1、毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化非球面精密加工技术研究一、选题的背景与意义在市场需求不断变化和科学技术飞速发展这两个巨轮的推动下，先进制造技术在不断向精密化、多样化等方向发展1。非球面零件广泛应用上于军事方面、民用、光电产品和医疗仪器、实验仪器等诸多领域。目前,利用计算机自动控制技术,实现非球面元件的快速精密加工成型,能够保证非球面零件具有较高的面形精度和表面质量精度，然而如何对成型后的零件进行精确抛光,是制约中小口径非球面零件生产的瓶颈25。作为超精密加工领域中的一个关键性技术难题，非球面零件的研抛加工引起了各国的高度重视69。精密机床可以加工出较高的面形精度，然而对于表面质量要求高的
2、零件，需要对精加工后的零件进行进一步的精密、超精密加工，其方法基本有磨削加工和研抛两种。磨削设备比较精密而造价一般很昂贵，研抛虽然能带来很高的表面加工质量，但是其过程控制非常棘手。所以研究研抛技术要从新设备和新方法着手。为有效地提高工件的表面质量，一些学者提出了对研抛进行柔顺研抛。柔顺控制被分为主动柔顺和被动柔顺两类。所谓主动柔顺，是利用力的反馈信息采用一定的控制策略来主动控制作用力；而被动柔顺，就是凭借一些辅助的柔顺机构，使其在与环境接触中，能够对外部作用力产生自然顺从1013。由于被动柔顺装置的专用性强，适应能力较差，使用范围受到限制，主动柔顺控制进而成为一个主导的柔顺控制研究方向1416
3、，主动柔顺控制也就是力的控制。研抛过程中，通过控制研抛法向力的恒定，保证了研抛工件的表面去除量的恒定，达到了均匀去除的效果。所以利用主动柔顺控制的研抛加工，能够大大提高工件的表面质量。因而，怎样实现研抛主动柔顺控制，是一个关键性难题。传统设计通过控制位置达到控制力的效果，然而在研抛过程中，基于位置控制的加工对精度的影响远大于对研抛力控制的影响，怎样解决力和位置的耦合问题是实现力的控制是一个棘手问题。效率方面，固着磨料砂轮研抛有着很高的加工效率，在研抛过程中固着磨料与工件产生面接触，避免了游离磨料抛光过程中磨料因与工件和抛光模单点接触而产生应力集中的现象，也有效的提高研抛工具的使用寿命。本文在数
4、控车床上研发一套可以柔顺研抛的加工装置，及通过控制研抛法向力实现柔顺研抛，对探索一种新型非球面柔顺精密研抛技术有着现实的意义。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题研究的基本内容（1）利用数控自动编程软件生成数控代码，并在数控车床上完成非球面零件数控车削加工；（2）基于数控车床研究曲面研抛过程的柔顺控制方法；（3）利用数控自动编程软件生成研抛加工数控代码，并在数控车床上完成非球面零件的研抛加工。拟解决的主要问题（1）如何对成型后的零件进行精确抛光；（2）怎样实现研抛主动柔顺控制；（3）怎样进行研抛加工实验，如何分析研究实验结果。三、研究的方法与技术路线研究方法数控车床是一种高精度、高效率的自动化
5、机床，一般具有直线插补、圆弧插补等补偿功能，并在回转零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。在插补中，刀具不能严格地按照要求加工的曲线运动，只能用折线轨迹逼近所要加工的曲线。也可以说，已知曲线上的某些数据，按照某种算法计算已知点之间的中间点的方法，也称为“数据点的密化”，这就是数控车床的插补运算方法。非球面主要是靠数控车床的内外插补方法来加工，原理上存在着插补误差。图1是数控车床车削非球面的示意图，通过插补算法可以明显的看到加工后的非球面的表面是有一个个的微小的阶梯构成的，从而形成了较大的形状精度误差。因此，本项目建立了以数控车床为载体的柔顺研抛模型，如图2所示。图1车削非球面示意图图2非球面研
6、抛示意图本项目在两轴数控车床的基础上增加了一个旋转的运动，可以看做是在X、Z和方向上运动的合成，系统的加工过程可以达到仿形加工的目的。通过在轴上输入一个恒定的扭矩，保证研抛过程中研抛工具的运动方向的切向矢量与该处工件轮廓的法向量垂直，即可确保加工力臂的恒定，从而达到了恒定研抛力的柔顺加工效果。技术路线本项目以控制研抛法向力为手段，综合应用数控技术、柔顺控制技术、现代控制理论等先进技术，在不改变原有数控车床的基础上，通过研制基于力反馈控制的柔顺研抛工具系统，实现数控研抛非球面通过研制基于力反馈控制的柔顺研抛工具系统，实现数控研抛非球面加工过程中的研抛法向力的控制，具体的内容如下（1）非球面研抛工
7、具系统的研制设计一套研抛工具系统，在不干涉数控车床正常加工的条件下，研发一种能克服数控车床插补误差并能达到仿形加工效果的研抛系统。（2）非球面研抛法向力的控制探索一种数控研抛加工的力控制策略。在分析已有的力控制策略的基础上，提出一种适合于非球面研抛法向力的控制策略，设计合适的力控制系统使研抛工具系统在能感知研抛力的基础上，能对研抛压力进行主动控制，保持研抛力的基本恒定，实现恒压力研抛加工。研抛加工实验研究在基于以上的研究结果的前提下，利用本项目的研抛工具系统进行必要的研抛加工实验，并分析研究实验结果。四、研究的总体安排与进度13周理解设计任务，收集资料；完成外文翻译；完成文献总数和开题报告；4
8、7周数控编程与加工；812周柔顺研抛技术研究；13周完成毕业论文，准备答辩参考文献1杨辉，吴明根现代超精密加工技术J航空精密制造技术，2001，3312郑为民高陡度光学非球面自动成形的研究学位论文浙江浙江大学，19983吴敏镜超精密加工技术的现状和展望J航空精密制造技术，2002，3834王先逵，吴丹，刘成颖精密加工和超精密加工技术综述J中国机械工程，1999，1055倪颖，李建强，王毅，黄启泰，余景池一种高效率小口径非球面数控抛光方法J光学技术，2008，3416张学军数控非球面加工过程的优化研究D中国科学院长春光机所，19977杨福兴非球面光学零件的超精密磨削技术J机械工艺师，1998，6
9、13148庞长涛，罗松保非球面加工先进技术J航空精密制造技术，2001，3159韩成顺，等大型光学非球面超精密磨削的几何模型研究J兵工学报，2004，6（741745）10王援朝充气天线结构技术概述J电讯技术，2003，261111NAGATA，FANDKUSUMOTO，Y，ETALPOLISHINGROBOTFORPETBOTTLEMOLDSUSINGALEARNINGBASEDHYBRIDPOSITION/FORCECONTROLLERJCONTROLCONFERENCE，20045THASIAN，2004，212FUSAOMINAGATAANDKEIGOWATANABE，ETALPOLI
10、SHINGROBOTSYSTEMUSINGIMPEDANCEMODELFOLLOWINGFORCECONTROLJ18THANNUALCONFERENCEOFTHEROBOTICSSOCIETYOFJAPAN，2000，213冯之敬，汪劲松等自由曲面研磨的曲面形状自适应研磨方法及其工具中国专利公告号CN1180007A，公告日1998年4月29日14詹建明，赵继，祝佩兴机器人超声研抛自由曲面的精加工系统J中国机械工程，2000，885285415赵继，詹建明，祝佩兴，金仁成机器人超声弹性研磨自由曲面的过程识别与优化J中国机械工程学报，20001717416GREENWOODJAANALYSISOFELLIPTICALHERMANCONTACTSTRIBOLOGYINTENRATIONAL1997，303235237
