大口徑非球面銑磨機(jī)Z軸精密進(jìn)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含23張CAD圖紙】

大口徑非球面銑磨機(jī)Z軸精密進(jìn)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含23張CAD圖紙】,含23張CAD圖紙,口徑,球面,銑磨機(jī),精密,進(jìn)給,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),23,CAD,圖紙 開題報(bào)告 1.1 課題的背景和來源 “大口徑光學(xué)非球面超精密數(shù)控銑磨機(jī)”的開發(fā)研制隸屬于“國家863計(jì)劃”攻關(guān)項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目由北京微納精密機(jī)械有限公司承接。該公司是進(jìn)行精密制造技術(shù)方面產(chǎn)品制造和技術(shù)研究開發(fā)的制造實(shí)體，由一批國內(nèi)知名專家領(lǐng)隊(duì)和年富力強(qiáng)的中青年技術(shù)人員組成，具有很強(qiáng)的科學(xué)研究和技術(shù)攻關(guān)能力。 為了響應(yīng)教育部的號(hào)召，實(shí)施大學(xué)本科教改計(jì)劃，北京微納精密機(jī)械有限公司與中原工學(xué)院聯(lián)合實(shí)施“卓越工程師”的培養(yǎng)計(jì)劃。具體施行方法就是由該公司接收中原工學(xué)院大四學(xué)生來公司實(shí)習(xí)并完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，為學(xué)生走上工作崗位提供一個(gè)鍛煉自己的平臺(tái)。 1.2 研究的目的和意義 非球面光學(xué)元件是一種非常重要的光學(xué)零件，因其在光學(xué)系統(tǒng)中能夠很好的矯正多種像差，改善成像質(zhì)量，提高系統(tǒng)鑒別能力，且能以一個(gè)或幾個(gè)非球面零件代替多個(gè)球面零件，從而簡(jiǎn)化儀器結(jié)構(gòu)，降低成本并有效的減輕儀器重量而得到重要應(yīng)用。其加工質(zhì)量的好壞與非球面加工機(jī)床的制造水平息息相關(guān)，因此，進(jìn)一步提高我國非球面超精密機(jī)床的制造水平勢(shì)在必行。 為了提高非球面超精密機(jī)床的整體性能，其主要構(gòu)件——Z軸的結(jié)構(gòu)特性也至關(guān)重要。為此開展了對(duì)于大口徑非球面超精密光學(xué)銑磨機(jī)Z軸結(jié)構(gòu)特性的分析和優(yōu)化。以期通過對(duì)該梁的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析，對(duì)橫梁的結(jié)構(gòu)做出優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善其靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，從而保證機(jī)床的Z軸的精密進(jìn)給，最終實(shí)現(xiàn)該銑磨機(jī)整體使用性能。 研制出加工口徑達(dá)900mm的光學(xué)非球曲面加工機(jī)床及成套應(yīng)用工藝，可以滿足國家國民經(jīng)濟(jì)主要領(lǐng)域和國防工業(yè)的重大需求，部分解決禁運(yùn)和替代進(jìn)口問題，提升我國相關(guān)領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力。打破國外的技術(shù)封鎖，使我國的非球面曲面光學(xué)零件的超精密加工水平提升一個(gè)大的臺(tái)階，從整體上縮短與世界最先進(jìn)水平的差距。 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著國防工業(yè)、航空、民用光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種高精度的非球面光學(xué)元件越來越多地應(yīng)用于高性能要求的光學(xué)系統(tǒng)中。光學(xué)元件因其具有矯正多種像差，改善成像質(zhì)量，提高系統(tǒng)鑒別能力等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。目前，高精度非球面光學(xué)元件的使用受到其加工精度、表面質(zhì)量和制造成本的限制，但是市場(chǎng)上對(duì)光學(xué)元件的需求促使各個(gè)國家致力于高精度非球面光學(xué)元件加工的技術(shù)研究。 1.3.1 國外非球面零件超精密加工技術(shù)的現(xiàn)狀 80年代以來，國外出現(xiàn)了許多種新的非球面超精密加工技術(shù)，主要有： （1） 計(jì)算機(jī)數(shù)控單點(diǎn)金剛石車削技術(shù) 計(jì)算機(jī)數(shù)控單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)是由美國國防科研機(jī)構(gòu)于60年代率先開發(fā)、80年代得以推廣應(yīng)用的非球面光學(xué)零件加工技術(shù)。它是在超精密數(shù)控車床上，采用天然單晶金剛石刀具，在對(duì)機(jī)床和加工環(huán)境進(jìn)行精確控制條件下，直接利用金剛石刀具單點(diǎn)車削加工出符合光學(xué)質(zhì)量要求的非球面光學(xué)零件。該技術(shù)主要用于加工中小尺寸、中等批量的紅外晶體和金屬材料的光學(xué)零件，其特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、加工精度高、重復(fù)性好、適合批量生產(chǎn)、加工成本比傳統(tǒng)的加工技術(shù)明顯降低。采用該項(xiàng)金剛石車削技術(shù)加工出來的直徑120mm以下的光學(xué)零件，面形精度達(dá)l/2～1l，表面粗糙度的均方根值為0.02～0.06mm。目前采用金剛石車削技術(shù)可以加工的材料有：有色金屬、鍺、塑料、紅外光學(xué)晶體（碲鎘汞、銻化鎘、多晶硅、硫化鋅、硒化鋅、氯化納、氯化鉀、氯化鍶、氟化鎂、氟化鈣、鈮酸鋰、KDK晶體）無電鎳、鈹銅、鍺基硫族化合物玻璃等。 （2）計(jì)算機(jī)數(shù)控研磨和拋光技術(shù) 計(jì)算機(jī)數(shù)控研磨和拋光技術(shù)是一種由計(jì)算機(jī)控制的精密機(jī)床將工件表面磨削成所需要的面形，然后用柔性拋光模拋光，使工件在不改變精磨面形精度的條件下達(dá)到鏡面光潔度的光學(xué)零件制造技術(shù)。該技術(shù)主要用來加工中、大尺寸的非球面光學(xué)零件。工件加工精度主要取決于測(cè)量精度和所采用的誤差校正方法。非球面光學(xué)零件的精密研磨拋光比較普遍采用的一種技術(shù)是：小型磨床修正研磨拋光法。 小型磨床最早是由美國研究開發(fā)的，其磨頭直徑不超過工件的1/3，由計(jì)算機(jī)計(jì)算去除量，加工精度比較高?？梢愿呔鹊丶庸ぶ睆?500～1800mm的大口徑非球面。目前，美國亞里桑那大學(xué)的光學(xué)中心，已基本上用計(jì)算機(jī)數(shù)控研磨拋光加工技術(shù)取代了傳統(tǒng)的手工研磨拋光加工非球面光學(xué)零件。 80年代末，日本研制出了的超精密數(shù)控范成法研磨機(jī)，使用該研磨機(jī)加工出的光學(xué)零件，其面形精度達(dá)到了0.08μm，表面粗糙度的均方根值為0.2nm。若用瀝青拋光模進(jìn)行加工，表面粗糙度的均方根值能達(dá)到0.035nm。最近，日本采用門型機(jī)械加工中心，使用4000#～8000#鑄鐵絲結(jié)合金剛石砂輪，利用ELID（在線電解修正法）磨削法，磨削BK-7光學(xué)玻璃，所獲得的非球面的面形精度為1μm，表面粗糙度為43nmRmax。 德國的計(jì)算機(jī)數(shù)控研磨拋光技術(shù)也很快。Loh公司生產(chǎn)的CNCSPM50和120研磨拋光機(jī)，不僅可以粗、精磨球面光學(xué)零件，而且還可以粗、精磨非球面光學(xué)零件。施耐德（SCHEIDER）光學(xué)機(jī)械公司90年代末制造的ALG100型計(jì)算機(jī)數(shù)控非球面磨床和ALP100型計(jì)算機(jī)數(shù)控非球面拋光機(jī)，可以高效率地進(jìn)行非球面光學(xué)零件的生產(chǎn)。 （3）計(jì)算機(jī)數(shù)控離子束成形技術(shù) 日本大阪大學(xué)工學(xué)部森勇正教授提出了一種用化學(xué)氣體加工的新的加工工藝方法，稱為等離子CVM法，這是一種利用原子化學(xué)反應(yīng)，獲得超精密表面的一種技術(shù)，其加工原理和等離子體刻蝕一樣，在等離子體中，被激活的游離基和工件表面原子起反應(yīng)，將之變成揮發(fā)性分子，并通過氣體蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)加工的，在高壓力下所產(chǎn)生的等離子體，能夠生成密度非常高的游離基，所以這種加工方法能達(dá)到與機(jī)械加工方法相匹敵的加工速度。在高壓力下，由于氣體分子的平均自由行程極小，等離子體局限在電極附近。所以可以通過電極掃描，加工出0.01μm精度的任意形狀的零件，另外可以以50μm／min的速度加工單晶硅平面，加工工件的表面粗糙度可達(dá)0.1nm(Rrms)。 （4） 非球面零件復(fù)制技術(shù) 用控制除去厚度的拋光(研磨)方法能夠制造出高精度的非球面零件，但和一般的光學(xué)零件加工方法相比，這種方法的加工效率很低，解決這個(gè)問題的方法之一有復(fù)制技術(shù)，即塑料注射成形和玻璃的模壓成形技術(shù)，這種技術(shù)能夠制造一部分非球面透鏡。 近年來，國外許多公司己將超精密車削、磨削、研磨以及拋光加工集成為一體，并且研制出超精密復(fù)合加工系統(tǒng)，如Rank Pneumo公司生產(chǎn)的Nanoform300、 Nanoform250、 CUPE研制的 Nanocentre、日本的 AHN60―3D、ULP一100A(H)都具有復(fù)合加工功能，這樣可以使非球面零件的加工更加靈活。 1.3.2 國內(nèi)非球面零件超精密加工技術(shù)的現(xiàn)狀 我國從80年代初才開始超精密加工技術(shù)的研究，比國外整整落后了20年。80年代中期，我國出現(xiàn)了具有世界水平的超精密機(jī)床和部件。如北京機(jī)床研究所、中國航空精密機(jī)械研究所、中國科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中科院長(zhǎng)春光機(jī)所應(yīng)用光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等單位都在該領(lǐng)域取得了階段性的成果。 北京高華精密機(jī)械有限公司生產(chǎn)的DHM-500全液體靜壓超精密數(shù)控非球面磨床，通過X-Z-B三軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)非球面透鏡的高效率、高精度磨削； 上海第三機(jī)床廠生產(chǎn)的MK-9025型數(shù)控曲線磨床，采用西班牙FAGOR公司的CNC四軸控制系統(tǒng)，其中二軸為插補(bǔ)控制軸，分別控制機(jī)床工作臺(tái)的縱、橫向進(jìn)給，另二軸控制磨頭滑座的縱、橫向進(jìn)給，可以加工任意曲面； 我國九五期間在中國航空精密機(jī)械研究所首先建立的國內(nèi)第一個(gè)從事超精密加工技術(shù)研究的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成功地研制出了Nanosys-300非球面超精密復(fù)合加工系統(tǒng)； 長(zhǎng)春光機(jī)所于1992年成功研制出國內(nèi)首臺(tái)實(shí)用型非球面數(shù)控光學(xué)加工中心FSGJ-I; 2002年，國防科技大學(xué)研制了一臺(tái)集銑磨成形、研磨、拋光于一體的光學(xué)非球面復(fù)合加工機(jī)床。 由我國數(shù)控光學(xué)非球面加工第一人——蘇州大學(xué)研究員余景池與其創(chuàng)辦的蘇州大學(xué)明世光學(xué)有限公司，生產(chǎn)國際一流水平的非球面眼鏡模具，并廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、可視電話、計(jì)算機(jī)光驅(qū)、非球面透鏡等領(lǐng)域。它是國內(nèi)第一家從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工到生產(chǎn)都由自己完成的公司，用完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品代替了國外產(chǎn)品，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。 最近，中國科學(xué)院南京天文光學(xué)技術(shù)研究所率先研制成功520mm國產(chǎn)碳化硅非球面鏡光學(xué)系統(tǒng)，并通過了專家組的驗(yàn)收，這標(biāo)志著我國在該領(lǐng)域邁上了新的臺(tái)階。但是對(duì)于大口徑高精度非球面光學(xué)零件的加工，如果再加上數(shù)字化控制的要求，在國內(nèi)就是一個(gè)挑戰(zhàn)性的課題了。因此，國內(nèi)生產(chǎn)水平與國際生產(chǎn)水平仍有差距。 為此，國家該863項(xiàng)目提出，在經(jīng)典高精度光學(xué)經(jīng)典加工工藝研究基礎(chǔ)上，吸收國際上先進(jìn)的加工工藝研究成果，研究?jī)?yōu)化的高精度數(shù)字化光學(xué)非球面元件加工工藝。 1.4 本文研究的主要內(nèi)容 本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下： （1） 了解大口徑光學(xué)非球曲面零件的加工方法及應(yīng)用背景。 （2） 了解國內(nèi)外超精密加工機(jī)床發(fā)展水平及特點(diǎn)。 （3） 學(xué)習(xí)超精密加工技術(shù)的基本理論知識(shí)。 （4） 大口徑非球面磨床Z軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 （5） 大口徑非球面磨床Z軸部件驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)元件設(shè)計(jì)計(jì)算。 （6） Z軸部件主要零件有限元仿真分析。 進(jìn)度安排 表5-1 進(jìn)度安排 順序 階段安排 計(jì)劃完成內(nèi)容 備注 1 1-4周 外文翻譯、開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述 2 4-7周 結(jié)束機(jī)械設(shè)計(jì)部分并完成大部分零件圖 3 8-12周 電氣設(shè)計(jì)并結(jié)束機(jī)械設(shè)計(jì)部分 4 13-14周 檢查、修改設(shè)計(jì)與計(jì)算 5 15-16周 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文及準(zhǔn)備答辯 參考文獻(xiàn) [1] 廖效果主編．?dāng)?shù)控技術(shù)．武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社．2000.5 [2] 王貴明．?dāng)?shù)控實(shí)用技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000．7 [3] 天津市機(jī)械工程學(xué)會(huì)．機(jī)床電氣設(shè)備及維修．1984．3 [4] 范超毅等編．?dāng)?shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)．武漢：華中科技大學(xué)出版社．2007.5