精密设备各部件精度对加工件的精度预测技术的研究.pdf

发，重点对磨削加工过程进行分析、建模，进而开展物理仿真研究工作。1998年国际生 产工程学会(cIRP)“机械加工建模”工作组指出未来的制造业将处在一个高度自动化的制 造环境下，需要采取更加效的工艺控制策略。必威体育精装版加工设备的有效采用，极大程度上取决 于信息技术的应用，包括对零件尺寸精度、表面粗糙度、所加工工件表层属性，所需加工 时间和加工费用的预测【6】。预测的前提是建模，因此对磨削加工的物理过程进行建模与仿 真正在成为制造业的最重要研究领域之一，是制造业发展的新趋势。本论文以“高精密非 球面磨削”和“精度合成与分配的理论与技术研究”为背景，以军用非球面光学元件高精密 磨床为研究对象，建立面向数控加工环境的加工精度预测模型，模拟真实加工条件，为预 测加工结果、优化切削参数、提高生产效率与加工精度提供技术支持。因此，本论文研究 成果不仅具有重要的理论意义，而且具有广泛的应用前景，具体体现在以下几方面： 1．低成本、高效率、高精度加工一直是制造业追求的目标。利用本论文研究的虚拟 数控机床加工性能预测功能，一方面可以帮助机床操作者对己选择的切削参数以及刀具等 情况进行加工状态及效果预测，直至满足加工工件的精度及效率要求，进而帮助操作者(或 工艺人员)选择满足加工精度和生产效率要求的最佳切削参数；另一方面还可以在开放式 数控系统中，将某些预测结果用于补偿和控制，从而提高机床的加工精度。 2．基于大量生产实践(或实验)得到的数据，利用人工智能等方法建立的切削加工 过程模型，具有一定的自学能力和适应性。同时，本论文提出的开放式模型结构能不断吸 收切削加工领域的必威体育精装版成果，从而提高预测精度并扩充其适应范围17】。 3．上述活动均在虚拟环境中进行，没有设备、能源和材料消耗，即便出错也不会造 成任何损失，最终通过实验迸行验证。因此降低了企业开发新产品和新工艺的风险：同时 快速给出仿真结果，可及时改进工艺设计，从而大大缩短生产准备周期，为快速响应市场 提供了技术支持。 4．本论文的研究方法和手段可以用来研究其他数控机床的加工性能评价和精度预测 问题，因此具有一定的意义。 光学非球面零件是一种非常重要的光学零件，随着光电技术的发展，光学非球面零件 在军用和民用产品上的应用也越来越普及，如在电视摄像管、卫星红外望远镜、录象机镜 头、激光视盘装置、光纤通信的接头、医疗仪器中都有广泛的应用，一些主要的光学非球 面器件的材料及应用领域也非常广泛。光学非球面器件材料多为难加工的硬脆性材料，需 要与之相匹配的精密加工技术【8F-[10】。 非球面技术的应用日益广泛，究其原因，非球面与球面相比具有许多优点：光学非球 面零件可以获得球面光学零件无可比拟的良好成像质量，在光学系统中能够很好地矫正多 种像差，改善成像质量，提高系统的鉴别能力，它能以一个或几个非球面零件代替多个球 面零件，简化仪器结构，从而降低成本，并有效地减轻仪器的重量。 2 作为光学非球面零件的加工，一方面要求精度高，加工表面超光滑：另一方面要求加 工表面没有力n-i-变质层。在这种需求下，产生了硬脆材料的塑性领域超精密磨削，成为超 精密磨削的一个热点。在一定的控制条件下，可使用单点或多点金刚石工具(磨削)加工 诸如玻璃、陶瓷和单晶硅一类的脆性材料。 综上所述，本专题研究工作完成后所形成的高精度磨削样机和工艺技术可广泛的应用 于各种军用光学系统所需的非球面元件，民用光电仪器中，天文和卫星应用的反射式非球 面零件和医用手术刀中。在搞现代军用光电仪器和搞民用光电产品中，非球面光学零件在 光学系统中都占有非常重要的地位，研究成果有助于工艺师在一个更高的水平上对工艺编 排和数控程序加以验证，能充分发挥数控机床的功能和效率，显著降低制造企业的生产准 备周期和成本，提高制造业快速响应市场的能力，其成果潜在的经济效益与社会效益不言 而喻。 §1．2国内外研究现状 1，2．1非球面零件加工方法及技术 无论是注射成型还是模压成型所需的磨具，还是高精度光学非球面部件，都必须采用 切削、磨削和抛光直接进行切除加工【1II．切削主要采用单晶金刚石刀具，磨削加工主要采 用金刚石砂轮，而抛光主要采用游离磨料。每一种方法都是在工件表面沿着非球面的三维 坐标轨迹对工件进行切除加工。一般是先在数控机床上将非球面形状加工成形，然后在保 持形状精度不变的情况下将其抛光，减小其表面租糙度。美国PrecitechInc。公司生