基于压电伺服刀具的非球面摆动切削加工工艺研究.pdf

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1、硕士学位论文基于压电伺服刀具的非球面摆动切削加工工艺研究TECHNIQUESFORASPHERICALTURNINGBASEDONSWINGFEEDANDPIEZOELECTRICSERVOTOOLS康儒哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG-50学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文基于压电伺服刀具的非球面摆动切削加工工艺研究硕士研究生：康儒导师：韩成顺副教授申请学位：工程硕士学科：机械制造及其自动化所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学C

2、lassifiedIndex:TG-50U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTECHNIQUESFORASPHERICALTURNINGBASEDONSWINGFEEDANDPIEZOELECTRICSERVOTOOLSCandidate：KangRuSupervisor：A.Prof.HanChengShunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalManufa

3、cturingandAutomationAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要非球面光学元件相比于球面元件，具有成像质量高，体积小，质量轻等众多优点，其应用越来越广泛。非球面的应用主要局限于它的制造和检测，同时国外发达国家在超精密机床方面对我国进行技术封锁，因而研究非球面加工技术

4、显得格外重要。基于压电伺服刀具摆动进给的非球面加工机床相对于传统的T型布局机床，只有主轴和摆臂的旋转运动无直线导轨的运动，因而有利于加工大口径非球面光学元件。同时，基于压电陶瓷的刀架可实现精准的微位移运动，有利于摆臂摆动时产生非球面度。以此为基础，从摆动进给加工方式入手，以应用最广泛的抛物面为例，研究加工机理，搭建UMAC与压电伺服刀具间硬件系统，编写加工PLC程序，并研究加工非球面的工艺参数对非球面表面质量的影响，为以后的工艺实验提供理论指导。从抛物面相关理论的推导和数据的计算，数控系统的搭建和PLC程序的编写以及

5、非球面正交实验的设计与验证这三方面展开。首先，对非球面加工相关参数进行计算，确定刀尖中心点的轨迹方程，计算抛物面与最接近比较球面之间的非球面度。建立在极坐标系下的非球面度与摆轴摆角之间的联系。其次，基于工控机和UMAC运动控制器搭建非球面加工的数控系统中压电伺服刀具与UMAC之间的通讯与控制。工控机作为上位机完成非实时任务，UMAC控制器作为下位机完成实时任务。同时，编写实现非球面度进给的抛物面加工程序。最后，建立基于摆臂式机床的理想情况下的粗糙度模型，根据粗糙度模型为摆臂式机床的主轴转速，摆臂摆速和背吃刀量选取范围

6、，然后通过对小口径的工件做正交实验，选出最优解，最终以最优解对大口径工件进行加工实验，得出比较理想的抛物面。关键词：超精密金刚石车削；压电伺服刀具；非球面；摆动切削；UMAC-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractComparedwithsphericalelements,asphericalopticalelementshavemanyadvantagessuchashighimagingquality,smallsize,lightweight,etc.,andtheirapplicationsare

7、moreandmoreextensive.Theapplicationofasphericsurfacesismainlylimitedtoitsmanufactureandtesting.Atthesametime,developedcountriesinforeigncountrieshaveblockedthetechnologyofultra-precisionmachinetoolsinChina.Therefore,itisextremelyimportanttostudyasphericsurfacep

8、rocessingtechnology.AsphericalmachinetoolsbasedonswingingfeedofpiezoelectricservotoolsComparedtotraditionalTtypemachinetools,onlytherotationofthemainshaftandtheswingarmdoesn