轨迹成形法加工非球面光学零件原理的研究

论文题目: 轨迹成形法加工非球面光学零件原理的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械制造及其自动化

作者: 王院生

导师: 朴承镐

关键词: 非球面,二次曲线,圆锥体,光学零件,轨迹成形法

文献来源: 长春理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 非球面光学零件加工是当前国内外公认的难题。为了解决非球面光学零件加工难、成本高的问题，现已研究出的加工方法有几十种。从发展历史看，大体上是从手工加工方法，发展到轨迹成形的机械加工方法，再发展到当前的数控加工方法、塑料注塑和玻璃模压加工方法。 传统的手工加工方法要求操作者有丰富经验和很高的技巧，加工周期长、成本高，重复性差，无法适应批量生产的需求。传统的机构或靠模的轨迹成形加工方法，加工效率高、加工成本较低，但一般只适用于加工中低精度的非球面光学零件，而且由于加工依据的轨迹的单一性，通用性差。 随着数控技术的发展，加工非球面光学零件的数控技术得到重视并得到应用，当前各发达国家都投入大量的人力和物力研究数控加工非球面技术。但目前数控加工非球面技术，机床精度要求高、对操作者的知识水平要求也高，加工成本高。因此，为降低成本，促使人们利用数控加工技术加工出高精度的模具，进行塑料非球面零件的注塑和玻璃非球面零件的模压，但注塑和模压技术通用性差。 为改善非球面光学零件加工技术的通用性、降低加工成本，提出了轨迹成形法加工非球面光学零件的新原理。 现今的非球面光学系统中采用的非球面零件有二次和高次非球面，但绝大多数采用的是二次非球面，其子午截面曲线为二次曲线，解决二次非球面的加工问题也就成为重要的研究内容。本文研究的轨迹成形法新原理是针对二次非球面加工提出的。该原理实际上是数学上早已证明的圆锥曲线原理，即从一个圆锥体上可以截取任何二次曲线。 工程上准确地加工出一个圆锥体是容易的，用一个平面截得高精度的二次曲线也容易。但实际应用圆锥曲线加工二次非球面，必须具备两个条件，即可以截取给定的任意具体的二次曲线，而且能够高精度地把截取的二次曲线转移到工件上去，只有这样才能实现高精度、高效率和低成本地加工所需的二次非球面。 为了实现利用圆锥曲线加工二次非球面的技术，本文重点以如下四个方面的研究作为主要内容：首先要解决光学设计者给定的任何具体的二次曲线，根据给定曲线的参数e和p，能够从圆锥体上截取所需的二次曲线的理论问题；其次要解决在加工过程中如何把截取的轨迹精确快速地转移到工件上去的方法；三是要解决如何设计出能够保证加工要求的设备结构；四是要解决具体实施加工的一系列工艺问题。通过完成上述的研究内容，达到验证轨迹成形法加工非球面光学零件新原理的正确性、可行性和实用性的目的。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 非球面的种类

1.3 采用非球面的优点

1.4 非球面的应用领域

1.5 非球面加工技术的历史和现状

1.5.1 传统非球面加工方法

1.5.2 现代非球面加工方法

1.5.3 非球面加工方法的小结

1.6 本文的研究内容

第二章 轨迹成形法加工非球面光学零件的新原理

2.1 非球面加工难、成本高的主要原因

2.2 改善非球面加工难、成本高的对策

2.3 数控加工非球面光学零件中存在问题的分析

2.3.1 数控加工的原理性误差

2.3.2 影响数控加工质量的诸多因素

2.4 轨迹成形法加工非球面光学零件新原理

2.4.1 二次曲线的性质

2.4.2 二次曲线的截取依据

2.4.3 二次曲线的截取和转移方法

2.5 轨迹成形法加工非球面光学零件的特点

2.6 本章小结

第三章 二次非球面轨迹成形公式的推导

3.1 二次曲线的截取

3.2 二次曲线轨迹的转移和非球面的成形

3.2.1 磨轮的直线包络

3.2.2 磨轮的圆弧包络

3.2.3 直线包络和圆弧包络的变形

3.3 本章小结

第四章 轨迹成形法加工机床的总体设计

4.1 轨迹成形法机床设计技术指标

4.2 机床的总体设计

4.2.1 机床的部件结构和调整说明

4.2.2 机床的调整次序

4.3 机床部件的结构和方案的设计

4.4 机床控制及控制装置的方案

4.4.1 控制功能要求

4.4.2 检测部件的选用

4.5 机床的磨削液供给装置要求

4.6 机床加工工具要求

4.6.1 砂轮

4.6.2 抛光轮

4.7 本章小结

第五章 影响非球面面形精度因素的分析

5.1 截取参数对非球面面形误差的影响

5.1.1 截取参数(θ，α)对偏心率e的影响

5.1.2 截取参数(L，θ ，α)对非球面度的影响

5.1.3 截取参数与球差

5.1.4 计算实例

5.2 机床结构误差对面形误差的影响

5.2.1 工件回转轴与工件摆动轴不共面误差对工件面形精度的影响

5.2.2 工件回转轴与砂轮轴不共面误差对工件面形精度的影响

5.2.3 砂轮端面与截取刀口不对齐误差对工件面形精度的影响

5.2.4 工件回转轴径向跳动、摆动及轴向窜动量的影响

5.2.5 工件摆动轴的径向跳动对工件面形精度的影响

5.2.6 砂轮的振动对工件面形精度的影响

5.3 机床能够达到的加工精度的分析

5.3.1 一般机床加工精度的齐次坐标转移矩阵分析方法

5.3.2 机床基坐标系与局部坐标系的设定

5.3.3 不考虑误差时各运动副间的齐次变换矩阵分析

5.3.4 考虑误差时机床的综合误差分析

5.4 本章小结

第六章 轨迹成形法加工原理的验证试验

6.1 试验样机

6.2 球面零件磨削试验与面形检测

6.2.1 凸球面零件的加工试验

6.2.2 凸球面零件的检测

6.3 非球面零件磨削试验与检测

6.3.1 非球面零件的加工试验

6.3.2 非球面零件的检测

6.4 本章小结

结论

致谢

参考文献

图表索引

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作者简介

发布时间: 2006-09-18

参考文献

• [1].基于部分零位补偿透镜的非球面通用化检测技术研究[D]. 师途.浙江大学2017

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