大口径非球面SiC反射镜磨削工艺优化

摘要

随着人类对太空的探索，对观测设备的成像性能要求越来越高。基于反应烧结SiC陶瓷材料的良好特性，现在已经成为主反射镜的首选材料。SiC反射镜的镜面形状和尺寸决定了观测设备的成像质量。故制造大口径SiC非球面反射镜和提高反射镜的形状精度是改善成像质量的重要途径。大口径反射镜的磨削加工效率低，砂轮磨损严重，非球面面形较差，镜坯亚表面损伤严重。故提高非球面面形精度，降低非球面亚表面损伤以及提高磨削效率具有重要意义。
　　本文针对大口径SiC非球面反射镜磨削加工过程进行优化，改善面形，减少损伤，并提高效率。在圆弧砂轮以螺旋式运动轨迹加工非球面工件时，在母线方向建立了考虑砂轮径向磨损量的残余高度模型，在此基础上建立了面形误差模型，分析了各工艺参数对面形误差的影响规律，进行了圆弧砂轮磨削非球面反射镜实验，验证了面形误差模型的正确性，并使用修正系数对模型进行了修正；为了推导砂轮径向磨损，进行了磨削比实验研究，建立了磨削比回归方程。面形误差模型的建立为磨削工艺优化提供理论基础。
　　通过反应烧结SiC陶瓷平面磨削实验，研究了磨削加工后SiC陶瓷的表面/亚表面质量。研究了不同工艺参数下SiC陶瓷的亚表面裂纹深度、表面破碎层深度以及材料的去除机理，并对不同参数下的表面质量进行了对比分析，分析了工艺参数对亚表面裂纹深度、表面破碎层深度以及表面粗糙度的影响规律；实现了工艺参数的优化，得到了参数最优解。亚表面损伤的研究及工艺参数的优化为磨削加工参数的选择奠定了理论基础。
　　提出了大口径反射镜的磨削加工工艺的优化策略，包括磨削方式的分析与选择，砂轮运动轨迹的分析与选择，基于砂轮磨损的面形误差补偿模型的建立，基于改变进给速度的等残余高度优化，磨削层厚度的分析与选择，磨削效率的分析与计算；通过工艺优化策略，实现了大口径SiC反射镜磨削加工工艺的优化，对比分析了优化与正常加工下的面形误差与磨削加工效率，改善了非球面的面形精度，降低了亚表面损伤深度，提高了加工效率。最终形成了适合于大口径反射镜磨削加工的优化策略。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 SiC非球面磨削研究现状

1.3 非球面反射镜磨削加工过程控制优化研究现状

1.4 非球面面形误差补偿研究现状

1.5 磨削亚表面损伤研究现状

1.6 本文的主要研究内容

第2章 基于残余高度的面形误差建模及实验研究

2.1 引言

2.2 基于残余高度的面形误差建模

2.3 工艺参数对面形误差的影响分析

2.4 磨削加工实验

2.5 本章小结

第3章 SiC陶瓷平面磨削实验研究

3.1 引言

3.2 SiC陶瓷磨削表面亚表面质量研究

3.3 磨削深度工艺参数优化

3.4 本章小结

第4章 大口径非球面SiC反射镜磨削工艺优化策略

4.1 引言

4.2 非球面磨削方式的优选

4.3 平行法磨削方式砂轮运动轨迹的优选

4.4 基于误差补偿的等残余高度优化

4.5 磨削深度优选及磨削效率分析

4.6 大口径非球面SiC反射镜磨削工艺优化案例

4.7 本章小结

结论

参考文献

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致谢