光学复杂曲面多维超声超精抛光新原理

Aiming at the technological frontier of complex surface using for optics and based on the construction of Liaoning equipment manufacturing industry, the multi-dimensional intelligent ultrasonic precise polishing equipment platform with independent intellectual property rights will be established. The purpose is to study microscale material removal mechanism under the action of multidimensional ultrasonic auxiliary energy field, study the form of multi-dimensional intelligent ultrasonic precise polishing equipment, study in-situ measurement and precision intelligent compensation on complex surface machining by ultrasonic ultra-precision polishing, study the control principle for multidimensional ultrasonic ultra-precision polishing and other important scientific problems. In addition, the theory system about multidimensional ultrasonic precise polishing for optical complex surface will be established and the polishing processing will be revealed. The Innovations are mainly three points. The dimensional ultrasonic outfield auxiliary energy will be combined with multi degree of freedom of intelligent manufacturing platform. The ultra-precision manufacturing problems about the difficult processing materials optical complex curved surface will be solved. The micro-nano removal mechanisms under the action of multivariate multi-dimensional field will be revealed. The research results will create powerful conditions for preempting international commanding heights of science and technology in the field and the transformation and upgrading of Liaoning equipment manufacturing industry. It has the important academic and application value.

瞄准光学复杂曲面科技前沿和国家重大需求，立足辽宁装备制造业建设基础，通过构建全新的具有自主知识产权的多维超声超精抛光智能装备平台，深入研究多维超声辅助能量外场作用下材料微尺度去除机理、多自由度多维超声超精抛光智能设备形态、光学复杂曲面超声超精抛光原位测量与精度智能补偿、多维超声超精抛光自主作业控制原理等重大科学问题，建立光学复杂曲面多维超声超精抛光理论体系，提供光学复杂曲面多维超声超精抛光设备形态及原理，揭示光学复杂曲面多维超声超精抛光加工规律。项目的主要创新点在于将多维超声外场辅助能量与多自由度智能制造平台相结合，解决难加工材料光学复杂曲面的超精密制造问题，揭示多变量多维外场作用下的材料微纳去除新机制。项目研究成果对该领域抢占国际科技制高点和辽宁装备制造业转型升级具有重要意义，具有重要的学术和应用价值。

瞄准光学复杂曲面科技前沿和国家重大需求，立足辽宁装备制造业建设基础，本项目根据项目申报书计划内容，建立了光学复杂曲面多维超声超精抛光理论体系，揭示了多维超声辅助外场与多自由度机械系统的耦合作用关系，构建了光学复杂曲面加工平台创构模型、材料微纳去除模型和复杂曲面迭代创成模型，实现了多维超声振动及磨料流系统、加工平台时变位姿、变参量加工稳态控制、原位测量系统的控制优化。.进行了多维超声超精五轴联动抛光机床原理分析、结构设计与优化，确定了基于超声波电主轴、超声雾化以及五轴联动的多场融合抛光方案。超声雾化可在保证材料去除率基本不变并提高抛光表面质量的前提下减少抛光液的消耗，实验结果表明，超声雾化抛光中抛光液废料的产生量仅为传统抛光的28.57%，多维超声因素的存在能大幅度的提高抛光的效率，并且表面质量也明显优于未加超声的抛光实验；经实验证明，超声振幅、进给速度、抛光头转速和磨粒粒径是抛光过程中最重要的影响参数；多维超声辅助抛光光学玻璃透镜的材料去除率比普通抛光高26%左右，并且表面粗糙度可达4nm；随着抛光头转速的增加，材料去除率增大，抛光头进给速度的增大则会降低材料去除率；当磨粒粒径为1.5μm时，材料去除率最高；当超声振幅为24μm时，材料去除率最高；粒径振幅过大或过小都会降低材料去除率；振幅适当的增加有利于提高抛光工件的表面质量、抛光效率。通过对多维超声振动辅助抛光在多场融合作用下的材料去除机理的理论分析与计算仿真，可对被加工表面的表面粗糙度以及表面轮廓进行有效的预测，为多维超声振动辅助抛光的确定性材料去除提供了重要的理论依据。.项目的主要创新点在于将多维超声外场辅助能量与多自由度智能制造平台相结合，解决了难加工材料光学复杂曲面的超精密制造问题，揭示了多变量多维外场作用下的材料微纳去除新机制。项目研究成果对该领域抢占国际科技制高点和辽宁装备制造业转型升级具有重要意义及学术和应用价值。