论文部分内容阅读
光学玻璃和碳化硅等硬脆材料由于具有硬度高、化学稳定性好、热膨胀系数低等优点,广泛地应用于非球面透镜等光学器件。先进光学系统对硬脆材料的非球面加工提出了更高的面形精度和表面质量要求。非球面磨削常使用弧形截面金刚石砂轮,其圆弧廓形精度直接影响非球面磨削精度,因此,弧形金刚石砂轮的高精度修整技术对于非球面的高效精密磨削至关重要。本研究提出了一种弧形金刚石砂轮高效精密修整与误差补偿新方法,结合磨削误差补偿和氧化铈浆料辅助磨削方法,实现了 BK7光学玻璃椭球面的精密磨削。本文首先针对树脂结合剂弧形金刚石砂轮,提出了一种螺旋插补精密修整方法。建立了砂轮与修整滚轮的几何关系模型,通过改变修整参数可以实现任意圆弧半径砂轮的精密修整。分析了修整过程中存在的Z轴对刀误差、Y轴对刀误差以及修整轮半径测量误差对修整后砂轮圆弧廓形偏差的影响规律,建立了误差的数学预测模型,基于该模型,提出了螺旋插补修整法的误差补偿方案,即利用修整后砂轮圆弧廓形偏差曲线,通过数据拟合计算出修整过程中存在的误差值,并对三种误差逐一进行补偿。经过误差补偿,修整后砂轮圆弧廓形偏差P-V值由19μm降低到5 μm,并同时实现了砂轮的修锐。使用廓形误差修整后的弧形金刚石砂轮进行椭球面BK7玻璃的精密磨削,玻璃YZ投影面内的椭圆形状偏差P-V值由15 μm降低到5μm,磨削精度提高了 66%。根据所使用的光栅状扫描磨削方式的特点,分别在YZ和XY两个投影面内分析BK7玻璃椭球面的磨削误差源,发现影响XY投影面内玻璃截面形状精度的误差主要是砂轮半径测量误差与砂轮半径磨损误差。建立了砂轮半径测量误差的数学预测模型并进行了验证,并通过磨削实验得到了砂轮半径磨损量与累计磨削深度的关系。基于误差分析提出了磨削误差补偿方案,对上述两误差逐一进行补偿,玻璃截面形状偏差P-V值由4μm降低到2μm,有效地提高了磨削精度。为进一步提高精密磨削的工件表面质量,本文提出了氧化铈浆料辅助磨削方法。通过平面BK7玻璃的磨削实验,研究了氧化铈粒度、质量分数对磨削力、磨削后表面质量以及砂轮磨损的影响。实验结果表明,氧化铈浆料辅助磨削能够有效降低表面粗糙度和裂纹损伤,获得更好的表面质量,同时氧化铈浆料能够降低砂轮磨损速度。使用氧化铈浆料进行辅助磨削,椭球面BK7玻璃表面粗糙度能够达到10 nm。