曲面光学零件气囊抛光工艺实验研究

论文摘要

曲面光学元件在光学工程的应用中有很多优点,可以减少光学系统的复杂性、尺寸以及重量。为了获得高精密曲面光学表面,人们发明了多种抛光工艺方法。然而现有的抛光方法存在的缺欠,促使人们不断探索新的加工方法。气囊式抛光是近十几年出现的一种新颖的抛光方法,该方法采用了新型的半柔性的气囊作为抛光工具并采用“进动”的运动形式,具有高精度、高效率的加工特点,应用前景非常广阔,值得我们深入的研究。气囊抛光工艺控制方法是获得高精密高质量光学表面工件的关键。本文采用气囊式的抛光方法,针对具有回转对称性质的曲面光学元件,研究了曲面光学元件的抛光接触区、材料去除率、表面粗糙度。首先根据气囊抛光曲面光学元件的原理,推导了曲面光学元件抛光区半径的表达式,并对其主要影响因素进行分析,同时阐明了曲面抛光区半径和平面抛光区半径之间的联系。在一系列实验基础上,研究了抛光工艺参数对气囊抛光曲面光学元件和平面光学元件抛光接触区特征影响的区别,得出了工艺参数在气囊抛光曲面光学元件和平面光学元件时取值的特点,确定了获得有效曲面抛光区的最佳参数选取范围。其次,研究了气囊抛光头转速、工件曲率半径、气囊压缩量、气囊充气压力以及抛光液浓度等工艺参数对曲面光学零件材料去除率的影响规律,在正交实验及其分析的基础上得出了工艺参数对材料去除率的影响规律,并给出了参数选取依据。最后,对影响气囊抛光光学曲面表面粗糙度的各个因素(气囊抛光头转速、工件曲率半径、气囊压缩量、气囊充气压力以及抛光液浓度)进行了工艺实验。通过正交实验及分析,研究了工艺参数对光学曲面表面粗糙度的影响规律,并给出了参数选取依据。根据气囊抛光光学曲面的原理进行分析,确定了获得良好表面粗糙度的最佳参数组合。运用离散进动的抛光方式,对光学曲面进行抛光实验,经WYKO RST Plug检测抛光获得的曲面光学元件表面,其结果为6.30 nm(Ra)。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究目的及意义
• 1.2 曲面光学零件的特点及应用
• 1.3 传统光学抛光方法的特点和不足之处
• 1.4 光学零件超精密抛光技术的回顾及展望
• 1.5 光学零件加工技术的国内外现状
• 1.6 精密曲面气囊抛光技术
• 1.7 论文的主要研究内容
• 第2章 气囊抛光曲面光学零件工艺参数对接触区特征影响的研究
• 2.1 曲面气囊抛光的进动原理
• 2.2 曲面气囊抛光接触区的形成原理
• 2.3 工艺参数对曲面工件气囊抛光接触区特征影响的研究
• 2.3.1 进动角对曲面工件抛光接触区形状影响的研究
• 2.3.2 气囊压缩量对曲面工件抛光接触区形状影响的研究
• 2.3.3 气囊充气压力对曲面工件抛光区形状影响的研究
• 2.3.4 气囊抛光头转速对曲面工件抛光接触区形状影响的研究
• 2.3.5 工件曲率半径对曲面工件抛光接触区形状影响的研究
• 2.4 本章小结
• 第3章 工艺参数对气囊抛光曲面光学零件材料去除率影响规律的研究
• 3.1 实验方法
• 3.2 气囊抛光曲面光学零件材料去除率的正交实验分析
• 3.2.1 实验设计
• 3.2.2 气囊抛光曲面光学零件材料去除率影响因素的结果分析
• 3.2.3 气囊抛光曲面光学零件去除率工艺参数的综合优选
• 3.3 本章小结
• 第4章 气囊抛光光学曲面表面粗糙度的研究
• 4.1 实验设计
• 4.2 工艺参数对气囊抛光光学曲面表面粗糙度的影响
• 4.2.1 气囊压缩量对光学曲面表面粗糙度的影响
• 4.2.2 气囊转速对光学曲面表面粗糙度的影响
• 4.2.3 气囊充气压力对光学曲面表面粗糙度的影响
• 4.2.4 抛光液浓度对光学曲面表面粗糙度的影响
• 4.2.5 工件曲率半径对光学曲面表面粗糙度的影响
• 4.3 气囊抛光光学曲面表面粗糙度工艺参数的综合分析及优选
• 4.3.1 正交实验结果的综合分析
• 4.3.2 气囊抛光光学曲面表面粗糙度的参数选取及综合实验
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢