薄形轴对称非球曲面零件的高效超精密加工新方法研究

提出一种利用工件弹性变形采用平面加工方式对薄形轴对称非球面零件进行超精密加工的新方法：根据预期板状零件工作表面轮廓，制作负形靠模，充当工件夹具；将精密板状工件毛坯在弹性变形范围内用真空吸附方式紧密吸附于负形靠模表面；以平面研磨、抛光等技术对毛坯进行精密与超精密加工；加工完成后从负形靠模上释放工件，工件弹性变形恢复，被加工表面即形成预期轮廓。该方法使复杂的曲面加工转变为简单、易操作的平面加工。本项目通过理论分析、实验研究和数值模拟，揭示零件材料弹性变形的力学作用机理，工件变形量与应力分布的规律，工件表面的吸附过程及吸附效应，以及负形靠模的设计原则和制造方法；构建加工实验平台，进行加工工艺参数和负形靠模设计参数优化。发展了非球面超精密加工技术，为薄形非球面零件的高效、低成本、批量超精密加工提供新方法，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。

本项目提出了一种利用工件弹性变形采用平面加工方式对薄形轴对称非球面零件进行超精密加工的新方法。项目研究建立了硬脆材料断裂极值分布预测模型，并通过样本实验验证了所建立模型的正确性，为靠模的设计及目标面型的可加工性评价提供了依据；通过有限元仿真确定了工件悬臂宽度、径厚比等因素对吸附贴合过程的影响，为优化加工工艺提供了参考；确定了基于真空吸附方式的工件变形控制方案，并在常规精密平面抛光机上整合变形控制系统组建了基于弹性变形原理的非球面加工系统；设计并制作了钢制沟槽真空吸附夹具及多孔陶瓷材质真空吸附夹具；在所建立的加工系统上加工石英玻璃材质抛物面，加工面型精度为P-V 1.8 μm，表面粗糙度为Ra 7 nm，耗时135分钟，验证了本项目加工方法可以实现非球曲面的精密高效加工，为薄形非球面零件的高效、低成本、批量超精密加工提供新方法，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。