确定性抛光路径规划和材料去除优化研究
发布时间：2022-12-18 02:52
随着科学技术的发展,国防、航空、航天、医疗、汽车等领域,对包含非球面、自由曲面等复杂曲面的超精密零部件及其制造模具的需求越来越普遍并且要求越来越高。这些超精密表面通常需要研磨后进一步精密抛光来生产,不但要求高的面型精度和较低的表面粗糙度,还要求严格控制中频误差及亚表面损伤。另外,现有的抛光工艺多样、工艺参数繁多且交互影响、材料去除机理复杂等,为提升超精密抛光质量及其确定性带来严峻挑战。抛光质量及其确定性的提升,离不开对抛光去除优化模型、路径生成策略、材料去除理论及确定性规划模型等基础问题的研究。针对抛光在均匀材料去除和面型校正两方面的应用,本文开展了一系列相关研究,包括实现均匀材料去除的物理均匀覆盖路径规划理论、面型校正中基于路径适应性的残余误差优化、抛光中材料卷积去除过程的理论解析、直接进给速度规划模型以及基于路径适应性的机床动态性能优化。本文的研究形成了比较完善的理论体系,对于深刻理解抛光去除过程及提升其确定性,具有重要学术理论价值和工业应用价值。论文的主要研究内容与研究成果如下:（1）在不损害面型精度提升表面质量或去除前序工艺留下的加工痕迹的抛光应用中,控制材料去除的均匀性显得至...
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究背景
1.3 超精密抛光技术研究现状
1.3.1 超精密抛光技术分类
1.3.2 典型超精密抛光技术概述
1.4 抛光过程材料去除优化研究现状
1.4.1 均匀材料去除优化
1.4.2 校正抛光优化
1.4.3 其他为提高工艺稳定性及潜力等的优化
1.5 论文的研究意义及研究内容
1.5.1 论文的研究意义
1.5.2 本文的主要研究内容
第2章 物理均匀覆盖抛光路径规划
2.1 抛光带物理均匀重叠的物理意义及数学描述
2.2 接触区域分析及抛光带建模
2.2.1 椭圆赫兹接触理论及材料去除模型
2.2.2 抛光带区域建模
2.3 基于NURBS曲面的物理均匀覆盖抛光路径规划
2.3.1 NURBS自由曲面及局部坐标系
2.3.2 抛光带边界提取
2.3.3 用于计算相邻抛光路径的迭代逼近(IAP)算法
2.3.4 无效数据点的处理
2.3.5 基于迭代逼近算法的物理均匀覆盖螺旋路径生成
2.4 物理均匀覆盖抛光路径规划实例及实验验证
2.4.1 物理均匀覆盖抛光路径生成实例
2.4.2 实验详情
2.4.3 实验结果分析
2.5 本章小结
第3章 具有路径适应性的校正抛光残余误差优化
3.1 校正抛光的卷积去除原理及驻留时间求解
3.1.1 卷积去除原理
3.1.2 基于线性方程组的驻留时间求解
3.2 路径间距及材料去除深度对残余误差的影响规律研究
3.2.1 仿真实验设计
3.2.2 路径间距对残余误差的影响
3.2.3 初始面型误差对残余误差的影响
3.2.4 路径间距和材料去除深度对残余误差的综合影响分析
3.2.5 仿真实验结果讨论
3.3 基于RMS图谱和PV图谱的残余误差优化策略
3.3.1 基于面型误差分布的自适应路径间距优化模型
3.3.2 基于优化模型的自适应螺旋路径规划方法
3.4 实例对比研究
3.4.1 平面试件残余误差优化实例
3.4.2 非球面残余误差优化实例
3.5 本章小结
第4章 子孔径抛光中材料卷积去除过程解析
4.1 三维卷积过程的降维分析
4.1.1 二维卷积轮廓的理论解析
4.1.2 卷积轮廓的表征指标
4.1.3 波纹轮廓解析解的截断误差
4.2 表面波纹度对TIF波动的敏感性预测
4.3 射流抛光实验验证
4.3.1 射流抛光中TIF波动的统计特性
4.3.2 解析波纹轮廓的验证
4.3.3 解析PV和RMS曲线的验证
4.3.4 基于蒙特卡洛模拟的表面波纹度预测
4.4 本章小结
第5章 基于卷积解析模型的确定性抛光直接进给速度规划
5.1 基于解析卷积模型的确定性抛光速度规划模型
5.1.1 基于高斯混合模型的TIF建模
5.1.2 推广的解析卷积模型
5.1.3 确定性去除进给速度规划解析模型
5.1.4 材料去除特征补偿策略
5.2 基于路径适应性的进给速度规划框架
5.2.1 路径间距范围可控的自适应路径
5.2.2 基于路径适应性的进给速率规划
5.3 仿真验证
5.3.1 针对直纹形状材料去除分布的确定性去除仿真
5.3.2 针对自由曲面材料去除分布的确定性去除仿真
5.4 实验验证
5.4.1 实验装置和方法
5.4.2 实验结果
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 研究结论
6.2 研究展望
参考文献
作者在攻读博士学位期间公开发表的论文
作者在攻读博士学位期间所参与的项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ultra-precision figuring using submerged jet polishing[J]. 施春燕,袁家虎,伍凡,万勇建. Chinese Optics Letters. 2011(09)
[2]Study of weighted space deconvolution algorithm in computer controlled optical surfacing formation[J]. 李洪玉,张伟. Chinese Optics Letters. 2009(07)
博士论文
[1]带式磁流变抛光关键技术研究[D]. 王德康.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]大抛光模磁流变超光滑平面抛光技术研究[D]. 王永强.湖南大学 2016
[3]剪切增稠抛光方法的基础研究[D]. 李敏.湖南大学 2015
[4]亚纳米精度光学表面离子束修形的基础研究[D]. 廖文林.国防科学技术大学 2015
[5]磨料水射流抛光技术研究[D]. 李兆泽.国防科学技术大学 2011
[6]冰盘纳米抛光金属材料的研究[D]. 刘薇娜.吉林大学 2004
硕士论文
[1]电流变抛光实验与理论研究[D]. 张从领.吉林大学 2006
本文编号：3721185
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究背景
1.3 超精密抛光技术研究现状
1.3.1 超精密抛光技术分类
1.3.2 典型超精密抛光技术概述
1.4 抛光过程材料去除优化研究现状
1.4.1 均匀材料去除优化
1.4.2 校正抛光优化
1.4.3 其他为提高工艺稳定性及潜力等的优化
1.5 论文的研究意义及研究内容
1.5.1 论文的研究意义
1.5.2 本文的主要研究内容
第2章 物理均匀覆盖抛光路径规划
2.1 抛光带物理均匀重叠的物理意义及数学描述
2.2 接触区域分析及抛光带建模
2.2.1 椭圆赫兹接触理论及材料去除模型
2.2.2 抛光带区域建模
2.3 基于NURBS曲面的物理均匀覆盖抛光路径规划
2.3.1 NURBS自由曲面及局部坐标系
2.3.2 抛光带边界提取
2.3.3 用于计算相邻抛光路径的迭代逼近(IAP)算法
2.3.4 无效数据点的处理
2.3.5 基于迭代逼近算法的物理均匀覆盖螺旋路径生成
2.4 物理均匀覆盖抛光路径规划实例及实验验证
2.4.1 物理均匀覆盖抛光路径生成实例
2.4.2 实验详情
2.4.3 实验结果分析
2.5 本章小结
第3章 具有路径适应性的校正抛光残余误差优化
3.1 校正抛光的卷积去除原理及驻留时间求解
3.1.1 卷积去除原理
3.1.2 基于线性方程组的驻留时间求解
3.2 路径间距及材料去除深度对残余误差的影响规律研究
3.2.1 仿真实验设计
3.2.2 路径间距对残余误差的影响
3.2.3 初始面型误差对残余误差的影响
3.2.4 路径间距和材料去除深度对残余误差的综合影响分析
3.2.5 仿真实验结果讨论
3.3 基于RMS图谱和PV图谱的残余误差优化策略
3.3.1 基于面型误差分布的自适应路径间距优化模型
3.3.2 基于优化模型的自适应螺旋路径规划方法
3.4 实例对比研究
3.4.1 平面试件残余误差优化实例
3.4.2 非球面残余误差优化实例
3.5 本章小结
第4章 子孔径抛光中材料卷积去除过程解析
4.1 三维卷积过程的降维分析
4.1.1 二维卷积轮廓的理论解析
4.1.2 卷积轮廓的表征指标
4.1.3 波纹轮廓解析解的截断误差
4.2 表面波纹度对TIF波动的敏感性预测
4.3 射流抛光实验验证
4.3.1 射流抛光中TIF波动的统计特性
4.3.2 解析波纹轮廓的验证
4.3.3 解析PV和RMS曲线的验证
4.3.4 基于蒙特卡洛模拟的表面波纹度预测
4.4 本章小结
第5章 基于卷积解析模型的确定性抛光直接进给速度规划
5.1 基于解析卷积模型的确定性抛光速度规划模型
5.1.1 基于高斯混合模型的TIF建模
5.1.2 推广的解析卷积模型
5.1.3 确定性去除进给速度规划解析模型
5.1.4 材料去除特征补偿策略
5.2 基于路径适应性的进给速度规划框架
5.2.1 路径间距范围可控的自适应路径
5.2.2 基于路径适应性的进给速率规划
5.3 仿真验证
5.3.1 针对直纹形状材料去除分布的确定性去除仿真
5.3.2 针对自由曲面材料去除分布的确定性去除仿真
5.4 实验验证
5.4.1 实验装置和方法
5.4.2 实验结果
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 研究结论
6.2 研究展望
参考文献
作者在攻读博士学位期间公开发表的论文
作者在攻读博士学位期间所参与的项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ultra-precision figuring using submerged jet polishing[J]. 施春燕,袁家虎,伍凡,万勇建. Chinese Optics Letters. 2011(09)
[2]Study of weighted space deconvolution algorithm in computer controlled optical surfacing formation[J]. 李洪玉,张伟. Chinese Optics Letters. 2009(07)
博士论文
[1]带式磁流变抛光关键技术研究[D]. 王德康.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]大抛光模磁流变超光滑平面抛光技术研究[D]. 王永强.湖南大学 2016
[3]剪切增稠抛光方法的基础研究[D]. 李敏.湖南大学 2015
[4]亚纳米精度光学表面离子束修形的基础研究[D]. 廖文林.国防科学技术大学 2015
[5]磨料水射流抛光技术研究[D]. 李兆泽.国防科学技术大学 2011
[6]冰盘纳米抛光金属材料的研究[D]. 刘薇娜.吉林大学 2004
硕士论文
[1]电流变抛光实验与理论研究[D]. 张从领.吉林大学 2006
本文编号：3721185
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