光学自由曲面椭圆振动切削刀具轨迹规划与光学性能评价方法研究

作     者：王增路 

作者单位：长春工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李迎春;李育宽

授予年度：2023年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 0803[工学-光学工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：光学自由曲面 椭圆振动切削 刀具轨迹生成算法 光学粗糙度 响应面法 

摘      要：光学自由曲面打破了回转对称的光学曲面的局限性,具有广泛的应用领域和较强的适用性,相比传统的光学曲面,光学自由曲面可以实现更紧凑、更轻便的光学系统,并有效改善光学系统的光学性能。但由于其形状复杂,因此制造难度较高。目前,三维椭圆振动切削(3D-EVC)作为加工光学自由曲面的一种有效的方法,具有较高的加工精度及效率,其在刀具轨迹生成算法的研究及对所加工表面光学性能评价等方面取得了突破性进展。本文在此基础上针对刀具轨迹生成算法及光学性能评价、切削参数优化等问题展开分析与研究。主要内容如下:(1)针对三维椭圆振动切削的特点,为了解决恒频率、变频率三维椭圆振动切削刀具轨迹生成算法的固有缺点,本文提出了一种新的刀具轨迹生成算法,即变频率恒频率组合的三维椭圆振动切削刀具轨迹生成算法。通过对这三种刀具轨迹生成算法的对比分析证明该算法能够更加有效改善所加工曲面的表面质量及光学性能。(2)针对现有光学性能评价方法对所加工曲面的光学性能评价的局限性,本文建立了光学粗糙度模型,其包含光学反射粗糙度和折射粗糙度,可以根据光学元件的工作方式来选择相应的光学评价标准,并研究了不同切削参数对所加工曲面的光学粗糙度值R、R和表面粗糙度值S的影响。(3)利用响应面法建立了切削参数分别与所加工表面的表面粗糙度和光学反射粗糙度之间的数学关系,通过方差分析及绘制残差正态图证明了模型拟合的可靠性和准确性,通过摄动图评估了切削参数对所加工工件的表面粗糙度、光学粗糙度切削性的影响程度,为切削参数的改进提供了依据。最后,基于响应面法的多目标优化,得到三维椭圆振动切削的最佳切削参数组合。