轨迹成形法加工非球面光学零件原理的研究

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。 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。 为此，本研究首先进行了多方面的理论分析和研究，对研制的原理验证样机进行了完善，在其上进行了必要的工艺试验和加工，对加工件进行了检测，检测结果证明了该加工原理的正确性、可行性。在此基础上，设计了基于该原理的产品化机床的装配图。 作为本项研究的主要成果，首先在理论方面的成果有：由给定的二次曲线参数e和p，推导出从任意圆锥体上截取给定的二次曲线的数学公式；建立了截取参数的误差与二次非球面的面形误差关系的数学模型；推导出截取参数误差与非球面度关系的数学公式；对现今数控加工技术中影响工件加工误差的因素进行了分析，阐述了数控加工成本高的原因。并与轨迹成形法加工进行了比较，从而阐明了轨迹成形法的特点，为轨迹成形法的应用奠定了必要的基础。 二是归纳出轨迹成形法有四个基本要素，即不同形状的截取体刀口、不同形状的砂轮、砂轮与工件的相对位置和走刀方式的不同等，这四个不同要素的组合，产生不同的轨迹成形机构。因而对不同组合进行了分析，并提出了最佳组合方案等。在此基础上完善了原理试验样机。 三是在原理试验样机上加工出了非球面零件，检测结果验证了该加工原理的正确性。 四是采用最佳组合方案，进行了轨迹成形法加工凸/凹非球面机床的设计。利用齐次坐标变换方法，建立了该机床的误差传递模型，并对加工误差进行了预测，可以达到1.97μm的量级，具有实用价值。 由上述的研究成果，可以得出如下结论：轨迹成形法加工非球面光学零件的新原理是正确的、可行的，在现有的基础上，采取必要的措施，完全可以使应用该原理设计的机床具有实用价值。 非球面光学零件加工技术是一门多学科交叉，需要解决的问题很多的高新技术。由于时间和经费限制，本研究只能涉及到原理及验证的研究，所以作者认为在以下方面有进一步完善的必要： 1.要研制出能够保证加工要求的产品化机床；2.对配套的工具和加工工艺需要深入研究和完善；3.对控制软件和检测方法需要进一步研究和完善。 非球面光学零件加工技术是超精密加工技术中的前沿课题之一，轨迹成形法有快速精确的特点，若能得到应用，将会在非球面光学零件加工领域中占有一席之地，并将发挥出重要的作用。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章轨迹成形法加工非球面光学零件的新原理

第三章二次非球面轨迹成形公式的推导

第四章轨迹成形法加工机床的总体设计

第五章影响非球面面形精度因素的分析

第六章轨迹成形法加工原理的验证试验

结论

致谢

参考文献

图表索引

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