。为了提高磁场的使用性能和寿命,对电磁场的冷却方式进行了探讨,计算了线圈的温升,确定了间接冷却的方式,选定变压器油为冷却介质。最终根据电磁场的结构特点,设计了冷却回路。分析了磁流变液各组成成分的选用依据,研究了磁流变液的分散稳定性理论。根据理论依据配制了磁流变液,测试了磁流变液的剪切应力和粘度,结果表明:零场状态流动性良好,励磁状态剪切应力较高。最后对磁流变液的失效形式进行了研究,提出了相应的预防方法和改进措施。应用自主研制的磁流变抛光机和磁流变液,用单因素实验方法分别研究了磁场强度、抛光间隙、工件转速、摇摆角度、磁敏微粒粒径和磁敏微粒质量分数等参数对材料去除率和表面光泽度的影响规律,为优化工艺技术提供了良好的实验基础。
彭小强[2]2004年在《确定性磁流变抛光的关键技术研究》文中研究指明随着科学技术的发展，现代光学系统对光学零件的表面形状精度、表面粗糙度以及亚表面损伤程度的要求越来越高。尤其是非球面光学零件具有矫正像差、改善像质、扩大视场、增大作用距离的优点，并且一个或少数几个非球面镜能够代替较多的球面镜，从而简化光学系统结构、降低成本、减轻重量，因而在现代光学系统中得到越来越多的应用。但是，传统的光学零件加工方法由于效率低下、加工质量难以控制已经难以适应科技发展的需求。为了解决这些技术困难，本文研究了一种新型的光学零件抛光成形工艺——确定性磁流变抛光技术。确定性磁流变抛光技术将电磁学、流体动力学理论、分析化学与光学零件加工理论相结合，它提供了一种可以准确控制去除量的确定性抛光策略，通过计算机控制，可以精确的控制抛光后的光学零件面形，同时保证低粗糙度的表面加工质量、微小的工件亚表面损伤和高的加工效率。本文研究工作包括以下几个部分： 1．根据磁流变抛光技术的特点，研制出一台磁流变抛光实验样机。对抛光实验样机中磁流变抛光所需的磁场进行了理论分析，并对该磁场内的磁流变液中的磁敏粒子所受的磁场力进行了分析，推导出磁流变抛光液在抛光区内形成单一稳定缎带凸起即“柔性抛光模”的必要条件。经过实际加工验证，该实验样机可以实现光学零件的磁流变成形抛光。 2．适合光学零件抛光的磁流变抛光液的配制研究。根据磁流变液的性能评价指标和光学零件的磁流变抛光具体要求，对磁流变抛光液的各组成成分进行了选择，确定了其各自最佳成分类型，成功的配制出合格的水基磁流变抛光液。利用自研的新型磁流变仪对其测试，该磁流变仪不但具有传统磁流变仪的功能，而且能测量磁流变抛光下磁流变液的性能，结果表明其性能完全能够符合磁流变抛光的要求。 3．建立了磁流变抛光材料去除数学模型。根据抛光的传统解释和磁流变抛光的实验现象，对磁流变抛光材料去除机理进行了研究，认为磁流变抛光是由于磁流变抛光液的流动使抛光颗粒对工件材料进行了剪切去除，同时认为，该过程也是一种机械、化学的综合作用。在这个基础上，根据Bingham介质的流体动力学润滑模型，利用超松弛迭代数值算法，建立了磁流变抛光的材料去除的数学模型。 4．对磁流变抛光工艺参数进行了实验研究。进行了以抛光去除效率和表面粗糙度为考核指标的工艺实验，得到表面粗糙度为rms0.66nm的玻璃工件。应用正交实验法分析了磁流变抛光中主要工艺参数(磁场强度、抛光粉浓度、抛光盘的转速、抛光盘与工件间的间隙)对抛光去除效率和表面粗糙度的影响规律，总结出工艺参数优化选择原则。最后，在一种基于矩阵的驻留算法基础上，对一φ60mm的回转对称面形的BK7玻璃零件进行了磁流变抛光面形修整，使该工件面形精度从8um提高到0.5um以内。
王德康[3]2018年在《带式磁流变抛光关键技术研究》文中研究表明光学加工主要可分为接触式加工和非接触式加工,接触式加工主要依靠各种类型的“磨头”在工件表面产生的剪切力实现去除,所以一般来说由于磨头的磨损,压力的不可控等因素会导致加工确定性不高,容易产生亚表面破坏层等问题。磁流变抛光技术作为一种“柔性磨头”的加工方式,又具有磁流变液完全回收,磨头状态稳定无损耗的特点,因此较传统接触式加工方法极大地提高了加工精度。但是,对于目前空间光学领域被越来越多使用的2m量级以上的大口径光学元件,尤其是对SiC反射镜来说,材料去除效率不足的问题尤为突出。在这种背景下,带式磁流变抛光技术被提出,它能够在保证加工精度和确定性的前提下,通过提高去除函数的面积提高去除率,从而缩短加工周期,降低加工成本。本文以国家工程项目对大口径非球面快速低成本制造的需求为基础,以大口径非球面磁流变加工为主线,对带式磁流变抛光过程中的关键技术展开了研究,最终初步研制出可稳定运行的带式磁流变样机并且在与机床集成后完成了Belt-MRF加工中心的搭建,为带式磁流变应用于大口径非球面的快速低成本制造奠定了硬件基础,并且通过深入的工艺研究也为工程应用提供了技术支持。论文的主要研究工作包括:1.系统硬件技术研究。针对前期实验原理样机存在的诸多问题,本文提出并实现了一系列革新设计。自主设计并制造了一种新型的皮带,在配合气浮层润滑的基础上解决了皮带与磁盒之间摩擦阻力过大的问题;仿真设计并制造了一种磁铁能够同时满足加工区域以及喷嘴和回收处的磁场需求,提高了峰值去除率从而提高了材料去除率;在磁流变液上升阶段利用蠕动泵实现了对磁流变液的回收,解决了发热易氧化的问题。2.去除函数分布模型。由于带式磁流变去除函数长度较大,所以研究其去除函数在长轴方向上的材料去除率分布是有意义的。在研究了影响磁流变去除率的各种因素后,我们选取了间隙斜率这个参数作为主要变量。结合我们提出的虚拟缎带凸起理论,通过大量的实验数据,发现了关于带式磁流变去除函数分布的模型。该模型可以指导带式磁流变去除函数的设计与选取,并且可以实现去除函数可变的功能。3.带式磁流变工艺实验。带式磁流变由于其去除函数较长,所以存在边缘效应,以及在不同材料,不同曲率的元件上的去除函数都与传统磁流变存在区别。这里我们从保证去除函数稳定性出发,进行了多组工艺实验,完善了带式磁流变的工艺函数库,为后续的实际加工提供了技术支持。4.带式磁流变抛光能力验证。带式磁流变应用于实际加工需要考虑到边缘效应,进刀方向,长度方向上加工元件姿态受限等问题。在结合实验室已有算法以及带式磁流变去除函数特点后,对一块直径235mm的SiC平面反射镜的进行了加工,取得了良好的效果,也验证了带式磁流变可以应用于大口径光学元件的快速加工制造。
李龙响[4]2016年在《大口径非球面磁流变加工的关键技术研究》文中研究指明由于大口径非球面能够校正像差,增大视场,提升像质,减少系统光学元件数量,从而有效地减少重量,降低成本,因此大口径非球面在现代天文观测和对地观测等大口径光学系统中得到了广泛的应用。但是现代大口径光学系统对非球面的面形精度、表面粗糙度和亚表面损伤等要求也更为严格。传统的计算机控制表面成形等加工方法由于加工确定性低和收敛效率慢等问题难以满足非球面,尤其是大口径离轴非球面的制造需求。磁流变抛光技术作为一种新型的光学加工技术,具有加工确定性高、收敛效率稳定、边缘效应可控、亚表面破坏层小、加工适用性广以及加工大径厚比的光学镜面不存在复印效应等诸多优点,在非球面制造领域有着广泛的应用前景。本文以国家工程项目对大口径非球面快速低成本制造的需求为基础,以大口径非球面磁流变加工为主线,对非球面磁流变抛光过程中的关键技术展开了研究,最终形成了大口径非球面磁流变加工工艺流程和可视化控制算法软件,完成了1.5m量级大口径离轴非球面磁流变抛光技术的高效高精度确定性加工,为我国大口径非球面的快速低成本制造提供了技术支持。论文的主要研究工作包括:1.磁流变抛光数控加工中心。提出磁流变抛光模块中永磁型磁场工程化设计流程和设计指标,完成了磁场设计和磁场优化;对磁流变抛光模块进行紧凑型布局,先后将抛光轮直径为160mm和360mm的磁流变抛光模块集成到MRF160/MRF360数控中心上;对不同磁流变抛光数控加工中心进行去除函数测试。2.大口径光学表面磁流变抛光的驻留时间求解算法。研究了适用于磁流变抛光的Preston假设,提出磁流变抛光的材料线性去除模型和基于矩阵运算的修形过程;分析了大口径非球面磁流变加工过程中驻留时间算法的特点,提出基于自适应正则化和SBB相结合的快速高精度非负驻留时间求解算法。3.中高频误差抑制和边缘效应控制。对磁流变抛光过程中的中高频误差-振铃效应和刀痕误差,进行探讨和研究,一方面提出基于保形映射和双协调样条插值的保形延拓,对任意几何形状的面形误差边界振铃进行抑制;另一方面提出基于去除函数积分模型的刀痕误差产生机理,通过分析刀痕误差的影响因素,给出了磁流变抛光刀痕抑制和消除策略。对磁流变抛光的边缘去除函数进行实验测定,拟合边缘去除函数变化规律,在驻留时间求解算法中进行了边缘效应控制。4.大口径非球面加工位姿控制。提出抛光轮的轮半径方向沿着非球面最接近球面的法线方向,同时利用非球面与最接近球面之间的偏离量进行加工补偿,以确保抛光间隙恒定的位姿控制策略。建立数控中心低自由度下的变去除函数补偿模型。通过对永磁型磁场进行优化设计,建立虚拟轴位姿控制模型。5.大口径非球面磁流变加工工艺与控制算法软件。提出在大口径非球面光学元件制造过程中引入磁流变加工工艺,建立了大口径非球面磁流变加工的完整工艺流程;利用Matlab和C++混合编程技术编写以Matlab为基础的GUI可视化控制算法软件。完成1500mm量级大口径离轴非球面磁流变抛光技术的高效高精度确定性加工。
徐志强[5]2015年在《小口径非球面斜轴磁流变抛光关键技术研究》文中认为近年来，随着高性能非球面光学产品在航空航天、光电通讯、武器装备等领域的广泛应用，小口径非球面光学零件的需求量持续增长，其精度要求也日益提高。小口径非球面常采用超精密车削和磨削进行加工，但是车削和磨削会在加工表面残留加工痕迹和加工缺陷，因此需要后续的超精密抛光来提高表面质量。由于小口径非球面狭小的加工空间和高质量的光学表面要求，采用传统的抛光方法难以加工。针对上述问题，本文将磁流变抛光方法引入到小口径非球面抛光中，并结合小口径非球面的加工特点，研究出适合小口径非球面加工的斜轴磁流变抛光技术。同时将其与传统的超精密车削和磨削相结合，形成超精密车削与斜轴磁流变抛光以及超精密磨削与斜轴磁流变抛光两种组合加工工艺，实现对小口径非球面的高效、高精加工。本文的研究工作主要包括以下内容：分析了小口径非球面的特征和应用需求，综述小口径非球面超精密车削、磨削、抛光的现状，探讨目前小口径非球面超精密抛光加工中存在的问题，并提出相应的解决措施。提出了小口径非球面斜轴磁流变抛光方法，分析其加工原理，并建立加工路径控制数学模型，探讨小口径非球面抛光过程中的曲率干涉和刀杆干涉问题，并建立抛光过程中的几何干涉数学模型。研究斜轴磁流变抛光去除机理，分析流体动压力、磁化压力等参数对抛光的影响，并建立斜轴磁流变抛光去除数学模型。为小口径非球面斜轴磁流变抛光工艺的应用提供理论基础。研制了小口径非球面斜轴磁流变抛光装置，并对斜轴磁流变抛光头内部励磁磁场进行有限元仿真分析。试验研究了抛光头的去除性能以及加工区域的磁场大小。为小口径非球面斜轴磁流变抛光的实现提供切实可行的加工装置。分析了磁流体、磁流变液、复合磁流体等叁种磁性抛光液的稳定性、成链性、粘性、抛光性能等基本性能，配置出兼具高稳定性和高剪切去除特性的复合磁流体。试验分析基于纳米金刚石和微米氧化铈复合磨粒的磁流变抛光性能。为非球面斜轴磁流变抛光的实现提供性能优良的抛光液。将小口径非球面的超精密车削、磨削与斜轴磁流变抛光有机结合，研制了超精密车削与斜轴磁流变抛光以及超精密磨削与斜轴磁流变抛光两种组合加工工艺和装置，并对碳化钨和不锈钢小口径非球面分别进行了试验研究。
王安伟[6]2008年在《磁流变抛光工艺及其装备的关键技术研究与应用》文中研究指明光学零件被广泛应用于工程领域中,传统的光学加工方法无论从生产效率方面还是在加工精度和加工质量的稳定性方面,都无法满足对光学零件提出的加工精度和表面质量的要求,因此研究一种具有高效率和高精度的光学零件加工方法具有重要的实际意义。磁流变抛光作为一种新型的光学零件加工方法,它是通过梯度磁场使载液轮和工件表面之间的磁流变液体的流变性能发生变化,在工件表面与磁流变液接触的区域产生较大的剪切力,从而使工件表面材料被去除。它提供了一种可以精确控制抛光后的光学零件面形,同时保证零件表面低粗糙度和高加工效率的抛光方法。本文主要做了以下几个方面的研究工作:1.研制了磁流变抛光设备。从磁流变抛光原理和材料去除机理出发,确定了磁流变抛光实验设备的总体布局和结构设计,在基于不同机床本体的磁流变抛光装置进行优劣比较的基础上,研制了基于立式数控铣床的磁流变抛光设备;基于Preston方程,提出了磁流变抛光工艺的优化控制方法,通过建立磁流变抛光的材料去除的模型,并对材料的去除函数进行分析,构造了抛光点驻留时间函数的求解方法;经过加工证明,该设备具有便于控制、加工效率高和精度高等优点,可以满足高性能光学零件磁流变抛光要求。2.设计了有效的磁路结构。针对磁流变抛光要求设计了能方便控制抛光区内磁场的电磁铁磁路结构,建立了磁路结构和磁场强度分析模型,并对相关参数进行了优化;通过静态磁路理论和标量磁位分析,获得了相应磁路结构的磁场强度分布状况,并采用有限元分析软件ANSYS进行仿真,进而验证了磁路结构对磁流变抛光工艺的适应性和有效性。3.根据磁流变抛光工艺要求,设计与开发了液体循环系统。从系统的功能性和实用性出发,研制了一套满足磁流变抛光的循环系统;研制了用于磁流变液体循环的搅拌混合装置,对储液缸和搅拌浆的类型和形状进行了确定,通过搅拌功率的计算,确定了电机的功率,计算出搅拌轴的尺寸,并对其进行校核;在对流体粘度对抛光的影响研究的基础上,建立了粘度控制的数学模型,阐明了控制系统工作原理以及硬件组成,提出了在上位机控制下,实现粘度控制系统的软件控制方法;通过实验表明,该循环系统可以保证磁流变液稳定的工作,对磁流变抛光的稳定进行提供了保证。4.对磁流变抛光的工艺进行了实验研究。通过选取对磁流变抛光影响明显的几个主要参数(磁感应强度、载液轮转速、工件转速、载液轮与工件间的间隙)进行工艺实验,应用正交实验方法分析这些参数对磁流变抛光效率和表面质量的影响,总结出各工艺参数对去除率及抛光表面粗糙度的影响规律,提出了光学零件磁流变抛光的阶段划分和各阶段工艺参数选取。
李中会[7]2010年在《磁流变抛光工艺优化及关键技术研究与应用》文中认为随着科学技术的快速发展,光学零件在航空、航天、宇宙探测、军事侦察以及激光核聚变等高科技领域的应用越来越广泛,对光学零件的加工精度和表面质量要求也越来越高;传统的光学加工方法无论从生产效率方面还是在加工精度和加工质量的稳定性方面,都无法满足现代光学零件提出的加工精度和表面质量的要求和市场的需要,因此迫切需要发展新型的高效率高质量的先进光学抛光技术。磁流变抛光技术(MRF)是近年来发展起来的一种新型的光学加工技术,在光学加工中具有传统加工方法无法比拟的优点。它能够加工出具有超光滑表面,它利用梯度磁场使抛光轮和工件表面之间的磁流变液体的流变性能发生变化,使工件表面与磁流变液接触的区域产生较大的剪切力,以此来去除工件表面材料,同时不会对抛光工件产生亚表层的破坏。磁流变抛光不仅可以确定性地对光学元件的面形进行修正,而且还可以获得较高的抛光效率和纳米级的表面粗糙度。本文针对光学玻璃抛光加工,开展了磁流变抛光技术研究,主要做了以下几个方面的研究工作。(1)建立了磁流变抛光材料去除数学模型及基于矩阵理论的驻留时间算法。为了能够对抛光过程中的去除形态进行研究,基于Preston方程,建立了磁流变抛光的材料去除率的数学模型,修正了压力P的求解方程,并推导了相对速度V的计算公式。针对目前驻留时间算法普遍存在迭代计算繁琐、收敛性差和计算效率低等缺点,提出了矩阵理论的驻留时间算法。(2)构建了磁流变抛光综合效应模型。以磁流变抛光工艺涉及的主要因素为对象,研究了磁流变抛光实验方案、约束条件、工艺参数等问题。在理论与实验研究基础上,探索材料去除规律,基于抛光轮切线方向“磨头”的运动关系和实验数据,推导出了以易于改变和控制的磁流变工艺参数为变量的材料去除函数z(y_i),构建了磁流变抛光综合效应模型。并在工程实验中得到验证,为实现磁流变抛光的精确和稳定控制创造了基本条件。(3)对磁流变抛光工艺参数进行了实验研究。进行了以表面粗糙度和材料去除率为工艺指标的工艺实验,应用正交实验分析了磁流变抛光中主要工艺参数(磁场强度、工件转速、抛光轮转速、抛光间隙)对表面粗糙度和材料去除率的影响规律,并总结出了在单项工艺指标下的抛光工艺参数的组合。(4)基于灰色理论对磁流变抛光工艺参数进行了优化研究。利用正交实验对抛光工艺参数组合进行均衡搭配,通过小样本的有限实验数据分析。采用灰色关联理论实现了对磁流变抛光工艺参数单目标因素和多目标因素的优化,获得了兼顾工件表面质量和材料去除率的最佳抛光工艺参数组合方案。
尤伟伟[8]2004年在《磁流变抛光的关键技术研究》文中进行了进一步梳理磁流变抛光技术(MRF)是近十年新兴的一种先进光学制造技术,它将电磁学、流体动力学理论、分析化学与光学零件加工理论相结合,提供了一种可以准确控制去除量的确定性抛光策略,通过计算机控制,可以精确的控制抛光后的光学零件面形,同时保证低粗糙度的表面加工质量、微小的工件亚表面损伤和高的加工效率。磁流变抛光技术克服了传统的光学零件加工方法效率低下、加工质量难以控制等缺点,开展这项技术的研究对于推动我国光学加工技术的发展具有重要的意义。本文立足于磁流变抛光技术的基础性研究,主要工作包括以下几个部分: 1.根据磁流变液的性能评价指标和光学零件的磁流变抛光具体要求,对磁流变抛光液的各组成成分进行了选择,确定了其各自最佳成分类型,成功的配制出合格的水基磁流变抛光液。 2.对所配磁流变抛光液的稳定性和流变性进行了研究。分析了影响稳定性的因素并对稳定性进行了实验研究;自行研制了一台新型磁流变仪对磁流变抛光液的流变性能进行了测试。结果表明我们所配置的磁流变抛光液的稳定性和流变性完全能够符合磁流变抛光的要求。 3.根据Bingham介质的流体动力学润滑模型,利用超松弛迭代数值算法,建立了磁流变抛光的材料去除的数学模型,其理论模型与试验结果吻合良好。 4.进行了以抛光去除效率和表面粗糙度为考核指标的工艺实验,得到表面粗糙度为rms0.66nm的玻璃工件。应用正交实验法分析了磁流变抛光中主要工艺参数(磁场强度、抛光粉浓度、抛光盘的转速、抛光盘与工件间的间隙)对抛光去除效率和表面粗糙度的影响规律,总结出工艺参数优化选择原则。
宋辞[9]2012年在《离轴非球面光学零件磁流变抛光关键技术研究》文中进行了进一步梳理现代科学技术的飞速发展，使得基于离轴非球面光学零件的反射式光学系统在对空观测、对地观测、极紫外光刻等前沿领域得到了广泛应用。相比同轴光学零件而言，离轴非球面光学零件复杂的制造特征使得其制造过程不仅存在面形误差收敛特性、加工精度可达性等问题，而且面临特征量参数控制、面形误差检测以及高精高效工艺路线等难题。因此，离轴非球面光学零件的加工一直是现代光学制造领域的重点和难点问题。目前，现代光学系统对离轴非球面光学零件需求日益增长，传统光学零件加工技术已经无法满足实际应用需求。磁流变抛光技术作为一种新兴的光学加工方法，具有去除函数稳定可调、加工过程确定可控、加工结果精确可预测、边缘效应小、表面质量高、亚表面损伤低以及工艺适应性强等独特优势，在离轴非球面光学零件制造方面具有潜在的应用前景。本论文以离轴非球面光学零件的高精高效制造为需求牵引，针对离轴非球面磁流变抛光过程中的关键理论和工艺问题开展研究，旨在实现面形误差和特征量参数双重约束条件下的离轴非球面光学零件的磁流变抛光，形成基于磁流变抛光技术的加工工艺路线，从而提升我国离轴非球面光学零件的制造水平。论文的研究工作主要包括以下几个部分：1、基于离轴非球面的曲率半径连续变化、非线性、大矢高、大离轴量、大口径等制造特征，衍生出相关理论问题：变曲率去除函数建模、非线性成形过程建模、高动态性驻留时间模型及算法。通过这些理论问题的研究，旨在为离轴非球面光学零件磁流变抛光修形提供理论基础和工艺依据。2、在离轴非球面磁流变抛光修形理论的基础上，考虑磁流变抛光修形的实际应用，对离轴非球面磁流变抛光的修形工艺进行优化。通过优化离轴非球面的加工位姿，从而降低离轴非球面的加工难度，提高加工可达性和加工精度。通过离轴非球面的去除函数进行特性评估，形成离轴非球面磁流变抛光修形的两种优化补偿工艺—去除函数线性补偿修形工艺和去除函数非线性补偿修形工艺。本文的修形工艺研究为离轴非球面磁流变抛光修形提供了实现的技术途径。3、面形精度和特征量参数是离轴非球面的双重约束指标，因此在磁流变抛光修形的基础上，还需要对离轴非球面的特征量参数进行有效控制。通过建立离轴非球面光学零件关键特征量参数(离轴量、顶点曲率半径以及二次曲面常数等)的理论模型，可以实现加工过程中的特征量参数控制，保证特征量参数的指标要求。针对离轴非球面零位补偿测量中的两大关键问题：非线性畸变效应和调整量引入误差，分别提出非线性畸变误差控制模型和特征量参数公差域约束条件下的像差分离模型，能够实现离轴非球面面形误差的准确定位和合理评价。特征量参数的控制研究为离轴非球面的磁流变抛光修形提供了加工前提和约束依据。4、基于离轴非球面光学零件的传统加工工艺路线分析，建立基于磁流变抛光技术的创新工艺路线，并结合本文研究的理论和工艺对离轴非球面光学零件进行加工实验验证，最终加工得到同时满足面形精度和特征量参数公差要求的离轴非球面光学零件，为本文的研究结论提供了有效支撑。
王卓[10]2008年在《光学材料加工亚表面损伤检测及控制关键技术研究》文中研究指明随着武器装备(民用设备)性能要求的不断增长,空间详查卫星、天文望远镜和激光核聚变等装备(设备)的光学系统对大型光学元件的需求激增,其技术要求较传统光学元件也有很大提升,向光学制造业提出了严峻挑战。现代光学系统中的大型光学元件除了对生产周期、面形精度和生产成本有严格的要求外,其亚表面质量也越来越受到人们的关注。亚表面损伤的存在增大了光学元件的材料去除量,并直接降低其使用寿命、长期稳定性、镀膜质量、成像质量和激光损伤阈值等重要性能指标。如何检测评价和控制加工过程引入的亚表面损伤以提高加工效率并实现表面完整性的总体指标成为光学制造业必须解决的关键问题。本文围绕强激光和高分辨率系统中典型光学材料(K9、石英和微晶玻璃)的磨削、研磨和抛光过程,针对亚表面损伤检测技术、产生机理、影响规律及其表征、预测和去除方法展开研究,以达到提高光学元件粗加工效率和精加工质量的目的。论文的研究工作包括以下几个部分：1.建立表面／亚表面质量间非线性关系模型,根据该模型开发出一种基于表面粗糙度的亚表面裂纹深度检测技术。构建一套适用于磨削和研磨亚表面损伤的检测方法,实现了亚表面损伤的准确检测。基于压痕断裂力学理论,并考虑压痕应力场弹性组元对中位裂纹扩展的促进作用,建立了亚表面裂纹深度与表面粗糙度间非线性关系模型。根据建立的非线性模型,开发出一种基于表面粗糙度的亚表面裂纹深度检测技术,鉴于表面粗糙度易于测量,该检测技术具有无损、快速和低成本的特点。2.研究磨削参数对光学材料亚表面裂纹深度的影响规律。通过实验获得磨削参数对亚表面裂纹深度的影响规律,在此基础上建立利用当量磨削厚度预测亚表面裂纹深度的经验公式,并提出基于亚表面裂纹深度控制的光学元件高效磨削工艺路线,以提高磨削效率。最后,检测磨削表面／亚表面残余应力,获得完整的光学元件磨削亚表面损伤的空间分布。3.提出光学材料研磨亚表面裂纹的表征和深度预测方法。综合采用群集深度、最大深度和裂纹密度沿深度分布叁个表征参数描述研磨亚表面裂纹特征。通过分析相邻压痕应力场间相互作用对亚表面裂纹扩展的贡献,建立了最大深度与群集深度间关系模型。利用压痕断裂力学和统计学理论,研究光学元件在研磨颗粒作用下的叁体脆性断裂过程,建立了基于研磨参数的亚表面裂纹群集深度预测模型。利用该模型并结合实验获得研磨参数对亚表面裂纹深度的影响规律,在此基础上提出基于亚表面裂纹深度控制的光学元件高效研磨工艺路线,以提高研磨效率。4.建立光学材料传统抛光亚表面损伤模型,在此基础上提出抛光亚表面损伤抑制策略。根据传统抛光后石英玻璃亚表面损伤的检测结果建立抛光亚表面损伤模型,指出表面水解层中包括浅表面流动层及浓度沿深度成指数函数形式递减的抛光杂质。该模型同时也验证了传统抛光过程中的材料去除是水解反应、机械去除和塑性流动共同作用的结果。在抛光亚表面损伤模型基础上,分别选择磁流变抛光和离子束加工技术有效地去除了石英玻璃传统抛光后残留的亚表面塑性划痕和表面水解层。5.将上述研究成果应用于φ500mm大镜的高效加工和石英玻璃的超微损伤加工。以高效磨削和研磨加工策略作为参数优化的依据,并结合机床性能,提出基于亚表面裂纹深度控制的大镜高效磨削和研磨工艺路线,实现了φ500mm抛物面镜(仍,K9玻璃)的高效加工。在准确检测抛光亚表面损伤的基础上,采用一种复合加工技术(磁流变抛光+离子束加工)逐步降低传统抛光后石英玻璃的亚表面损伤水平,在获得理想面形精度的同时提升了光学元件的抗激光损伤能力。
参考文献：
[1]. 组合磁流变抛光的关键技术研究[D]. 李智. 湖南大学. 2016
[2]. 确定性磁流变抛光的关键技术研究[D]. 彭小强. 国防科学技术大学. 2004
[3]. 带式磁流变抛光关键技术研究[D]. 王德康. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 2018
[4]. 大口径非球面磁流变加工的关键技术研究[D]. 李龙响. 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所). 2016
[5]. 小口径非球面斜轴磁流变抛光关键技术研究[D]. 徐志强. 湖南大学. 2015
[6]. 磁流变抛光工艺及其装备的关键技术研究与应用[D]. 王安伟. 东华大学. 2008
[7]. 磁流变抛光工艺优化及关键技术研究与应用[D]. 李中会. 东华大学. 2010
[8]. 磁流变抛光的关键技术研究[D]. 尤伟伟. 国防科学技术大学. 2004
[9]. 离轴非球面光学零件磁流变抛光关键技术研究[D]. 宋辞. 国防科学技术大学. 2012
[10]. 光学材料加工亚表面损伤检测及控制关键技术研究[D]. 王卓. 国防科学技术大学. 2008
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