大口径SiC反射镜磨削用金属基圆弧砂轮的在线修整技术

摘要

目前随着空间技术的迅速发展，对空间反射镜有大口径、高精度的需求，如导弹预警、天文或空间望远镜、深空探测器、卫星等装置的反射镜需要更高的成像质量，使得大口径、高精度的反射镜的制造技术格外重要。SiC作为新一代反射镜材料，具有优越的物理与机械性能，但是SiC具有较高的硬脆特性，难于加工，采用圆弧砂轮的轨迹包络磨削加工对SiC反射镜的加工具有优势。目前采用金属基金刚石圆弧砂轮的精密磨削加工是大口径SiC反射镜的一种重要加工方式。但是由于SiC较高的硬脆特性以及加工大口径尺寸的需求，金刚石圆弧砂轮在磨削过程中的损耗量较大。同时圆弧砂轮截面的圆弧廓形易磨损破坏，严重影响SiC反射镜面形精度。所以，圆弧砂轮的在线修整技术十分关键。
　　因此，本文针对大口径SiC反射镜磨削用金属基金刚石圆弧砂轮的在线修整技术进行了研究。提出基于双轴回转展成运动的圆弧包络任意球体的电火花修整砂轮的方法。并研制了大口径SiC反射镜磨削用金属基圆弧砂轮的在线修整装置，实现了金属基圆弧砂轮的电火花在线修整。解决了圆弧砂轮在线修整的难题，提高了大口径SiC反射镜的加工质量和效率，为空间光学先进制造技术提供支持。
　　首先，本文分析了圆弧砂轮的优点以及采用圆弧砂轮的轨迹包络磨削法的原理，得出其具有砂轮利用率高、寿命长的优点。提出基于双轴回转展成运动的圆弧包络任意球体的电火花修整砂轮的方法，通过建立三维空间数学模型，分析、推导得到砂轮修整的原理公式。分析了圆弧砂轮的圆弧廓形的结构形式、修整电极旋转轴线和砂轮旋转轴线夹角的规律，确定了砂轮的结构形式和圆弧砂轮的修整角度。
　　其次，对圆弧砂轮的圆弧半径的选择进行了分析和确定。然后分别计算、设计了锥形砂轮、杯形修整电极、电火花修整装置和在线电解修锐装置，研制出大口径SiC反射镜磨削用金属基金刚石圆弧砂轮的在线修整装置。研究了在线修整装置应用过程中，砂轮的蚀除规律和圆弧砂轮的圆弧半径变化规律；并对磨削过程中圆弧砂轮需要修整的情况进行了预测计算。
　　最后，对电火花修整圆弧砂轮的表面形貌进行实验研究，获得了电火花放电参数对砂轮表面形貌的影响规律。通过研制的大口径SiC反射镜磨削用金属基圆弧砂轮在线修整装置进行加工实验，对圆弧砂轮的修整效果进行了验证，结果表明，采用基于双轴回转展成运动的圆弧包络球体的电火花修整方法可较好实现金属基圆弧砂轮的在线修整。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的背景和意义

1.2 金属结合剂圆弧砂轮修整技术的研究现状及分析

1.3 国内外文献综述的简析

1.4 本文的主要研究内容

第2章 金属基圆弧砂轮电火花修整的原理和修整参数的分析

2.1 引言

2.2 圆弧砂轮在大口径非球面磨削中的应用

2.3 电火花包络修整金属基圆弧砂轮的原理

2.4 有偏心距非对称廓形圆弧砂轮的选择

2.5 修整电极旋转轴线与砂轮旋转轴线夹角的分析

2.6 本章小结

第3章 金属基圆弧砂轮在线修整装置的研制和砂轮的修整规律分析

3.1 引言

3.2 圆弧砂轮圆弧半径的选择

3.3 大口径SiC反射镜磨削用圆弧砂轮在线修整装置的研制

3.4 砂轮修整过程中砂轮的蚀除规律分析及砂轮圆弧半径的变化

3.5 磨削过程中的圆弧砂轮需要的修整情况的预测计算

3.6 本章小结

第4章 金属基圆弧砂轮的电火花在线修整实验研究

4.1 引言

4.2金属基圆弧砂轮表面形貌的电火花修整实验

4.3 金属基圆弧砂轮圆弧廓形的电火花在线修整实验

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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