《光学自由曲面数控加工刀具轨迹编程工具的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光学自由曲面数控加工刀具轨迹编程工具的研究（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘 要 随着现代科学技米的发展，电子、激光、通讯、信息、航犬等领域对光 学零件的需求日益广泛，光学自由曲面元件已成为光电和通讯产业不可或缺 的零部件。基于对加工效率、表面质量等因素的考虑，在多轴超精密机床上 使用金刚石刀具加工光学自由曲面，可以获得纳米级的表面粗糙度及亚微米 级的形状精度。由于目前缺乏适用于光学自由曲面超精密金刚石飞刀加工的 数控编程软件，所以本文开展了这方面的研究。 在分析了各种曲面造型方法优缺点的基础上，采用双二次 B样条曲面 建立光学自由曲面的数学模型。根据光学自由曲面几何参数的不同，分别采 用双三次 B样条曲面的正、反向算法对其建立数学模
2、烈;接着，将微分几 何方法应用于双三次 B样条曲面以及曲面数控加工刀具轨迹的规划，针对 微分几何中法曲率的计算较复杂，给出了双三次 B样条曲面两个参数线方 向法曲率的具体计算过程，为光学自由曲面数控加工刀具轨迹的规划打下了 理论基础。 基于单晶金刚石飞刀加工特点的分析，结合对线性插补误差和残留高度 误差的考虑，建立了飞刀加工走刀方向和切削间距方向的计算模型:根据两 参数方向法曲率变化的大小选择走刀方向，采用参数变化量控制法计算刀具 轨迹;在分析了各种数控加工刀具轨迹生成方法优缺点的基础上，选用等残 留高度法来计算切削间距方向相邻刀触点轨迹;推导出走刀方向上相邻刀触 点坐标的计算方法以及飞刀加工
3、刀位点的计算公式。 使用 V i s u a l C + + 编程实现了以上算法，将算法应用于飞刀加工 F - t h e t a 镜白由曲面刀具轨迹的计算，并针对P r e c i t e c h F r e e f o r m 7 0 5 G厅 轴超精密机 床上飞刀加工 F - t h e t a镜自由曲面生成了数控加工程序;通过对曲面造型和 数控加工刀具轨迹进行仿真试验，验证曲面造型方法的正确性;通过对计算 结果进行分析，验证刀位轨迹算法的可行性。 关键词光学自由曲 面:超精密加工:飞刀:刀位轨迹 哈尔滨工业大学工学硕十学位论文 Abs t r a c t A s t h e d e v
4、 e l o p me n t o f m o d e rn t i m e s t e c h n o l o g y , t h e n e e d f o r o p t i c s g e t m o r e a n d m o r e w i d e s p r e a d i n m a n y f i e l d s , w h i c h i n c l u d e E l e c t r o n i c s , L a s e r , C o m m u n i c a t i o n , S p a c e fl i g h t a n d s o o n . T h e
5、f r e e f o r m o p t i c s h a s b e c o m e i n d i s p e n s a b l e p a rt s o f p h o t o e l e c t r i c i t y a n d C o m m u n i c a t i o n . A c c o r d i n g t o e f f i c i e n c y a n d s u r f a c e q u a l i t y , f r e e f o r m o p t i c s i s m a c h i n e d w i t h d i a m o n d t
6、 o o l o n a m u l t i - a x i s u l t r a - p r e c i s i o n m a c h i n e . I t c a n b e m a c h i n e d t o s u r f a c e r o u g h n e s s b e t t e r t h a n n m , a n d f i g u r e a c c u r a c i e s a s l o w a s s u b - m i c r o n , w i t h o u t t h e n e e d o f a n y r e p r o c e s s
7、 i n g . B u t m a r k e t n o w a d a y s r u n s s h o rt o f t h e N C p r o g r a m s o f t w a r e w h i c h a d a p t t o u l t r a - p r e c i s i o n d i a m o n d m a c h i n i n g o f f r e e f o r m o p t i c s . B a s e d o n a n a l y z i n g m e r i t s a n d f a u l t s o f a l l k i
8、n d s o f s u r f a c e s s c u l p t i n g , t h e f r e e f o r m o f o p t i c s i s r e p r e s e n t e d b y t h e D o u b l e C u b i c B - S p l i n e S u r f a c e , f r o n t a d a n d b a c k w a r d s a r i t h m e t i c a l s o i s p r e s e n t e d . A n d d u r i n g t h e p r o c e s
9、s o f c a l c u l a t i n g t h e c o n t r o l v e rt e x e s , c h a s i n g a n d d r i v i n g m e t h o d i s u s e d t o s o l v e t r i - d i a g o n a l e q u a t i o n o f b a c k w a r d s a r i t h m e t i c . F i n a l l y d i f f e r e n t i a l g e o m e t ry t h e o ry i s a p p l i e
10、 d t o t h e D o u b l e C u b i c B - S p l i n e S u r f a c e t o o b t a i n t h e n o r m a l c u r v a t u r e f o r mu l a o f t h e D o u b l e C u b i c B - S p l i n e S u r f a c e , a n d t h i s p r o v i d e s t h e o r e t i c a l f o u n d a t i o n f o r N C m a c h i n i n g p r o
11、g r a m m i n g o f f r e e f o r m o p t i c s . B a s e d o n a n a l y z i n g t h e c h a r a c t e r i s t i c o f fl y c u t t e r m a c h i n i n g , t h e s t e p - f o r w a r d a n d s t e p - o v e r f o r m u l a e a r e d e d u c e d c o n s i d e r i n g l i n e a r e r r o r a n d s c
12、 a l l o p e r r o r . A c c o r d i n g t o m o d e l o f f r e e f o r m o p t i c s , c h a n g i n g o f p a r a m e t e r s a r e u s e d t o c a l c u l a t e t h e N C m a c h i n i n g t o o l p a t h . B a s e d o n a n a l y z i n g m e r i t s a n d f a u l t s o f c u t t e r p a t h g e
13、 n e r a t i o n m e t h o d s , e q u a l s c a l l o p h e i g h t i s u s e d t o c a l c u l a t e t h e n e x t t o o l p a t h i n t h e d i r e c t i o n o f s t e p - o v e r . T h e n e x t c u t t e r c o n t a c t p o i n t f o r m u l a i s d e d u c e d i n t h e d i r e c t i o n o f s
14、 t e p - f o r w a r d , a n d t h e fl o w c h a r t a l s o i s d r a w n . F i n a l l y , c u tt e r l o c a t i o n d a t a f o r m u l a i s d e d u c e d a c c o r d i n g t o t h e fl y c u t t e r . Wi t h d e v e l o p me n t t o o l b e i n g V i s u a l C + + , t h i s m e t h o d i s r
15、e a l i z e d b y p r o g r a m m i n g a n d u s e d i n m a c h i n i n g f r e e f o r m o f F - t h e t a o n P r e c i t e c h F r e e f o r m 7 0 5 , a f i v e - a x i s u l t r a - p r e c i s i o n m a c h i n e . A c c o r d i n g t o m o d e l p o i n t s o f t h i s f r e e f o r m , t h
16、e m o d e l o f f r e e f o r m o p t i c s i s p r e s e n t e d . B a s e d o n a n a l y z i n g c h a n g i n g o f t h e n o r m a l c u r v a t u r e o f t h i s f r e e f o r m , t h e s t e p - f o r w a r d d i r e c t i o n i s c h o s e n 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 c o n s i d e r i n g t o o l p a t h o p t i m i z e . T w o t o o l p a t h m o d e s , Z i g a n d Z i g - Z a g , a r e p r e s e n t e d b a s e d o n a n a l y z i n g ma c h i n e c h a r a c t e r i s t i c a n d N C p r o g r
