正交轴磁流变抛光创生高品质超精密光学镜面的技术效能研究

Magnetorheological finishing (MRF), a novel technology for optical surfacing, enables fabrication of high precision optical elements with proven ability of overcoming problems such as low efficiency, quality uncertainty etc. which are beyond capabilities of conventional figuring and finishing methods. Based upon that, perpendicular axis MRF manifests advantages of further improving finishing efficiency and finished surface quality. This application proposes research on effects and capabilities of perpendicular axis MRF process for manufacturing high quality and ultra-precision optical surface, to develop theories and methods based on original innovative perpendicular axis MRF, to develop inventive theories and methods different from common MRF processes, to discover precision improvement mechanism of perpendicular axis MRF; to design novel MRF equipments, a fluid circulation system and a finishing wheel offset adjusting tool, etc.; to optimize process parameters and configuration based on fundamental study of perpendicular axis MRF process with completely independent intellectual property rights, and above all establish deterministic finishing technology platform for high quality and ultra-precision optics with both machine setup and process software, providing fundamental theories and methods for future industrial production of commercial perpendicular axis MRF equipment. Breakthroughs of this study will be meaningful and significant to surmount limitation of present MRF technology and take MRF to a new height by further advancing its effects and capabilities.

磁流变抛光技术是一种新型光学加工技术，能解决传统光学加工方法中存在的效率低、精度难以控制等问题，满足高精度光学零件的制造工艺要求，而正交轴磁流变抛光能够进一步提高抛光的质量和效率。本课题提出正交轴磁流变抛光创生高品质超精密光学镜面的技术效能研究，开展基于源头创新的正交轴磁流变抛光理论和方法研究，探索不同于目前常用的磁流变抛光的创新理论和创新方法，探寻磁流变抛光精度提升机理；配套设计新型正交轴磁流变抛光工具、磁流变抛光液循环系统和抛光轮偏心调整机构等，并对正交轴磁流变抛光工艺开展原理设计、参数优化论证等研究，形成完全自主知识产权的正交轴磁流变抛光工具及系统；通过本课题研究建立正交轴磁流变抛光工艺的确定性高品质超精密光学镜面抛光平台，包括装置和工艺软件，为正交轴磁流变抛光装备的制造提供基础理论和方法。本课题提出的技术取得突破后对于打破国外专利限制，进一步提升磁流变抛光的技术效能具有重要的意义。

磁流变抛光技术是一种新型光学加工技术，能解决传统光学加工方法中存在的效率低、精度难以控制等问题，满足高精度光学零件的制造工艺要求，而正交轴磁流变抛光能够进一步提高抛光的质量和效率。.本课题提出正交轴磁流变抛光创生高品质超精密光学镜面的技术效能研究，开展基于源头创新的正交轴磁流变抛光理论和方法研究，探索不同于目前常用的磁流变抛光的创新理论和创新方法，探寻磁流变抛光精度提升机理；配套设计新型正交轴磁流变抛光工、磁流变抛光液循环系统和抛光轮偏心调整机构等，并对正交轴磁流变抛光工艺开展原理设计、参数优化论证等研究，形成完全自主知识产权的正交轴磁流变抛光工具及系统；通过本课题研究建立正交轴磁流变抛光工艺的确定性高品质超精密光学镜面抛光平台，包括装置和工艺软件，为正交轴磁流变抛光装备的制造提供基础理论和方法。.本课题研发了正交轴磁流变抛光装置，抛光轮自转中心能够相对公转中心做一定范围的调整，进而产生高斯形状的去除廓形。随着调整距离的变化，可以产生不同形状的高斯去除函数。由正交轴带来的抛光轮的公自转的运动状态，同时要实现磁流变抛光液的循环更新，设计制造了磁流变抛光液循环系统，该循环系统合理布局和抛光轮结合为一个有机整体，实现了和常规抛光轮自转磁流变抛光相同的密闭磁流变抛光液的循环更新，保证了正交轴磁流变抛光函数的稳定性。.建立了中频低频面形加工误差的修正工艺模型。模型对面形修正工艺过程进行了数学抽象，能够用于求解去除量分布和对应去除方向。分析了高频加工误差形成机理，建立了加工纹理模型。.正交轴磁流变抛光机床、中频误差抑制、修正工艺模型等研究在纳米级精度光学镜面的加工实验中使面形误差RMS值达到2.4-2.5 nm左右，表面粗糙度RMS值达到0.6-0.7 nm左右，工件低中高频误差均得到很好的控制。.本课题的突破对于打破国外专利限制，进一步提升磁流变抛光的技术效能具有重要的意义，并且可以和机器人技术相结合进一步发展更加便捷的磁流变抛光技术。