气囊抛光机床交互式数控编程技术研究

摘要

气囊抛光是近年出现的一种新颖的非球曲面抛光方法，它使用特制的柔性气囊，可以制造出满足形状要求和表面粗糙度要求的复杂光学表面，国外已经取得了成功应用。本文在已研制的气囊抛光试验样机和工艺试验研究基础上，对气囊抛光机床交互式数控编程技术进行研究，以期开发一套用于自动化气囊抛光的交互式数控编程系统。
　　在气囊抛光机床数控编程系统的理论基础上，围绕气囊抛光材料去除控制原理，确定了数控编程系统的主要功能和总体结构，并提出了软件执行工作流程，总结了数控编程系统实现的关键算法。
　　驻留时间算法是气囊抛光数控编程系统的核心。围绕驻留时间的计算，本文详细研究了气囊抛光数控编程系统实现所需的关键算法，包括非球面的数学描述、实际工件的曲面建模反求算法、抛光余量的计算算法以及路径规划与驻留时间计算等一系列算法，其中曲面建模反求算法和路径规划与驻留时间计算算法是难点。结合气囊抛光的特点，曲面的反求建模算法采用了非均匀B样条来实现，文中给出了详细的数学算法及其实现过程。驻留时间的计算方面重点讨论了回转对称非球面的驻留时间计算算法，引入了转移函数，采用非负最小二乘算法进行驻留时间的计算，简化了计算，减小了系统计算量。
　　编程实现算法，形成完整的数控编程软件是本课题的最终目的。在软件的实现部分，研究了系统数据库设计与访问技术；参考MasterCAM刀位文件的格式，对气囊抛光刀位文件的格式做出了规定。在最后，给出了数控编程系统实现的模块，对每一模块给出了详细的介绍。

目录

气囊抛光机床交互式数控编程技术研究

RESEARCH ON THE INTERACTIVE NCPROGRAMMING TECHNOLOGY FORBONNET TOOL POLISHING MACHINE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.1.1 课题来源

1.1.2 研究的目的和意义

1.2 气囊抛光技术及数控编程开发技术的发展情况

1.2.1 计算机控制光学表面成型技术概述

1.2.2 气囊抛光工艺技术原理及国内外发展情况

1.2.3 数控编程开发技术与现状

1.3 主要的研究内容

第2章 数控编程系统的理论基础与功能结构

2.1 数控编程系统的理论基础

2.1.1 CCOS 的工作原理

2.1.2 气囊抛光材料去除过程控制算法的研究

2.2 数控编程系统的功能结构与工作流程

2.2.1 系统的主要功能

2.2.2 系统的总体结构

2.2.3 软件系统的工作流程

2.3 本章小结

第3章 抛光余量计算方法的研究

3.1 光学非球面描述

3.1.1 一般非球面数学描述

3.1.2 二次回转非球面的数学描述及面型划分

3.2 曲面反求计算方法研究

3.2.1 反求技术概述

3.2.2 数据点的参数化

3.2.3 非均匀B 样条曲线重构算法

3.2.4 非均匀B 样条曲面重构算法

3.2.5 曲线曲面重构的数据结构设计

3.2.6 曲线曲面重构的编程实现

3.2.7 曲线曲面重构算法的正确性验证

3.3 抛光余量计算方法的研究

3.3.1 预期面形为解析曲面时抛光余量的计算

3.3.2 预期面形为列表曲面时抛光余量的计算

3.3.3 抛光余量计算基准的选择

3.3.4 抛光余量计算的编程实现

3.4 本章小结

第4章 抛光去除函数与驻留时间计算方法的研究

4.1 抛光去除函数研究

4.1.1 抛光去除函数计算方法的研究

4.1.2 抛光去除函数的编程实现

4.2 气囊抛光路径规划与驻留时间计算概述

4.2.1 抛光路径规划概述

4.2.2 驻留时间求解概述

4.3 回转对称非球面抛光路径规划与驻留时间的计算

4.3.1 抛光余量计算

4.3.2 去除函数简化

4.3.3 驻留时间求解

4.3.4 算法编程实现

4.4 本章小结

第5章 数控编程系统的设计与实现

5.1 系统开发环境的选择

5.2 数据库设计与访问技术研究

5.2.1 数据库系统的设计与建立

5.2.2 数据库访问技术

5.3 刀位文件格式的设计

5.4 系统模块设计与实现

5.4.1 系统菜单

5.4.2 非球面设计模块

5.4.3 工件测量数据输入模块

5.4.4 工艺参数接口交互模块

5.4.5 抛光余量计算模块与驻留时间计算模块

5.4.6 刀位文件生成模块

5.5 系统运行实例

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致 谢