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具有公自转运动模式的高效轮式抛光工具设计

张毅 张学军 李锐钢 李英杰

张毅, 张学军, 李锐钢, 李英杰. 具有公自转运动模式的高效轮式抛光工具设计[J]. 中国光学(中英文), 2016, 9(1): 155-166. doi: 10.3788/CO.20160901.0155
引用本文: 张毅, 张学军, 李锐钢, 李英杰. 具有公自转运动模式的高效轮式抛光工具设计[J]. 中国光学(中英文), 2016, 9(1): 155-166. doi: 10.3788/CO.20160901.0155
ZHANG Yi, ZHANG Xue-jun, LI Rui-gang, LI Ying-jie. Design of an high-efficiency wheeled polishing tool combined with co-rotation and self-rotation movement[J]. Chinese Optics, 2016, 9(1): 155-166. doi: 10.3788/CO.20160901.0155
Citation: ZHANG Yi, ZHANG Xue-jun, LI Rui-gang, LI Ying-jie. Design of an high-efficiency wheeled polishing tool combined with co-rotation and self-rotation movement[J]. Chinese Optics, 2016, 9(1): 155-166. doi: 10.3788/CO.20160901.0155

具有公自转运动模式的高效轮式抛光工具设计

doi: 10.3788/CO.20160901.0155
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(No.61036015)
详细信息
    通讯作者:

    张毅(1989-),男,河北石家庄人,2013年于中国科学技术大学获得学士学位,主要从事先进光学制造方面的研究。E-mail:yizhang19@outlook.com

    张学军(1968-),男,吉林长春人,博士,研究员,博士生导师,主要从事大口径非球面加工与检测、新型空间反射镜制造、空间相机总体设计等方面的研究。E-mail:zxj@ciomp.ac.cn

  • 中图分类号: TB133

Design of an high-efficiency wheeled polishing tool combined with co-rotation and self-rotation movement

  • 摘要: 为了提高光学加工效率,缩短大口径光学元件制造周期,本文提出了一种具有公自转运动模式的新型高效抛光方式,对其结构、工作原理以及去除特性进行了研究。首先,介绍了公自转抛光装置机械结构及工作原理。接着,根据Hertz接触理论和Preston方程进行了去除函数建模,讨论了不同转速比情况下的去除函数形状。然后,根据理论模型进行了去除函数实验、工艺参数实验以及稳定性实验,研究了压入深度、转速等工艺参数对去除结果的影响。最后,进行了200 mm口径SiC工件的仿真加工。实验结果表明:在2 mm压入深度、200 rpm转速情况下,去除区域直径为19.23 mm,体去除率达到0.197 mm3/min,去除效率高于同等去除区域大小的传统小磨头加工方式;仿真加工结果表明:SiC仿真镜经过3.7 h加工,面形从3.008λPV,0.553λRMS提高到0.065λPV,0.005λRMS,收敛效率为达到98.18%。

     

  • 图 1  使用球形磨头抛光磨具内表面

    Figure 1.  Inner surface polishing of abrasive tool with spherical head

    图 2  MCG 150研磨机

    Figure 2.  MCG 150 CNC

    图 3  公自转轮式抛光装置结构简图

    Figure 3.  Structure sketch of the co-rotation and self-rotation wheeled polishing device

    图 4  公自转轮式抛光装置机械结构

    Figure 4.  Mechanical structure of the co-rotation and self-rotation wheeled polishing device

    图 5  抛光磨头实物图

    Figure 5.  Photograph of the polishing head

    图 6  轮式磨头接触区域简图

    Figure 6.  Principle sketch of the polishing head′s contact area

    图 7  接触区域归一化压力分布

    Figure 7.  Normalized pressure distribution in the contact region

    图 8  公自转轮式磨头运动分析

    Figure 8.  Analysis of the polishing head′s movement

    图 9  磨头接触区域速度分布

    Figure 9.  Velocity distribution in the contact region of polishing head

    图 10  不同转速比情况下的去除函数形状比较

    Figure 10.  Comparison of the removal function under different rotational speed ratio

    图 11  工艺实验装置结构简图

    Figure 11.  Principle sketch of the experimental device

    图 12  去除函数实验图

    Figure 12.  Photograph of the removal function experiment

    图 13  SiC加工后去除区域面形

    Figure 13.  Removal region surface shape of SiC after polishing

    图 14  归一化去除函数实验值与理论值比较

    Figure 14.  Comparison between experimental value and theoretical value of normalized removal function

    图 15  压入深度对去除区域大小的影响

    Figure 15.  Influence of the pressure depth on diameter of the removal area

    图 16  抛光速度对体积去除率的影响

    Figure 16.  Influence of polishing speed on volume removal rate

    图 17  压入深度对体积去除率的影响

    Figure 17.  Influence of pressure depth on volume removal rate

    图 18  压入深度与自转速度对体积去除率的影响

    Figure 18.  Influence of polishing speed and pressure depth on volume removal rate

    图 19  轮式磨头与曲面接触区域简图

    Figure 19.  Principle sketch of the polishing head′s contact area with curved surface

    图 20  稳定性实验结果

    Figure 20.  Stability test results of the removal function

    图 21  SiC去除函数

    Figure 21.  Removal function of SiC

    图 22  直径200 mm SiC仿真镜初始面形

    Figure 22.  Initial faceshape of Φ200 mm SiC simulation mirror

    图 23  驻留时间分布

    Figure 23.  Dwell time distribution

    图 24  仿真加工后面形

    Figure 24.  Final surface after simulation polishing

    表  1  工艺参数实验结果

    Table  1.   Experimental results of process parameters

    实验序号自转速 度/rpm压入深 度/mm转台转 速/rpm 实验时 间/s去除区域 直径/mm体积去除效率/ (μm·mm2/min)峰值去除率/ (μm·s-1)
    11000.510249.8324.210.044
    21001101614.1652.750.091
    3100210819.08111.830.172
    41500.510249.6733.120.069
    51501101614.0774.250.140
    6150210818.67161.340.273
    72000.510249.7542.580.083
    82001101613.9889.170.173
    9200210819.23196.670.353
    下载: 导出CSV

    表  2  稳定性实验结果

    Table  2.   Stability test results of the removal function

    实验序号体积去除效率/ (μm·mm2/min)
    116.175
    215.946
    316.353
    416.436
    516.289
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-09-11
  • 录用日期:  2015-11-13
  • 刊出日期:  2016-01-25

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