光学非球面超精密磨削中微振动对磨削质量的影响的研究

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1、5．4微振动位移测量方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。565．5试验数据的处理分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一585．6本章小节⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．67总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。68致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯70参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．71第一章绪论1．1研究背景及

2、意义十三世纪末，意大利人阿玛蒂发明了眼镜，标志着光学仪器开始走进了人类的日常生活，光学成像系统开始不断地放大和缩小世界上的万物。最初的光学系统仅用球面镜组合加上普通光照射，而球面光学元件在原理上存在像差，如图1．1所示。为了有效地消除像差，需要不断增加透镜的片数，如图1．2所示。同时为了不断提高光学系统的性能，需要改善元件材质、加工精度和镀膜水平，使得最初的光学系统体积庞大，极大地限制了它的应用。随着光学技术的发展，轻量化和自动化作为追求的目标，光学元件发生了重大变化。三百多年前，自牛顿第一次使

3、用抛物面反射镜取代不能消色差的透镜开始，人们开始以一个或几个非球面零件代替多个球面零件，可以有效地消除球差、像散、慧差、场曲、减少光能损失、获得高成像质量【l】，同时减少了光学系统的重量，缩d,T光学系统的体积，提高了系统的鉴别能力，如图1．3所示。图1．1球面反射像差图1．2消除像差系统图1．3非球面反射无像差由于非球面相比球面可以大幅度提高光学系统的性能，光学非球面已经越来越广泛地应用于各种光学系统中。例如在现代军用光学系统中，航天遥感、激光装置、战斗机座舱盖、大13径夜视仪、导弹导引头、军

4、用变焦镜头等均不同程度地使用了高精度的非球面光学元件【2】；在国产新型战斗机、直升机的瞄准镜以及机载导弹的瞄准窗口也使用了非球面光学元件。在现代民用光学系统中，非球面光学零件的应用范围包括天文望远镜、卫星红外望远镜、核聚变用激光聚焦镜头、照相机的变焦镜头、光纤接头、电视显像管、光刻机物镜、X射线光学系统以及医疗仪器等。科学技术的快速发展，对现代光学系统的新的要求和需求也不断的提出【3】。比如：进一步改善像质、更高的分辨率、更大的视场角、结构更加紧凑、功能更加强大等等，这就使得对于现代光学系统中的

5、核心元件——非球面元件的要求越来越严格，苛刻，如在军用武器装备、空间光学系统中不断提高的长焦距、增大口径，提升成像精度品、要求光学系统向红外、紫外波段扩展等等，这样给光学非球面元件的加工质量不断提出新的要求。在国外，小型、中型非球面光学元件的制造己规模化、产业化；在国内，也处于深入研究阶段。对于小口径非球面镜，在对加工精度要求不高的条件下，通常采用注射成型技术及模压成型技术进行：blI[41；对于大、中口径非球面镜，主要是通过超精密磨削、研抛等方法进行加工、加工材料也越来越多地使用光学玻璃、光学

6、晶体等硬脆性材料。由于磨削加工的效率要远远高于研抛加工，超精密磨削加工可以对工件进行微米级及亚微米级的材料去除，而反复的研抛不仅增加了加工的次数，同时也增加了检测的次数，导致加工周期的延长。为了尽可能的缩小研抛在加工周期所占的比重，同时提高非球面加工的确定性，技术人员努力研究如何提高超精密磨削加工设备的加工精度和加工效率。因此，对大口径非球面精密磨削加工的研究成为近年来国内外科学技术人员的研究热点。现代光学技术对中、大口径非球面光学元件的表面质量要求越来越高，加工材料也越来越多地使用光学玻璃、光

7、学晶体等硬脆性材料，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过程受到多种因素综合作用，加工过程中产生的微小振动对微米级、亚微米级的工件表面质量的影响是很大的。砂轮轴、砂轮、磨床主轴的不平衡质量会使砂轮轴轴系和主轴轴系产生微小的平动和摆动，被加工的非球面表面会产生振动波纹，同时也降低磨床磨削效率、磨削质量及砂轮的寿命。本论文针对某型号中大口径非球面精密磨削机床加工过程中的主轴系与砂轮轴系的微振动进行检测分析，系统研究磨床主轴、砂轮轴转速变化和液体静压轴承油压变化引起的微振动对被加

8、工非球面表面质量的影响，如何选择合理选择磨削工艺参数，最大程度的减少微振动对加工精度的影响，降低非球面表面波纹度，提高非球面磨削加工的精度。1．2非球面简介1．2．1非球面镜与球面镜光学性能的区别球面是一旋转曲面，球面上每个点的曲率半径是相同的，球面有共同的曲率中心，是具有无数个对称轴的光学表面，它只有一个参数，即球面半径，来决定其形状16J。非球面是与球面有偏差的面，与球面相比，非球面上的每个点的曲率半径并不是完全相同的，是根据一定的函数规律变化的。同普通球面元件相比，非球面元件的光学性能有着