行星式抛光装置设计

设计了一款可应用于机器人抛光作业且具有行星运动功能的抛光装置。设计了控制系统,并对其去除函数进行了研究,分析了偏心距、公自转速比等参数对其去除函数的影响。通过仿真计算得出,当取转速比f=4、偏心率e=0.8时可获得较为理想的去除函数,理论上可获得更高质量的抛光表面。     

机器人恒压球形公自转磨头抛光技术研究

采用工业机器人进行大口径光学元件的研抛过程中，机器人自身定位误差会导致研抛压力产生波动，进而影响去除函数稳定性，为此提出了一种机器人恒压球形公自转磨头抛光方法，并对其结构、工作原理、机器人定位特性以及研抛压力输出特性开展了研究。首先，基于Preston理论构建了材料去除模型，对去除函数形状进行了分析，对所设计抛光磨头的机械结构与工作原理进行了介绍。然后，对机器人定位误差以及磨头输出力响应性与稳定性进行了测量，验证了所提方法能够较好地适应机器人研抛压力波动而做出的力响应控制。最后，进行了定点抛光以及粗、精磨抛加工实验。实验结果表明：利用所提方法去除函数的稳定性强，通过10个周期的粗、精抛加工，面形收敛率分别为9095%、7261%，可获得较高的加工精度与面形质量。     

杯形研磨工具对阀球的去除机理的研究

研究了杯形研磨工具研磨阀球时基于Preston公式的去除函数,通过对去除函数的Matlab仿真,得出杯形研磨工具的去除函数曲线呈凹状;不同转速比、不同刀具半径与阀球径比,会有不同的函数曲线形状,进而给出了优化去除函数及实际加工效果的方法。     

随动压力分布下的非球面抛光去除函数

考虑去除函数对数控小工具抛光光学元件精度的影响,提出了如何根据需要加工的非球面参数以及抛光盘参数得到最优去除函数的方法。由于计算非球面上去除函数的核心是准确获得抛光盘与镜面间的动态压力分布,本文提出利用有限元法仿真抛光盘与非球面间的压力分布,并结合经典Preston方程与行星运动模型来得到非球面不同位置处的去除函数。基于随动压力分布模型,分析了沥青盘抛光非球面时在不同抛光位置处去除函数的变化。在曲率半径为1 000mm的球面上进行了去除函数验证实验。结果表明:基于本文理论得到的去除函线型更接近实际情况,皮尔逊系数达到了0.977。本文提出的方法可以方便地调整加工位置来得到相应的压力分布,实现去除函数的优化,对提高加工效率与精度有实际指导意义。     

行星式双面抛光均匀性研究

文中通过行星轮式双面抛光的运动分析,得到工件相对于抛光盘的速度表达式;在Preston方程基础上,建立了材料去除函数和抛光均匀性函数;进行计算机仿真,讨论了不同转速比对抛光均匀性的影响;并通过加工实验验证了仿真与实验结果的一致性,为抛光加工工艺参数的确定提供理论依据.     

固着磨料抛光碳化硅反射镜的去除函数

进一步研究了采用固着磨料数控加工碳化硅反射镜的工艺,基于平转动加工方式的去除函数理论推导出了多丸片抛光盘的去除函数模型.根据趋近因子、曲线距离等结果对抛光盘运动偏心距及丸片间距等参数进行优化,由优化后的参数指导实验.理论模型与实验结果对比显示,理论最大去除率与实验数据的偏差为0.007 3 μm/min,偏差比例为5.58%;理论去除函数曲线与实验曲线的距离偏差Drms为0.084 9 μm,偏差比例为7.01%.在分析部分,引入填充因子来间接评价去除函数形状.实验结果很好地验证了理论模型的准确性.该模型对固着磨料磨具抛光的工艺过程具有很好的预测性,在加工碳化硅反射镜领域极大地弥补了使用散粒磨料工艺加工所带来的不足,使加工效率得以明显提升.     

基于修正Preston方程的百页轮抛光材料去除深度建模

由于百页轮具有一定的柔性,故实际材料去除深度与名义抛光深度不一致,直接影响抛光效率及表面质量的控制。基于Hertz弹性接触理论建立了抛光接触区抛光压力和切削速度分布函数,并依据修正的Preston方程建立了材料去除深度模型,据此确定了影响材料去除深度的关键抛光工艺参数(磨粒粒度、主轴转速、百页轮变形量和进给速度),获得了百页轮抛光接触区的材料去除深度分布规律和关键抛光工艺参数对材料去除深度的影响规律。最后,通过模拟仿真和抛光实验验证了所建模型和影响规律的正确性,结果表明,该模型可以较好地预测百页轮柔性抛光的材料去除深度。     

双转子研抛模去除函数的研究

以Preston假设为基础，运用运动学理论推导了自研双转子机构的去除函数。在此基础上进行了计算机仿真和试验，给出了相应的去除特性曲线；验证了去除函数的正确性；分析了具有代表性的试验现象；提出了适合加工的去除函数特性。     

磁场分布对多磨头磁流变抛光材料去除的影响

为研究磁场分布对材料去除的影响,设计轴向充磁异向排布、轴向充磁同向排布、径向充磁异向排布、径向充磁同向排布4种磁铁充磁和排布方式,利用有限元软件Maxwell仿真不同磁场的磁力线分布及抛光轮表面的磁感应强度分布,并采用数字特斯拉计测量实际磁感应强度。对单晶硅基片进行定点抛光试验,检测抛光斑沿抛光轮轴向的去除轮廓及峰值点的表面形貌。仿真和实际磁感应强度检测结果表明,不同磁场分布方式对抛光区的磁场分布有很大影响,磁铁轴向充磁同向排布与径向充磁异向排布时,具有较高的磁场强度和较好的多磨头效果。定点抛光试验表明,采用轴向充磁同向排布与径向充磁异向排布这两种方式时,能实现多点加工,其中轴向充磁同向排布时加工效率较高;但采用径向充磁同向排布时,由于抛光区磁感应强度较低,磁流变微磨头无法对工件进行有效地抛光。峰值点表面形貌检测结果表明,采用不同磁场分布方式时,对工件表面均是以塑性去除方式去除。研究表明,通过优化磁铁充磁和排布方式,可实现多磨头磁流变抛光的加工原理。     

离子束抛光去除函数计算与抛光实验

由于传统的离子抛光工艺采用的确定去除函数的方法操作复杂且成本很高,本文提出了利用法拉第杯对离子束流空间分布进行测量、标定的方法,并计算得到不同离子源工作参数对应的去除函数。首先,基于离子束抛光材料去除原理,研究了离子束抛光过程中束流分布与能量对去除函数的影响,并提出简化的离子束抛光去除函数模型。然后,设计实验并得出离子束流空间分布与去除函数相关参数间的关系,计算得到了不同离子源工作参数产生的离子束流对应的去除函数。对硅和融石英玻璃的相关实验表明:利用法拉第杯扫描结果计算相同材料的去除函数的单位时间体积去除率与实际测量值误差小于2%。结合抛光实验,对Φ800mm碳化硅表面硅改性层平面镜进行抛光,得到的初始面形误差均方根(RMS)值为57.886nm,两次抛光后RMS值为11.837nm,收敛率达到4.89,满足精密光学加工对去除函数的确定性及精度的要求,并大大提升了确定去除函数的效率。     

计算机控制光学表面成形技术的驻留时间算法

为了提高镜片的加工精度与效率,利用计算机控制光学表面成形技术(CCOS)的抛光方法对光学镜片进行抛光全过程动态仿真。根据Preston方程建立材料去除函数模型,对抛光过程中压力、转速以及工件与抛光磨头相对半径比对抛光去除速率的影响进行分析。为建立球面镜片的动态全过程仿真,结合卷积原理,推导加工残余误差与去除函数和驻留时间三者间的线性关系,根据镜片的对称性,将元素个数从2m+1点简化为m+1点,以提高运算效率。最后为获得仿真最小残余误差,采用非负最小二乘法求解驻留时间。结果表明,材料去除速率函数类似于高斯分布,抛光后能使镜片面形误差收敛,对模拟表面进行仿真,半径为100mm的镜片其初始表面形貌粗糙度的均方根值从0.467μm收敛到0.028μm,轮廓最大高度从6.12μm收敛到1.48μm。对实测表面进行加工仿真同样令其表面形貌粗糙度的均方根值从3.007μm收敛到0.107μm,轮廓最大高度从160.73μm收敛到13.76μm,因此提出的驻留时间求解方法对于球面镜片抛光全过程动态仿真有一定的可行性。     

Experimental investigation and analytical modelling of the effects of process parameters on material removal rate for bonnet polishing of cobalt chrome alloy

Cobalt chrome alloys are the most extensively used material in the field of total hip and total knee implants, both of which need highly accurate form and low surface roughness for longevity in vivo. In order to achieve the desired form, it is extremely important to understand how process parameters of the final finishing process affect the material removal rate. This paper reports a modified Preston equation model combining process parameters to allow prediction of the material removal rate during bonnet polishing of a medical grade cobalt chrome alloy. The model created is based on experiments which were carried out on a bonnet polishing machine to investigate the effects of process parameters, including precess angle, head speed, tool offset and tool pressure, on material removal rate. The characteristic of material removal is termed influence function and assessed in terms of width, maximal depth and material removal rate. Experimental results show that the width of the influence function increases significantly with the increase of the precess angle and the tool offset; the depth of the influence function increases with the increase of the head speed, increases first and then decrease with the increase of the tool offset; the material removal rate increases with the increase of the precess angle non-linearly, with the increase of the head speed linearly, and increases first then decreases with the increase of the tool offset because of the bonnet distortion; the tool pressure has a slight effect on the influence function. The proposed model has been verified experimentally by using different Preston coefficients from literature. The close values of the experimental data and predicted data indicate that the model is viable when applied to the prediction of the material removal rate in bonnet polishing.     

超声波磁流变复合抛光中几种 工艺参数对材料去除率的影响

提出了一种光学抛光的新方法——超声波磁流变复合抛光。介绍了该抛光方法的基本原理和实验装置,进行了超声波磁流变复合抛光实验,采用轮廓仪实测了光学玻璃超声波磁流变抛光材料去除轮廓曲线。通过该项工艺实验,研究了五种工艺参数(磁场强度、超声振幅、抛光工具头与工件的间隙、抛光工具头转速、工件转速)对光学玻璃材料去除率的影响。在一定实验条件下,获得的材料去除率为0.139 μm/min,并获得了超声波磁流变复合抛光工艺参数与材料去除率的关系曲线,得出了光学玻璃超声波磁流变复合抛光的材料去除规律。     

基于最大熵原理的平面研抛工艺参数优化

提高光学零件研抛加工精度的关键是优选工艺参数。对此提出一种基于最大熵原理的平面研抛工艺参数优化方法。建立了工件研抛信息熵的数学表达式并给出了相关的物理解释,并对定偏心平面研抛工艺参数优选进行了数值模拟计算。研究结果表明,在定偏心平面研抛中,选择工件与研抛盘同方向等速转动可以使工件表面材料去除均匀,选择较大的偏心率可以提高加工效率,同时应实时修整研抛盘以减小研抛盘磨损对工件加工精度的影响。     

模量面内变化的梯度功能弹性薄层接触应力分析

针对材料均匀去除要求,提出了一种基于梯度功能研抛盘的加工新方法,研究了模量面内变化的梯度功能弹性薄层接触应力问题。用半逆解法推导出梯度功能弹性薄层无摩擦接触应力方程,引入补偿函数来补偿平面位移的影响,简化了解析过程;利用ANSYS建立了梯度功能研抛盘无摩擦接触模型,得到位移加载下试样表面的等效应力分布;通过与应力方程拟合,获得了应力预测方程解析式及相应的补偿函数关系。最后,建立了试验平台,试验对比结果显示误差在10%以内,验证了接触应力预测方程解析式的正确性。     

开槽冰冻固结磨料抛光微晶玻璃的工艺研究

采用成形模具热压法给微米级α-Al2O3冰冻固结磨料抛光垫开槽。设计四因素三水平正交试验,对开槽冰冻固结磨料抛光垫抛光微晶玻璃的工艺进行了研究,与同样试验条件下未开槽冰冻固结磨料抛光垫的抛光效果进行了对比分析。结果表明：开槽情况下的去除率比未开槽情况下的去除率提高40%左右,微晶玻璃表面形貌略有改善但出现划痕现象,主轴转速对材料去除率影响更为显著。
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多模式组合抛光技术在光学加工中的应用

介绍了将经典抛光方法与数控加工技术有机结合的多模式组合抛光技术.描述了多模式组合抛光的关键技术之一,材料去除率仿真模型的建立方法.通过设置抛光盘因子和元件因子,多模式组合抛光的材料去除模型不仅包含抛光模式、速度等加工参数,还将抛光模形状、边角效应、元件面形误差等因素对材料去除的影响一并考虑入内,可以根据抛光阶段的不同,...