磁流变抛光机床在位测量系统设计与试验研究

【摘要】：随着科学技术的飞速发展,光学零件的需求和加工难度越来越大,具体体现为:高精度、复杂形状、超光滑表面等,传统光学加工方法难以满足发展的要求,各种先进光学加工技术应运而生,磁流变抛光技术就是其中的一个典型代表。磁流变抛光技术具有高效率、高精度、高表面质量、亚表面损伤小、表面残余应力小等一系列优点,得到了国外光学系统研制单位的广泛应用。紧随国外研究步伐,国内的研究单位纷纷开展了磁流变抛光设备的研制和加工工艺的研究,国防科技大学的精密工程实验室在这一领域走在了前列。随着使用过程的深入,磁流变抛光设备的精度、加工效率和自动化水平被提出了更高的要求。本文以实验室自主研发的磁流变抛光机床为研究对象,主要在高精度五轴数控机床的几何误差测量和补偿以及工件的自动定位两方面开展进一步的研究,形成一套实用的磁流变抛光机床在位测量系统,研究的成果对于提高磁流变抛光设备的加工精度和加工效率具有重要意义。本文的研究工作主要包括以下几个部分:1.磁流变机床在位测量系统的设计。针对高精度五轴机床的几何误差测量和补偿以及工件的自动定位问题,从功能要求与分析入手,进行了在位测量系统的结构设计,包括总体方案设计和主要零部件选型。通过对测量系统的精度分析、检测和标定,该系统能够满足磁流变抛光机床的使用要求。2.磁流变机床旋转轴敏感几何误差的测量与补偿。采用多体系统理论,对机床进行了系统建模,对旋转轴几何误差进行了分析。基于测量系统,提出了一种机床旋转轴位置偏置误差的测量方案,并对其进行了仿真,研究了各种因素对测量误差的影响。对实验室的磁流变机床进行了几何误差测量,通过在后置处理中加入机床几何误差信息进行误差补偿。最后,通过采用补偿与无补偿方法加工工件的对比试验,验证了几何误差补偿方法对机床精度和性能的提升。3.磁流变抛光工件自动定位加工。基于在位测量系统,将工件自动定位方法应用于磁流变抛光。采用ICP算法计算工件位姿,并进行了仿真,验证了算法的正确性。通过测量工件定位加工过程中力和去除函数的变化,验证定位算法的定位精度。最后,通过工件定位加工和传统加工方式的对比试验,验证了工件定位方法的可行性和可靠性。
【关键词】：磁流变抛光 五轴机床 几何误差补偿 工件自定位
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG502