铣磨机加工误差分析与研究

摘要

随着光学仪器行业的迅速发展以及在各领域的广泛应用，光学加工的工艺要求也越来越高，不仅需要高效率、高精度，同时也要求扩大加工范围。虽然目前非球面加工工艺发展迅速，成为当今研究热点，但是非球面加工难度大、价格昂贵，所以球面加工的地位也不容忽视，能够加工出一个理想的球面对于光学产业非常重要。
　　目前球面铣磨机普遍采用范成法的加工原理，对于这种加工成形工艺来讲，机床的调整以及工艺参数的选择直接影响到零件的面形精度以及表面粗糙度。近年来对于球面加工的误差缺少定性定量的分析，本文从这一角度入手，从理论上分析研究并以实验来对铣磨机加工工艺进行验证，希望能对铣磨机加工精度的控制和合理使用有所帮助。本课题研究内容归纳如下:
　　l、通过对斜截圆成型球面原理的分析，建立了磨轮轴和工件轴存在空间偏差时的数学模型，得到误差方程，通过大型数学软件MATLAB对理论方程与误差方程的编程，分别对yz截形、xy截形进行Z向误差分析和径向误差分析以及综合误差分析，得出磨轮中径以及两轴的偏心距会对铣磨的球面面形精度有影响，进而分析这两因素的变化对面形精度的影响规律以及大小，为试验提供理论基础;
　　2、采用正交试验法，研究磨轮轴转速、工件轴转速、磨削压力及磨轮粒度等因素对铣磨工件表面粗糙度的影响，选用L16(45)正交袁，并有一空白列用来判断试验结果是不是由误差引起的，增加试验的可靠性，将表面粗糙度参数作为评判标准，通过极差分析法以及方差分析法获得各铣磨参数对表面粗糙度的影响程度、规律以及得到最优的铣磨参数;
　　3、利用三坐标测量机测量试样，对试样建立工件坐标系，利用曲面-曲线-点集合-点的思想实现了工件的曲面数据的采集，得到了工件点的x、y、z坐标，并通过Excel进行预处理，进行坐标旋转变换、坐标系平移对齐等，为MATLAB进行曲面重构以及误差分析奠定基础。
　　4、通过单因素试验法研究不同磨轮中径以及不同偏心距对于球面面形精度的影响。将处理后的数据导入MATLAB，对其进行拟合，得到拟合曲面的误差以及拟合曲线与理论曲线的误差、截形的误差变化规律从而验证理论分析的正确性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 光学零件加工技术国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 国外研究发展现状与研究

1．2．2 国内研究发展现状与研究

1．3 光学零件加工误差分析与现状

1．4 逆向工程的国内外发展现状

1．4．1 国外研究发展与现状

1．4．2 国内研究发展与现状

1．5 课题的研究内容和方法

1．6 本课题的研究意义

第二章 铣磨加工误差分析

2．1 引言

2．2 铣磨原理介绍

2．2．1 铣磨机理

2．2．2 球面铣磨机理

2．2．3 斜截圆轨迹方程推导

2．3 铣磨球面几何形状精度分析

2．3．1 角度调整误差和磨轮刃口尺寸误差

2．3．2 中心调整误差的影响

2．3．3 磨轮轴工件轴不共面误差的影响

2．3．4 磨轮轴工件轴中心径向跳动的影响

2．3．5 透镜中心厚度误差的影响

2．4 本章小结

第三章 基于MATLAB的面形精度的理论误差分析

3．1 软件MATLAB介绍

3．2 基于MATLAB面形误差的定义

3．3 基于MATLAB截形误差的分析

3．3．1 yz截形误差分析

3．3．2 xy截形误差分析

3．4 基于MATLAB综合误差分析

3．4．1 不同磨轮中径对综合误差的影响

3．4．2 不同偏心距对综合误差的影响

3．5 本章小结

第四章 铣磨表面粗糙度影响因素研究

4．1 引言

4．2 试验设备介绍

4．3 正交实验法简介

4．4 正交试验方案设计

4．5 正交试验结果分析

4．5．1 极差分析

4．5．2 方差分析

4．6 本章小结

第五章 基于三坐标测量机的工件曲面测量

5．1 引言

5．2 三坐标测量机(CMM)仪器介绍

5．3 铣磨工件的数据采集

5．3．1 测针的选配

5．3．2 测头校正

5．3．3 测头半径补偿

5．3．4 建立工件坐标系

5．3．5 数据采集

5．4 数据预处理

5．5 本章小结

第六章 基于MATLAB的曲面重构与误差分析

6．1 引言

6．2 基于单因素试验法的误差分析

6．2．1 磨轮中径变化对面形精度影响分析

6．2．2 偏心距变化对面形精度影响分析

6．3 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 创新点

7．2 展望

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢