非球面光学零件可以获得球面光学零件无可比拟的良好的成像质量，在光学系统中能够很好的矫正多种像差，改善成像质量，提高系统鉴别能力，它能以个或几个非球面零件代替多个球面零件，从而简化仪器结构，降低成本并有效的减轻仪器重量。可广泛应用于各种现代光电子产品，几乎在所有的工程应用领域中，无论是现代国防科技技术领域，还是普通的工业领域都有着广泛的应用前景，开展光学玻璃非球面零件的高精密光学技术研究具有重要的理论意义和现实指导意义。本次设计研究内容为非球曲面的超精密加工系统的研究，非球曲面的超精密加工工艺的研究。重点内容是非球曲面加工超精密磨削装置的设计，主要为砂轮主轴装置的选取，中心高位调机构的设计，各个运动的传动设计以及砂轮运动轨迹的分析。在研究过程中详细的分析了影响零件加工精度的各种主要因素并提出相应的控制措施，尤其是对非球曲面的磨削加工设备进行详细设计，并简要分析了非球曲面加工机床的数控及伺服控制系统等。关键词非球曲面超精密加工微调机构金刚石砂轮二〇〇年六月十日星期四，技术超精密磨削技术计算机控制光学表面成型技术光学玻璃模压成型技术光学塑料成型技术其他非球面加工技术非球面精密磨削加工理论微量加工理论脆性材料的延性域磨削第章超精密非球面加工方案选择及误差分析超精密非球曲面磨床的总体布局空气主轴系统伺服进给系统微位移测量系统中心高微调系统数控系统非球曲面磨削方案的确定加工零件的技术参数二〇〇年六月十日星期四非球曲面磨削方案确定加工误差分析中心高微调机构对零件加工精度的影响在轴上砂轮安装误差对零件加工精度的影响砂轮半径误差对零件加工精度的影响及综合作用时对零件面形精度的影响第章非球面磨削装置设计超精密加工的关键技术超精密主轴超精密导轨传动系统超精密刀具超精密加工其他技术传动系统设计磨削参数的计算导轨的整体设计传动参数的计算磨削系统设计系统结构设计中心高微调机构设计砂轮主轴的选择结论致谢参考文献二〇〇年六月十日星期四二〇〇年六月十日星期四目录摘要目录第章绪论非球面加工的优点和意义非球曲面研究概述非球面的定义非球面应用领域非球曲面加工技术近年来发展概况非球曲面加工的发展趋势和研究方向非球面光学零件材料及其加工方法计算机数控单点金刚石调杆Ⅰ或Ⅱ采用的是螺旋千分尺，且对它原有的刻度再次进行了细分。螺旋千分尺每回转小格，斜楔在水平方向上将产生的微位二〇〇年六月十日星期四移，在垂直方向上的微位移为由公式可得，正好满足我们磨削时需要达到的微调精度指标。微调杆Ⅰ，微调支撑板，斜楔，磨头支座，磨头，磨头夹紧盖，微调杆Ⅱ图中心高微调机构示意图对于已经设计制造出的中心高微调机构，要对其进行微位移标定，可以用电感测微仪进行标定，当微调杆或旋转个小格时，用测微仪测出该机构在垂直方向上的位移，所得数据如下表所示表中心高微调机构标定数据表格数微位移量格数微位移量格数微位移量二〇〇年六月十日星期四从表中可以看出，微调杆旋转小格时，最大的微位移量是，并且在垂直方向有的调整范围，可实现磨削加工时的砂轮的中心高微调。砂轮主轴的选择由之前的计算可知，砂轮主轴的转速大于，普通的三相异步电动机为磨头的磨床砂轮主轴转速为，所以需要选用高速电主轴作为砂轮主轴。高速精密主轴是种直接依赖于高速轴承技术油气润滑技术精密制造与装配技术电机设计与制造高速驱动与精密数控等技术的高度机电体化的高科技产品。在高速精密主轴系统中，主要有高速电主轴，高速气浮主轴，高速磁力主轴，磁气空气混合主轴等。本砂轮主轴的高速主轴所采用的为高速气浮主轴。气浮主轴主要是采用空气静压轴承作主轴的支承，采用变频电机驱动。气浮轴承采用全支承结构与国内传统的设计相比，能成倍地提高轴系的承载和刚度。如图所示，工作时，来自管道经过精密过滤的压缩空气进入壳体的通道，再流入轴承的节流小二〇〇年六月十日星期四孔。然后流经轴承与主轴之间的间隙，形成层压力气膜，将主轴浮起。启动电机驱动主轴，通过改变电源的频率，使主轴以不同的速度旋转。轴系回转精度受构成其运动的部件的几何精度装配精度和润滑介质性质的影响。取决于其间的运动基准的数目基准和动体或定体间的间隙或干涉，接触机构的特性以及固有摩擦力的大小等因素。不。感谢卢玉梅老师唐庆菊老师和杨兰玉老师在设计过程中热心的指导与帮助。感谢同学在设计过程中对我的帮助。感谢我的家人对我的关心和支持。感谢所有关心支持和鼓励我的师长同学和朋友们。二〇〇年六月十日星期四参考文献张坤领光学玻璃非球面廓形的数控磨削技术研究天津，天津大学，文秀兰，林宋，谭昕超精密加工技术与设备北京化工工业出版社罗松保，张建明非球曲面的超精密加工与测量技术的研究制造技术与机床李国，董申，张景和机械系统设计大型非球曲面超精密复合加工机床纳米技术与精密工程阎秋生非球曲面的超精密加工技术中国机械工程学会学术年会，广州，陈明君，董申，张飞虎超精密非球曲面磨削系统中砂轮修整技术的研究兵工学报张方阳纯度氧化铝陶瓷凹球面精密磨削研究天津，天津大学陈明君，董申，张飞虎超精密光学非球曲面磨削系统的研制中国机械工程滕燕，董申铸铁基金刚石球头砂轮精密修整技术制造技术与机床陈明君，张龙江，董申超精密磨削光学非球面用中心高微调机构制造技术与机床陈明君，张飞虎，董申光学非球面器件的超精密磨削加工技术研究光学技术何伯吹机床设计手册北京机械工业出版社王先逵机械加工工艺手册北京机械工业出版社刘峰水润滑高速高精密主轴研究天津，天津大学，周磊，陈时锦，程凯超精密车床进给伺服系统的复合控制设计机械设计与制造程延江胡忠辉，马文生光学非球面超精密磨削质量控制技术研究宇航学报王家昆动静压高速主轴系统性能测试和信号分析昆明，昆明理工大学，王隆太先进制造技术北京机械工业出版社冯辛安机械制造装备设计北京机械工业出版社赵韩，黄康，陈科机械系统设计北京高等教育出版社甘永立几何量公差与检测上海，上海科学技术出版社二〇〇年六月十日星期四李增强，夏光岚，宗文俊圆弧刃金刚石刀具刃磨中的关键技术工具技术，于永泗，齐民机械工程材料同摩擦机理的轴系具有不同的精度水平，在精度比较上，空气静压轴系占有较大的优势。图气压静压滑动轴承原理示意图运动基准少，精度传递增益大空气静压主轴不像滚动轴系那样存在有内环外环，滚动体等多个运动基准，而其只有个基准件回转主轴因而避免了多个基准间的几何形状误差积累与干涉，具有良好的精度传递增益。均匀化效应强，系统精度高连续的空气介质膜分布在轴承的整个工作面上，气膜的均匀化效应有效地均化了基准件的形状误差，降低了表面租糙度波度，明显地消除了回转运动中的高频误差成份。因而，大幅度地提高了回转运动精度。非接触气膜置中运动精度重复性好没有摩擦运动过程中不产生颤振，没有间隙能够在任何位置无侧隙地启动。同时，逆向回转精度不受影响。使用时确定好刀具卡爪位置，直接卡进磨削刀具，减少多次装夹所带来的误差。二〇〇年六月十日星期四结论中心高微调机构的微位移误差对零件轮廓精度及表面粗糙度影响较大，是零件加工误差的敏感方向。砂轮主轴与工件轴线的对中误差是影响面形精度的重要因素，而砂轮半径误差也会给零件的面形精度带来较大的影响。该磨削系统中机床主轴的回转精度为，磨头主轴的回转速度为二〇〇年六月十日星期四，回转精度为，横溜板纵溜板的直线位移分辨率为，数控系统的分辨率为，磨头中心高能在方向