保形光学头罩磨削抛光设备研制及其磁流变抛光基础研究

论文摘要

保形光学头罩可以减小导弹的飞行阻力系数,从而增加导弹的射程,提高飞行速度,减少飞行时间,因此保形光学元件已经成为精确制导武器不可缺少的关键元件之一,其在军事领域中所起的作用会越来越大。在导弹头罩所采用的材料中,热压多晶氟化镁在中红外波段具有很高的透过率,热辐射、散射、双折射性能都较低;机械强度高,力学性能好;热膨胀率低,耐高温,抗热冲击性强;耐酸碱腐蚀,耐海水、雨水侵蚀等诸多优点,因而得到广泛地应用。磁流变抛光是近几年发展起来的是一种新型的确定性加工方法,因其抛光精度高、材料和面形加工范围广、没有亚表面损伤等优点而成为超精密加工的主要方法。因此针对高陡度保形热压多晶氟化镁头罩的磁流变抛光技术,本文主要做了以下几个方面的研究工作:1、根据保形光学头罩的尺寸要求,设计了磨削和磁流变抛光一体化机床,并对机床结构进行了模态分析,获得机床床身的固有频率和固有振型;利用多体系统理论对机床精度进行建模,得到机床空间误差数学模型,为磨削出高精度的保形光学头罩奠定基础。2、分析热压多晶氟化镁晶体对磁流变抛光液的具体要求;通过试验选取适合于热压多晶氟化镁的抛光粉配制了磁流变抛光液,并对该磁流变抛光液进行性能测试;用所配制的磁流变抛光液对热压多晶氟化镁进行抛光,证实所配制的抛光液满足热压多晶氟化镁的抛光要求。3、分析了热压多晶氟化镁磁流变抛光质量和效率随工艺参数的变化规律;对四个主要工艺参数各选取三个水平进行正交试验,并在此基础上利用灰色关联分析理论对工艺参数进行了优化,确立了兼顾热压多晶氟化镁磁流变抛光质量和抛光效率的工艺参数优化组合。4、针对保形光学头罩表面曲率连续变化的特点,从理论上分析磁流变抛光凸球面的去除函数模型;通过斑点试验法对磁流变抛光的去除函数模型进行了研究,并分析了去除函数的稳定性。通过试验分析了平面抛光斑点和凸球面抛光斑点的形状差异,并给出了可能导致这些差异的原因。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究背景和意义
• 1.2 保形光学元件的国内外研究现状
• 1.2.1 保形光学元件材料
• 1.2.2 保形光学元件加工方法
• 1.3 本课题研究内容
• 第二章 保形光学头罩磨削抛光样机研制
• 2.1 磨削抛光机床结构设计与分析
• 2.1.1 磨削抛光机床设计
• 2.1.2 机床模态分析
• 2.2 磨削抛光机床精度建模
• 2.2.1 磨削机床空间误差建模
• 2.2.2 理想成形函数与运动约束方程
• 2.2.3 实际成形函数与运动约束方程
• 2.2.4 空间误差模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 热压多晶氟化镁用磁流变液配制与测试
• 3.1 热压多晶氟化镁磁流变抛光液性能要求
• 3.2 热压多晶氟化镁用磁流变抛光液配制研究
• 3.2.1 配制原料选择
• 3.2.2 配制工艺
• 3.3 磁流变抛光液性能测试及抛光试验
• 3.3.1 流变性测试
• 3.3.2 抛光测试
• 3.4 本章小结
• 第四章 热压多晶氟化镁磁流变抛光工艺实验研究
• 4.1 单因素工艺参数对抛光的影响
• 4.1.1 热压多晶氟化镁试件准备
• 4.1.2 单因素工艺实验研究
• 4.2 工艺参数正交试验与优化
• 4.2.1 正交试验与分析
• 4.2.2 工艺参数优化
• 4.3 本章小结
• 第五章 凸球面磁流变抛光材料去除模型研究
• 5.1 材料去除模型的理论分析
• 5.1.1 流体动压力求解
• 5.1.2 磁化压力求解
• 5.2 去除函数试验建模
• 5.2.1 去除函数试验流程
• 5.2.2 去除函数形状试验
• 5.2.3 去除函数稳定性试验
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果