小口徑磁流變拋光裝置設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、磁流變拋光技術(shù)是一種確定性光學(xué)表面成形方法，具有收斂效率高、亞表面損傷小、加工精度高等眾多優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多年研究，國(guó)內(nèi)特別是國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)的磁流變拋光技術(shù)日益成熟，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)中大口徑和低陡度光學(xué)元件的高效加工。但是，由于拋光輪尺寸與所能加工工件的口徑、曲率半徑、面形誤差特征尺寸等直接相關(guān)，因此在面對(duì)小口徑、高陡度或具有小的面形誤差特征尺寸的光學(xué)元件時(shí)，拋光輪的直徑需要控制到50mm甚至更小。這就給拋光裝置磁場(chǎng)與傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、磁流變液的循環(huán)

2、穩(wěn)定控制以及修形工藝等帶來(lái)了更多新的難題。本文基于研究室現(xiàn)有的大口徑磁流變拋光裝置設(shè)計(jì)與工藝基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了拋光輪直徑為20mm的磁流變拋光裝置，解決了該裝置在液體循環(huán)及加工工藝上的技術(shù)難題，研究主要從以下幾個(gè)方面展開(kāi)：
　　1.基于永磁體磁場(chǎng)分布的三維模型，通過(guò)理論計(jì)算和仿真確定了適用于小口徑磁流變拋光裝置的磁場(chǎng)發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，通過(guò)對(duì)噴管和回收裝置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了液體的順利輸出和回收，為小口徑磁流變拋光裝置拋光液的穩(wěn)定

3、循環(huán)奠定了基礎(chǔ)。
　　2.從流體力學(xué)等理論出發(fā)建立了液體流動(dòng)狀態(tài)方程，確定了影響液體流動(dòng)的主要因素以及這些因素與管道參數(shù)之間的關(guān)系。同時(shí)，根據(jù)水基磁流變液的特點(diǎn)建立了液體流動(dòng)過(guò)程中固體顆粒的沉降模型。結(jié)合分析所得模型，對(duì)液體輸送管路進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后能夠?qū)崿F(xiàn)拋光裝置十小時(shí)以上的穩(wěn)定運(yùn)行，從而獲得穩(wěn)定的去除函數(shù)。
　　3.針對(duì)磁流變拋光工藝過(guò)程中規(guī)則路徑易在光學(xué)元件表面產(chǎn)生規(guī)則殘差（中高頻誤差）的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了復(fù)合式振動(dòng)平臺(tái)。

4、該平臺(tái)能夠顯著增加加工路徑的熵值，當(dāng)路徑的熵值增加時(shí)能夠?qū)鈱W(xué)元件表面的中高頻誤差產(chǎn)生抑制作用。抑制的效果受掃描速度、振動(dòng)頻率和加工步距這三個(gè)因素的影響。通過(guò)理論分析與仿真確定了三個(gè)因素之間的匹配關(guān)系。
　　4.根據(jù)分析與仿真結(jié)果進(jìn)行了中高頻誤差抑制程度的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明使用復(fù)合式振動(dòng)平臺(tái)加工的光學(xué)元件表面中高頻誤差比使用光柵路徑產(chǎn)生的中高頻誤差小一倍。而且通過(guò)功率譜密度分析發(fā)現(xiàn)使用復(fù)合式振動(dòng)平臺(tái)加工的光學(xué)元件表面在中高頻兩個(gè)頻段內(nèi)