飛刀銑削自由曲面表面形貌仿真與工藝參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、隨著光電產(chǎn)品及通訊產(chǎn)品中自由曲面光學(xué)器件的廣泛應(yīng)用，例如，數(shù)碼相機(jī)鏡頭、微光夜視器鏡頭、光學(xué)打印機(jī)的掃描鏡頭、寬帶光纖耦合器、車燈的反射鏡及燈罩、平面顯示器上的導(dǎo)光板等，自由曲面光學(xué)元件的制造也越來越受到人們的關(guān)注。
　　超精密飛刀銑削可以直接加工出具有納米級表面粗糙度和亞微米級面型精度的光學(xué)元件，尤其對于無法使用研磨拋光的易于潮解的光學(xué)晶體等特殊材料，，金剛石飛刀銑削是唯一的加工手段。表面形貌的預(yù)測對飛刀銑削加工質(zhì)量控制和參數(shù)優(yōu)

2、化提供了參考依據(jù)，因此有必要進(jìn)行表面形貌生成機(jī)理的研究。由于曲面加工的復(fù)雜性，沒有現(xiàn)成的手冊可以查詢合適的加工參數(shù)，按照經(jīng)驗(yàn)選擇加工參數(shù)，可能達(dá)不到加工要求，效率也無法保證。因此有必要對飛刀銑削加工的加工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
　　本文在分析了飛刀銑削加工平面時(shí)工件的表面形貌基礎(chǔ)上，提出一種曲面加工時(shí)飛刀刀刃在加工過程中的近似掃描體描述。根據(jù)加工工件的曲率變化對工件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將工件三維表面形貌用離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)表達(dá)，并給出了網(wǎng)格間距的確定

3、方法。考慮飛刀銑削加工中工件各點(diǎn)的表面形貌高度不僅僅由相鄰兩行刀具路徑上的切削刃軌跡決定，提出了影響局部表面形貌高度切削行刀具路徑的判定方法，將工件毛坯點(diǎn)的高度值與影響當(dāng)前離散點(diǎn)高度值的刀具掃描體對應(yīng)點(diǎn)的高度值進(jìn)行比較，取最小的值作為此點(diǎn)的最終高度值，由這些點(diǎn)組成加工工件的表面形貌。根據(jù)空間變換計(jì)算，建立局部坐標(biāo)系，并給出了工件坐標(biāo)系到局部坐標(biāo)系的變換公式。
　　在分析影響飛刀銑削加工表面粗糙的因素的基礎(chǔ)上，選取進(jìn)給速度、切削間距

4、作為優(yōu)化變量，建立了加工表面沿走刀方向的殘留高度和沿切削間距方向的殘留高度為優(yōu)化目標(biāo)，以加工時(shí)間作為約束條件的參數(shù)優(yōu)化模型。對優(yōu)化變量進(jìn)行二進(jìn)制編碼，采用隨機(jī)方法生成初始種群，進(jìn)行選擇、交叉、變異操作，得到優(yōu)化后的加工參數(shù)。
　　通過對圓柱面的實(shí)際加工表面形貌和仿真表面形貌對比，驗(yàn)證了表面形貌仿真算法的有效性。應(yīng)用仿真模型研究飛刀銑削曲面加工過程中主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、切削間距對表面形貌和粗糙度的影響規(guī)律?；趦?yōu)化模型，將優(yōu)化后的加