光学复杂曲面超声超精抛光加工轨迹规划

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光学复杂曲面元件作为光电及通讯业的核心部件,其高效生产和应用成本已经成为衡量一个国家光学工业乃至整个制造业现代化水平的标志之一。然而,在光学曲面元件得到广泛应用的同时,对其加工精度和表面质量的要求也越来越高,加之光学复杂曲面的特殊几何特征,使得其加工非常困难。而抛光工艺作为光学曲面加工过程中的最后一道工序,对保证曲面的质量和使用寿命起着至关重要的作用。现今光学曲面的加工有人工抛磨和自动化抛光两种方式,但是由于人工抛光费时费力,更多依赖于抛磨人员的技术经验,工件表面质量很难控制;而自动化抛光技术不完善,依旧不能完全满足加工要求。因此,本文通过自行设计的五轴数控超声抛光机床对光学复杂曲面进行抛光加工,不仅能够解决手工抛磨存在的问题,保障操作人员安全,可以在一次装夹的条件下完成多面加工,从而避免多次装夹引起的误差,而且引入超声振动可使磨粒混合更加均匀,减少团聚现象,使喷出的大量磨粒以高频往复的方式冲击工件,提高光学曲面的加工精度和加工效率;此外,五轴机床方便调节抛光头的姿态,避免机床、夹具及工具头间的干涉碰撞,避免过切和残留现象的发生,更利于光学复杂曲面的高效、高质加工。而在光学复杂曲面数控抛光中,抛光轨迹规划又是实现抛光自动化的关键,抛光轨迹的优劣直接影响曲面的加工效率和最终表面效果,故对光学复杂曲面进行抛光轨迹规划是十分必要的。本文依据上述问题对光学复杂曲面数控抛光加工轨迹规划进行了研究,主要包含以下几个方面:(1)以超声振动辅助抛光光学玻璃透镜为研究对象,建立了考虑磨粒粒径、抛光头的转速、进给速度以及超声振幅的单颗、多颗磨粒的材料去除率模型,实验证明了模型的可行性,为合理规划光学复杂曲面的抛光轨迹提供理论依据。(2)通过抛光头的选取、运动步长及加工行距等计算,利用Matlab软件基于等参数线法、等残余高度法及螺旋线法对光学复杂曲面进行抛光轨迹规划,生成复杂曲面抛光加工过程中抛光头接触点及运动位置点轨迹,并以轨迹总长度、连续性及一致性等参考标准对抛光轨迹进行优劣评价。(3)利用UG软件对光学复杂曲面进行实体建模并生成数控抛光加工轨迹,基于五轴数控抛光机床运动学的求解构建后置处理器,最终生成数控机床能够识别加工的NC代码。(4)通过添加五轴数控抛光机床各组件在Vericut软件中进行重构,创建加工刀具,导入生成的NC代码以及设置相关系统参数对光学复杂曲面进行全真全实的模拟仿真,并利用Vericut软件中的功能对数控加工过程进行干涉碰撞、过切与残留以及加工效果等情况的分析检查。
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