【摘 要】
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随着现代科学技术的发展,电子、激光、通讯、信息、航天等领域对光学零件的需求日益广泛,光学自由曲面元件已成为光电和通讯产业不可或缺的零部件.基于对加工效率、表面质量
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随着现代科学技术的发展,电子、激光、通讯、信息、航天等领域对光学零件的需求日益广泛,光学自由曲面元件已成为光电和通讯产业不可或缺的零部件.基于对加工效率、表面质量等因素的考虑,在多轴超精密机床上使用金刚石刀具加工光学自由曲面,可以获得纳米级的表面粗糙度及亚微米级的形状精度.由于目前缺乏适用于光学自由曲面超精密金刚石飞刀加工的数控编程软件,所以该文开展了这方面的研究.在分析了各种曲面造型方法优缺点的基础上,采用双三次B样条曲面建立光学自由曲面的数学模型.根据光学自由曲面几何参数的不同,分别采用双三次B样条曲面的正、反向算法对其建立数学模型;接着,将微分几何方法应用于双三次B样条曲面以及曲面数控加工刀具轨迹的规划,针对微分几何中法曲率的计算较复杂,给出了双三次B样条曲面两个参数线方向法曲率的具体计算过程,为光学自由曲面数控加工刀具轨迹的规划打下了理论基础.基于单晶金刚石飞刀加工特点的分析,结合对线性插补误差和残留高度误差的考虑,建立了飞刀加工走刀方向和切削间距方向的计算模型;根据两参数方向法曲率变化的大小选择走刀方向,采用参数变化量控制法计算刀具轨迹;在分析了各种数控加工刀具轨迹生成方法优缺点的基础上,选用等残留高度法来计算切削间距方向相邻刀触点轨迹;推导出走刀方向上相邻刀触点坐标的计算方法以及飞刀加工刀位点的计算公式.使用Visual C++编程实现了以上算法,将算法应用于飞刀加工F-theta镜自由曲面刀具轨迹的计算,并针对Precitech Freeform 705G五轴超精密机床上飞刀加工F-theta镜自由曲面生成了数控加工程序;通过对曲面造型和数控加工刀具轨迹进行仿真试验,验证曲面造型方法的正确性;通过对计算结果进行分析,验证刀位轨迹算法的可行性.
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