光學非球面超精密磨削中微振動對磨削質(zhì)量的影響的研究

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1、5．4微振動位移測量方案???????????????????????。565．5試驗數(shù)據(jù)的處理分析???????????????????????一585．6本章小節(jié)????????????????????????????．．67總結(jié)??????????????????????????????????????????。68致謝????????????????????????????????70參考文獻????????????????????????????????．71第一章緒論1．1研究背景及

2、意義十三世紀末，意大利人阿瑪?shù)侔l(fā)明了眼鏡，標志著光學儀器開始走進了人類的日常生活，光學成像系統(tǒng)開始不斷地放大和縮小世界上的萬物。最初的光學系統(tǒng)僅用球面鏡組合加上普通光照射，而球面光學元件在原理上存在像差，如圖1．1所示。為了有效地消除像差，需要不斷增加透鏡的片數(shù)，如圖1．2所示。同時為了不斷提高光學系統(tǒng)的性能，需要改善元件材質(zhì)、加工精度和鍍膜水平，使得最初的光學系統(tǒng)體積龐大，極大地限制了它的應用。隨著光學技術(shù)的發(fā)展，輕量化和自動化作為追求的目標，光學元件發(fā)生了重大變化。三百多年前，自牛頓第一次使

3、用拋物面反射鏡取代不能消色差的透鏡開始，人們開始以一個或幾個非球面零件代替多個球面零件，可以有效地消除球差、像散、慧差、場曲、減少光能損失、獲得高成像質(zhì)量【l】，同時減少了光學系統(tǒng)的重量，縮d,T光學系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的鑒別能力，如圖1．3所示。圖1．1球面反射像差圖1．2消除像差系統(tǒng)圖1．3非球面反射無像差由于非球面相比球面可以大幅度提高光學系統(tǒng)的性能，光學非球面已經(jīng)越來越廣泛地應用于各種光學系統(tǒng)中。例如在現(xiàn)代軍用光學系統(tǒng)中，航天遙感、激光裝置、戰(zhàn)斗機座艙蓋、大13徑夜視儀、導彈導引頭、軍

4、用變焦鏡頭等均不同程度地使用了高精度的非球面光學元件【2】；在國產(chǎn)新型戰(zhàn)斗機、直升機的瞄準鏡以及機載導彈的瞄準窗口也使用了非球面光學元件。在現(xiàn)代民用光學系統(tǒng)中，非球面光學零件的應用范圍包括天文望遠鏡、衛(wèi)星紅外望遠鏡、核聚變用激光聚焦鏡頭、照相機的變焦鏡頭、光纖接頭、電視顯像管、光刻機物鏡、X射線光學系統(tǒng)以及醫(yī)療儀器等。科學技術(shù)的快速發(fā)展，對現(xiàn)代光學系統(tǒng)的新的要求和需求也不斷的提出【3】。比如：進一步改善像質(zhì)、更高的分辨率、更大的視場角、結(jié)構(gòu)更加緊湊、功能更加強大等等，這就使得對于現(xiàn)代光學系統(tǒng)中的

5、核心元件——非球面元件的要求越來越嚴格，苛刻，如在軍用武器裝備、空間光學系統(tǒng)中不斷提高的長焦距、增大口徑，提升成像精度品、要求光學系統(tǒng)向紅外、紫外波段擴展等等，這樣給光學非球面元件的加工質(zhì)量不斷提出新的要求。在國外，小型、中型非球面光學元件的制造己規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化；在國內(nèi)，也處于深入研究階段。對于小口徑非球面鏡，在對加工精度要求不高的條件下，通常采用注射成型技術(shù)及模壓成型技術(shù)進行：blI[41；對于大、中口徑非球面鏡，主要是通過超精密磨削、研拋等方法進行加工、加工材料也越來越多地使用光學玻璃、光學

6、晶體等硬脆性材料。由于磨削加工的效率要遠遠高于研拋加工，超精密磨削加工可以對工件進行微米級及亞微米級的材料去除，而反復的研拋不僅增加了加工的次數(shù)，同時也增加了檢測的次數(shù)，導致加工周期的延長。為了盡可能的縮小研拋在加工周期所占的比重，同時提高非球面加工的確定性，技術(shù)人員努力研究如何提高超精密磨削加工設(shè)備的加工精度和加工效率。因此，對大口徑非球面精密磨削加工的研究成為近年來國內(nèi)外科學技術(shù)人員的研究熱點?，F(xiàn)代光學技術(shù)對中、大口徑非球面光學元件的表面質(zhì)量要求越來越高，加工材料也越來越多地使用光學玻璃、光

7、學晶體等硬脆性材料，超精密磨削是最主要的加工方式之一【5】o由于超精密磨削加工過程受到多種因素綜合作用，加工過程中產(chǎn)生的微小振動對微米級、亞微米級的工件表面質(zhì)量的影響是很大的。砂輪軸、砂輪、磨床主軸的不平衡質(zhì)量會使砂輪軸軸系和主軸軸系產(chǎn)生微小的平動和擺動，被加工的非球面表面會產(chǎn)生振動波紋，同時也降低磨床磨削效率、磨削質(zhì)量及砂輪的壽命。本論文針對某型號中大口徑非球面精密磨削機床加工過程中的主軸系與砂輪軸系的微振動進行檢測分析，系統(tǒng)研究磨床主軸、砂輪軸轉(zhuǎn)速變化和液體靜壓軸承油壓變化引起的微振動對被加

8、工非球面表面質(zhì)量的影響，如何選擇合理選擇磨削工藝參數(shù)，最大程度的減少微振動對加工精度的影響，降低非球面表面波紋度，提高非球面磨削加工的精度。1．2非球面簡介1．2．1非球面鏡與球面鏡光學性能的區(qū)別球面是一旋轉(zhuǎn)曲面，球面上每個點的曲率半徑是相同的，球面有共同的曲率中心，是具有無數(shù)個對稱軸的光學表面，它只有一個參數(shù)，即球面半徑，來決定其形狀16J。非球面是與球面有偏差的面，與球面相比，非球面上的每個點的曲率半徑并不是完全相同的，是根據(jù)一定的函數(shù)規(guī)律變化的。同普通球面元件相比，非球面元件的光學性能有著