大气等离子体加工数控方法研究

论文摘要

现代光学技术的发展对光学零件的要求越来越高,不但要求光学零件具有高的面型精度以及好的表面粗糙度,而且要求尽可能减轻亚表层的损伤。虽然目前的计算机控制光学表面成形(CCOS)工艺较传统的加工方式在很大程度上提高了加工的效率以及精度,但是由于其采用的是接触式加工方式,所以仍然存在亚表层损伤等问题。大气等离子体加工工艺是在电极之间加上高频电压,利用放电的方式将气体电离,产生活性的离子与工件表层的原子发生化学反应,生成气态产物,从而实现对光学零件的加工。由于等离子体加工是基于原子之间的化学反应,因而可以达到很高的加工精度,而且由于是非接触加工不像常规加工会产生接触应力,从而可以避免造成亚表层的损伤,有利于提高工件的加工质量。大气等离子体加工的去除函数稳定,不存在传统的“抛光盘磨损”问题,而且其为高斯型分布(中间去除量最大,两边逐渐减小至零),这样的去除函数是确定性加工中最理想的去除函数,因此等离子体加工特别适合光学零件的超精密加工。大气等离子体加工的单位去除函数是研究的基础,本文首先分析了加工中工艺参数对去除函数的影响,在实验的基础上拟合出加工的单位去除函数并进一步分析验证了去除函数峰值随时间的线性变化规律,为后面的驻留时间推导中去除深度对时间的线性叠加提供实验基础。驻留时间函数的求解是利用大气等离子体进行超精密加工的核心,本文推导了基于Fourier变换法以及线性方程组法的驻留时间求解方法,针对线性方程组系数矩阵的病态性进行了深入的分析,并进行了驻留时间求解的仿真研究。由于大气等离子体加工本身的特点,现有的商业后置处理软件生成的NC加工代码不能够应用到大气等离子体加工机床中。为了能够实现数控加工,结合大气等离子体加工机床的布局以及其本身的加工特点,进行了后置处理的研究,开发了基于Matlab的大气等离子体加工的数控系统软件,并编制了面向对象的人机交互界面。最后进行了正弦波曲面的加工实验,得到了较好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究的现状
• 1.2.1 光学镜面的超精密加工方法
• 1.2.2 大气等离子体加工技术相关问题
• 1.3 本文研究的内容
• 第2章 驻留时间求解与仿真
• 2.1 引言
• 2.2 傅里叶变换法
• 2.3 线性方程组法
• 2.3.1 建立数学模型
• 2.3.2 求解病态方程组
• 2.4 仿真研究
• 2.4.1 设定初始化参数
• 2.4.2 求解驻留时间
• 2.5 本章小结
• 第3章 大气等离子体加工数控系统软件的开发
• 3.1 引言
• 3.2 数控系统软件的总体结构
• 3.3 大气等离子体数控系统软件
• 3.3.1 重构面型以及求取等离子体炬轨迹
• 3.3.2 进行等离子体加工后置处理
• 3.4 人机界面以及各功能模块简介
• 3.5 本章小结
• 第4章 大气等离子体加工的实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 大气等离子体加工的去除函数的拟合
• 4.2.1 大气等离子体加工简介
• 4.2.2 去除函数的拟合
• 4.3 大气等离子体加工去除函数峰值随时间的变化关系
• 4.3.1 去除函数峰值随时间变化的实验设计
• 4.3.2 线性回归方程的确立及检验
• 4.4 正弦波曲面的加工实验
• 4.4.1 实验方案的设计
• 4.4.2 实验结果的检测及分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢