切削表面残留走刀痕理论分析与抛光去除实验研究

论文摘要

目前大口径光学反射镜的研制已经是航天光学遥感发展的必然趋势,但是由于大口径反射镜铣磨、研抛加工周期长,而且成本高等缺点,使得在实际应用中产生了很多困难。金属反射镜的超精密数控车削加工实现大口径化快速化和低成本等优点,但会对金属反射镜基底切削加工中留下进给走刀痕迹,这些留下的残留高度会引起可见光、激光短波的散射。本课题旨在对超精密车削的金属反射镜铝基底所残留的进给走刀痕迹进行抛光去除研究,为大型金属反射镜基底制作提供参考,以实现大型轻质反射镜加工的低成本、高效率,并能满足加工精度和表面质量的要求。本文首先综述了国内外反射镜加工方法及其优缺点,分析了现有超精密数控车削机床加工原理,并应用齐次坐标变换的方法建立了理想情况下超精密机床运动学模型,在此基础上对该机床加工的表面进给走刀痕迹形成的残留高度进行计算和仿真;其次,对加工工件表面进行抛光去除走刀痕实验,分析对比加工前后表面变化情况,对影响铝基底抛光去除走刀痕迹的主要因素做出系统的理论分析,得出了影响工件表面抛光效果和加工效率的主要因素分别为:抛光液、抛光垫、抛光工艺参数;最后,采用功率谱密度对加工后的表面进行表征,以空间频率为横坐标输出功率谱密度图,简单直观地分析加工表面空间频率分布及在表面所占的比重,对加工表面进行电子束镀膜,分析镀膜前后表面变化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外主要研究现状
• 1.3 反射镜制造方法的选择
• 1.3.1 传统反射镜制造
• 1.3.2 金属反射镜制造
• 1.3.3 碳化硅反射镜制造
• 1.3.4 封接法反射镜制造
• 1.3.5 几种制造反射镜方法的比较
• 1.4 反射镜表面微粗糙度光散射分析
• 1.5 课题的主要研究内容
• 第2章 切削加工表面残留高度计算和仿真
• 2.1 超精密机床加工原理
• 2.2 理想情况下机床运动学模型的建立
• 2.2.1 齐次坐标变换
• 2.2.2 平移齐次坐标变换
• 2.2.3 旋转齐次坐标变换
• 2.2.4 机床运动学模型
• 2.3 切削表面残留高度计算和仿真
• 2.3.1 金刚石刀具的选择
• 2.3.2 切削平面计算公式和仿真
• 2.3.3 曲面加工分析计算和仿真
• 2.4 本章小结
• 第3章 工件精密抛光加工工艺的分析
• 3.1 塑性金属材料超精密加工常用的加工工艺
• 3.1.1 精密超精密车削加工
• 3.1.2 特种精密加工工艺简介
• 3.2 铝件精密加工方法的选择
• 3.3 铝件的精密抛光加工工艺实验和参数优化
• 3.3.1 实验设备和工具
• 3.3.2 实验方案
• 3.3.3 铝件加工去除工艺实验与参数优化
• 3.4 影响抛光加工过程和效果的主要因素
• 3.4.1 抛光液的影响
• 3.4.2 抛光垫的影响
• 3.4.3 抛光工艺参数对抛光过程的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 利用功率谱密度对精密加工表面质量的表征
• 4.1 引言
• 4.2 功率谱密度介绍
• 4.2.1 功率谱密度的定义
• 4.2.2 功率谱密度的数值计算方法
• 4.3 利用功率谱密度对精密抛光表面表征
• 4.3.1 不同加工表面的对比分析
• 4.3.2 气浮主轴速度影响分析
• 4.3.3 抛光时间的影响分析
• 4.4 抛光后工件电子束镀膜分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢