带式磁流变抛光关键技术研究

CIOMP OpenIR

	带式磁流变抛光关键技术研究
	王德康
学位类型	博士
导师	张学军
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	大口径加工带式磁流变去除函数分布模型加工工艺边缘效应快速加工
摘要	光学加工主要可分为接触式加工和非接触式加工,接触式加工主要依靠各种类型的“磨头”在工件表面产生的剪切力实现去除,所以一般来说由于磨头的磨损,压力的不可控等因素会导致加工确定性不高,容易产生亚表面破坏层等问题。磁流变抛光技术作为一种“柔性磨头”的加工方式,又具有磁流变液完全回收,磨头状态稳定无损耗的特点,因此较传统接触式加工方法极大地提高了加工精度。但是,对于目前空间光学领域被越来越多使用的2m量级以上的大口径光学元件,尤其是对SiC反射镜来说,材料去除效率不足的问题尤为突出。在这种背景下,带式磁流变抛光技术被提出,它能够在保证加工精度和确定性的前提下,通过提高去除函数的面积提高去除率,从而缩短加工周期,降低加工成本。本文以国家工程项目对大口径非球面快速低成本制造的需求为基础,以大口径非球面磁流变加工为主线,对带式磁流变抛光过程中的关键技术展开了研究,最终初步研制出可稳定运行的带式磁流变样机并且在与机床集成后完成了Belt-MRF加工中心的搭建,为带式磁流变应用于大口径非球面的快速低成本制造奠定了硬件基础,并且通过深入的工艺研究也为工程应用提供了技术支持。论文的主要研究工作包括:1.系统硬件技术研究。针对前期实验原理样机存在的诸多问题,本文提出并实现了一系列革新设计。自主设计并制造了一种新型的皮带,在配合气浮层润滑的基础上解决了皮带与磁盒之间摩擦阻力过大的问题;仿真设计并制造了一种磁铁能够同时满足加工区域以及喷嘴和回收处的磁场需求,提高了峰值去除率从而提高了材料去除率;在磁流变液上升阶段利用蠕动泵实现了对磁流变液的回收,解决了发热易氧化的问题。2.去除函数分布模型。由于带式磁流变去除函数长度较大,所以研究其去除函数在长轴方向上的材料去除率分布是有意义的。在研究了影响磁流变去除率的各种因素后,我们选取了间隙斜率这个参数作为主要变量。结合我们提出的虚拟缎带凸起理论,通过大量的实验数据,发现了关于带式磁流变去除函数分布的模型。该模型可以指导带式磁流变去除函数的设计与选取,并且可以实现去除函数可变的功能。3.带式磁流变工艺实验。带式磁流变由于其去除函数较长,所以存在边缘效应,以及在不同材料,不同曲率的元件上的去除函数都与传统磁流变存在区别。这里我们从保证去除函数稳定性出发,进行了多组工艺实验,完善了带式磁流变的工艺函数库,为后续的实际加工提供了技术支持。4.带式磁流变抛光能力验证。带式磁流变应用于实际加工需要考虑到边缘效应,进刀方向,长度方向上加工元件姿态受限等问题。在结合实验室已有算法以及带式磁流变去除函数特点后,对一块直径235mm的SiC平面反射镜的进行了加工,取得了良好的效果,也验证了带式磁流变可以应用于大口径光学元件的快速加工制造。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61572
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	王德康. 带式磁流变抛光关键技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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带式磁流变抛光关键技术研究.caj（6312KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文