一、旋转对称非球面自动加工控制算法研究（论文文献综述）
魏昊然[1]（2020）在《大型镜面加工装备并联模块控制策略研究》文中认为随着信息技术的不断发展,现代加工装备正由数控加工机床向工业加工机器人的方向发展,并在光学系统加工平台的新领域内发挥着越来越显着的作用。在现代光学加工中,随着光学元件的精度与分辨率等参数的要求不断提高,对其加工装备的要求也越来越高。目前,光学系统中的镜面加工装备正朝着高精度、高效率的方向快速发展,现代加工装备在推动技术发展的同时能够带来更大的经济效益,因此对光学系统中的镜面加工装备进行研究具有重大意义。为了提高光学镜面加工装备的加工精度,需要增强其控制性能,同时对其控制策略进行进一步研究。并联机构具有较强的承载能力、较大的工作空间、无累积误差和较高精度等一系列优势,结合串联机构而成的混联机构成为了在满足大型光学镜面加工条件下加工装备整体机构的最佳选择。但是并联机构具有较强的非线性,并且多条驱动支链的存在导致并联机构运动学和动力学关系比较复杂,加大了并联机构的控制难度。本文以五自由度混联机构的大型镜面加工装备为研究对象,主要对其并联机构模块的运动学、动力学和并联机构虚拟样机以及控制策略进行深入研究,主要研究内容如下:1)针对大型镜面加工装备并联模块的逆运动和正运动分析求解问题,首先采用向量余弦方法,建立并联模块和串联模块的空间坐标系,并且根据向量几何关系推导出并联模块的逆运动学解,从而获得驱动支链的位移变化、轴向速度和加速度的运动轨迹;通过Newton-Raphson方法对并联模块进行正运动学求解,通过基于正运动学的仿真分析获得动平台中心点运动轨迹,从而满足控制精度要求;在考虑运动副作用力的情况下,利用牛顿-欧拉法构建镜面加工装备并联模块的动力学模型,得到驱动支链的驱动力变化曲线,结果表明,运动副作用力（即接触力和摩擦力）对驱动支链的驱动力具有重大影响,最后将所得的并联模块的动力学模型转化为便于控制策略研究的显式形式的动力学模型。2)将在三维建模软件Solidworks中已建立的镜面加工装备的实体模型导入至Adams中,并利用Adams的虚拟仿真功能搭建加工装备并联模块机构的运动仿真模型,通过仿真分析验证了运动学和动力学结果与理想计算值的一致性,进一步验证了所建立的运动学和动力学模型的可靠性;利用MATLAB的Simulink工具箱建立基于FCS-MPCC的永磁同步电机伺服系统的仿真模型,并与传统FOC控制进行比较,该伺服控制模型具有响应速度快、抗干扰性强,控制精度高的优点;最后通过Adams与Simulink的联合仿真,进行了加工装备的整个控制系统的仿真实验平台搭建,为后续控制策略的研究做了良好的铺垫。3)从运动学和动力学的角度出发,对镜面加工装备并联模块的控制策略进行研究;在考虑并联机构动力学特性的基础之上,设计出空间多输入、多输出的三种控制器,分别为非线性PD控制器、增广非线性PD控制器和基于非线性PD控制的计算力矩PD控制器,并对其闭环稳定性进行分析,同时构建并联模块控制器的仿真模型。通过仿真结果表明,与传统PD控制器相比,该三种控制器在整个运行过程中具有较强轨迹跟踪性;该三种控制器都能够使加工装备的并联模块平稳运行,其中基于非线性PD控制的计算力矩控制具有较强的跟踪性,并且具有较小的运动轨迹跟踪误差。4)以建立的并联模块的动力学模型为基础,从动力学的角度出发,建立并联模块的控制系统模型,采用同步控制技术,提出了一种新的同步控制方法;首先介绍分数阶微积分PID控制理论;其次根据泰勒公式将加工装备并联模块中的动平台中心点运动轨迹的期望轨迹点进行展开;然后推导出并联模块动平台中心点各自由度的跟踪误差和其运动之间的同步误差;最后通过计算获得并联模块动平台中心点的轨迹跟踪总误差,并且结合分数阶控制技术,构造出基于工作空间的镜面加工装备并联模块控制系统的同步控制策略;通过仿真分析证明了所设计的控制器的可靠性和更好的轨迹跟踪性能。
田农[2]（2020）在《光学曲面抛光轨迹规划及误差补偿技术研究》文中研究表明光学自由曲面元件比传统光学元件具有更好的光学特性,在光学系统中逐渐得到广泛应用,其更加复杂的曲面结构也提高了光学加工的难度。计算机控制光学表面成形技术（CCOS）采用计算机技术和数控伺服技术,能精确控制材料去除和修正面形误差,是光学曲面加工中的重要手段。其中抛光工艺在光学加工中耗时约占总工时的60%,直接影响着光学加工的精度和效率。因此CCOS抛光轨迹规划是抛光工艺的重点研究方向,对光学自由曲面元件的加工具有重要意义。分析CCOS闭环迭代控制抛光过程,针对定点抛光模型不能满足曲线运动抛光问题,本文基于Preston方程和赫兹接触理论,结合压强和相对线速度的极坐标方程,利用积分法构建曲线抛光的材料去除廓形模型。针对回转对称非球面的曲线运动,创新性提出基于曲率变化的环形抛光的材料去除模型。以K9玻璃和铝工件为例,设计定点抛光的正交试验,进行抛光实验和面形检测,取得了良好的实验效果,验证了定点抛光模型。针对等重叠率螺旋线不足,创新性提出全曲面最优去除量的抛光轨迹规划方法,基于曲率变化的重叠长度模型,建立抛光区域、轨迹驻留时间和材料去除总量模型,并确定加工效率。采用投影法对空间抛光轨迹迹映射到平面,建立材料去除量与环形抛光的轨迹间距和投影轨迹间距数学关系。分析接触区域变化、测地曲率半径和抛光姿态对曲面的材料去除影响,以及材料去除轮廓与重叠部分轮廓的变化趋势。以材料为K9的回转对称非球面工件为例,制定相应的抛光方案,当R≤a时,采用定点抛光,当R>a时,应用轨迹间距渐变的环形抛光,得到重叠长度函数、轨迹驻留时间和材料去除总量,验证了轨迹规划算法的实际效果。采用Catia构建单摆头—单转台结构五轴联动机床,应用D-H法对机床运动链进行运动学建模,推导工具和工件坐标系的齐次坐标变换。基于力位混合控制方法,建立五轴联动机床误差补偿模型,将抛光点的实际误差,转换为位置和姿态坐标变化。针对回转对称非球面,计算同心圆轨迹点位置和姿态坐标,建立空间误差δ补偿和五轴运动变化量模型。利用CATIA建立五轴联动机床实体模型,利用ADAMS建立机床运动学仿真模型,模拟工具头采用同心圆轨迹对工件的抛光过秆,控制恒力抛光,进行抛光区域的误差补偿,验证了五轴联动机床误差补偿模型的正确性。
林硕[3]（2019）在《大口径非球面镜少轴弧面包络磨削关键技术研究》文中研究说明大口径光学元件广泛地应用于国家安全与科学发展的重大战略部署当中。我国现阶段大镜制造工艺路线中,铣磨阶段成形精度低且亚表面损伤大,而小工具研抛效率低且精度收敛慢。因此,提出以超精密磨削代替研磨工艺,实现高材料去除效率、高面形精度、低亚表面损伤,并以此大幅缩短大镜制造周期。弧面包络磨削方式通常用于加工大型光学零件,使用三轴机床配合弧面砂轮可实现非球面以及离轴非球面的加工。相较于五轴加工方式,减少了运动轴数,提高了磨削系统刚度,从而提高了加工确定性。磨削点位置在砂轮母线上移动,因此能够大幅度延长砂轮寿命。但与此同时,砂轮轮廓磨损计算与砂轮轮廓误差补偿也变得更为复杂。此外,未变形切屑厚度在砂轮-工件接触区域内的分布对于分析脆硬材料在磨削过程中的表面/亚表面损伤是至关重要的。现有大量论文对于未变形切屑厚度的分析计算集中于盘形砂轮平行磨削方式,其接触面常等效为二维平面内的弧线。而应用弧面砂轮磨削,接触面为三维椭圆抛物面。但在此基础之上,对未变形切屑厚度分布的建模计算却几乎少有研究。缺少了合理的未变形切屑厚度计算模型,对表面/亚表面损伤的分析以及高材料去除率、低亚表面损伤的工艺方案设计也就难以实现。因此本文基于T3构型下弧面包络法磨削,针对高面形精度、高材料去除率下低亚表面损伤目标,建立了非球面面形误差预测-测量-补偿算法以及表面/亚表面损伤与磨削力分析方法,确定了大口径光学零件磨削阶段工艺制定原则,并实现了大口径光学零件面形误差的快速下降。此外,针对大惯量大延时磨削系统,提出了基于进给速度自调整的在线控力磨削方法,以实现磨削状态的在线监控。本文主要的工作与成果归纳如下:（1）基于T3构型机床弧面包络法磨削下的加工路径规划方法与三维砂轮-工件接触面的计算方法,建立了非球面面形误差预测及相应的补偿算法,主要包含了砂轮几何参数识别误差、砂轮轴倾角误差、砂轮轮廓误差与砂轮轮廓磨损。以口径600mm-近轴曲率半径1500mm碳化硅非球面进行面形精度分析,确定砂轮轮廓误差与砂轮轮廓磨损为主要误差来源。结合非球面面形误差测量与三轴联动法向补偿,实现了有效口径80mm-近轴曲率半径325mm的碳化硅抛物面与有效口径580mm-近轴曲率半径50m的石英玻璃抛物面的补偿加工。前者RMS值由1.44μm下降至0.9μm,误差下降率达37%;后者RMS值由13.7μm下降至1.8μm,误差下降率达86%。从而验证了补偿算法的有效性,并证明少轴高刚性弧面包络法磨削是实现高效面形误差补偿加工的重要途径。（2）针对平行与正交磨削方式,基于三维砂轮工件接触面及其划分,由每个划分区域内的材料去除率计算得到未变形切屑厚度。并由磨粒出刃高度符合正态分布,实现对有效磨粒面密度与未变形切屑厚度的修正。结合磨粒切削深度与中位/横向裂纹深度之间的关系,实现了对表面/亚表面损伤深度的分析预测。通过碳化硅法向磨削力实验数据,识别所假设的比磨削能函数参数,从多磨粒磨削过程中解析出单颗磨粒法向磨削力。从中分析得到平行与正交磨削方式下碳化硅陶瓷等脆硬材料的材料去除机理及表面/亚表面裂纹损伤形成机理。并确定大口径光学零件磨削阶段,材料去除方式为脆性/塑性域混合去除方式,且以脆性域去除为主。在其磨削工艺设计上,应尽可能增大砂轮-工件接触面,并以深切缓速进给的正交磨削模式为主。（3）针对大惯量大延时磨削系统,提出了基于进给速度自调整的控力磨削方法。由所假设的单颗磨粒比磨削能函数与砂轮-工件接触面中的未变形切屑厚度分布,建立了法向磨削力预测模型。模型参数可通过单次控力磨削实验数据识别得到,从而实现随砂轮钝化过程更新磨削力预测模型。通过将磨削力预测值反馈进入控制系统,实现了磨削力超调的有效抑制,超调量由87.5%下降至24%以内。综上所述,本文针对大口径非球面光学零件磨削加工,以高材料去除效率、高面形精度、低亚表面损伤为目标,在弧面包络法磨削基础之上,通过非球面面形误差分析与补偿、弧面砂轮磨削表面/亚表面损伤与磨削力分析以及在线控力磨削的实现,构建出大口径大曲率半径光学元件高效磨削工艺及其专用装备的设计思路与方法。
牛恒泰[4]（2018）在《复杂曲面慢刀伺服车削刀具路径规划及测量技术研究》文中研究说明复杂曲面元件以其优良的特性有着广泛的应用前景,目前复杂曲面元件主要应用于军事防御、空间观测、光学系统以及民用生活等领域,复杂曲面的加工和测量是限制其广泛应用的重要因素。慢刀伺服（Slow Tool Servo,STS）车削技术能够通过三轴联动实现对复杂曲面的高精度加工,从世界范围来看,欧美国家的慢刀伺服车削技术比较成熟,已有商业化的慢刀伺服系列机床出售。近年国内一些高校和研究机构也对慢刀伺服车削技术进行了相关研究,但尚未形成工业加工能力。本文以复杂曲面的慢刀伺服车削为目标,对慢刀伺服实验平台搭建、刀具路径规划与仿真和复杂曲面面形加工精度测量等方面进行了研究,具体内容如下:1)复杂曲面的慢刀伺服车削刀具路径规化。刀具路径规划的精度直接影响复杂曲面的最终面形精度,是复杂曲面高精度、高效率加工的重要内容。提出了适用于离散形式曲面刀触点生成的Zernike多项式局部拟合方法,该方法避免了曲面的整体拟合。提出了等高度刀触点离散方法,通过限制相邻刀触点Z向高度差实现对离散误差的控制。提出了适用于不同编程语言的刀具形状补偿算法。提出了能够减小PVT插补误差的插值点速度计算方法,该方法通过矩阵运算将分段三次Hermite插值转化为分段三次样条插值,保证了插值曲线的二阶连续,并对插值点的选取算法进行了优化。2)通过仿真对刀具路径规划精度进行分析。选取了正弦阵列面、环曲面、Zernike曲面,采用不同刀触点离散方法生成刀触点并分析离散误差,结果表明等高度离散在减小离散误差的基础上能够控制离散误差的分布。刀尖圆弧半径补偿量的计算结果表明基于MATLAB的Z向补偿算法结果更为准确。采用三转角法计算刀位点速度的精度较高但计算较为复杂,三点法计算简单但精度稍差。插值点的密化处理能够在一定范围内减小插补误差。设计了一种离散形式的渐进多焦点曲面,并通过像散和光焦度分布对其进行了光学特性评价,根据离散曲面刀触点生成算法对其进行了刀具路径规划。基于MATLAB软件编写了生成数控加工程序的脚本文件。3)复杂曲面慢刀伺服车削加工实验及面形加工误差测量。设计搭建了以上位机和运动控制卡为核心的慢刀伺服车削实验平台;根据IMAC400控制器的速度、位置双闭环PID+速度/加速度前馈算法结构,对各轴伺服系统进行了性能调试和PID参数优化;使用C#语言编写了实验平台上位机控制软件,实现对实验平台的控制和实时监测。完成了复杂曲面的慢刀伺服车削加工实验。采用三坐标测量机以圆周式测量路径对工件面形数据编程自动测量,基于三次样条插值对工件子午线面形数据进行测头半径补偿,选用MATLAB中的CFT工具对补偿后的数据进行曲面拟合,从而计算加工误差。测量结果表明,表面粗糙度均能够控制在90nm左右,正弦阵列面和环曲面的面型误差能够分别控制在±0.01mm和±0.005mm左右;Zernike曲面和渐进面的面型误差能够分别控制在±0.02mm和±0.015mm左右。
曾培阳[5]（2018）在《硬脆材料的精密抛光及其自动化控制技术研究》文中指出随着工业技术的发展,硬脆材料由于其优异的特性,比如抗腐蚀、低膨胀系数、抗氧化、低密度及强度硬度高等,被广泛应用在国防航空及民用领域。但同时由于其易脆性,表面层组织易损伤等特点,不宜采用传统的机加工方法进行加工。本文采用计算机控制的化学机械抛光方法对硬脆材料进行微量去除加工,首先针对硬脆材料的化学机械抛光工艺问题进行研究,接着进一步完成了抛光过程中去除率和驻留时间的理论分析,最后建立了计算机控制的化学机械抛光实验系统,在此基础上完成了硬脆材料的平面和非球面加工。第一章首先介绍了应用于多领域关键场合的特殊零件对硬脆材料的现实需求,进而介绍了目前常用的几种硬脆材料加工方式,并分析了各加工方式的优劣性,指出采用固着磨粒的化学机械抛光几乎适用于任何硬脆材料。接着,介绍了化学机械抛光以及计算机控制抛光的国内外相关研究现状。最后,总结了当前研究中存在的薄弱环节,指明了论文的研究意义,并提出了论文的主要研究内容。第二章首先介绍了化学机械抛光的基本原理,进而对去除过程建立数学模型并分析偏心率和转速比对加工结果的影响,并以此对驻留时间进行求解。最后,简要描述了计算机控制抛光的整体设计思路。第三章介绍了计算机控制抛光系统的构建,作为后续进行自动化加工实验的基础。首先介绍了机械部分的设计,计算和校核了抛光压力、摩擦力扭矩等关键参数。其次介绍了控制部分的设计,包括单轴速度曲线控制和多轴路径同步控制的算法。第四章综合分析了各加工参数,如主轴转速、抛光压力、磨料粒径和抛光液流速等对去除率和加工质量的影响,总结出一套有效的抛光工艺参数,为实际加工操作者提供一定的理论指导。第五章介绍了抛光过程中的关键问题及其解决方案,包括抛光模与工件的“不匹配度”以及“边缘效应”。然后以抛光非球面K9玻璃为例,详细描述了化学机械抛光的整套加工工艺以及非球面自动化加工的算法。第六章总结了论文的主要研究工作,指出了研究中存在的不足,提出了对进一步研究的相关设想和展望。
黄国强[6]（2016）在《多轴精密数控系统关键技术的研究与开发》文中研究表明自由曲面光学元件具有优良的光学性能,能有效简化结构,提高光学系统可靠性,在测量、航天、军事等领域有着广泛的需求。随着光学技术的发展,光学自由曲面需要更高的轮廓精度和表面质量,而传统的数控加工技术已无法满足精密零部件和精密光学的需求。为了提高精密加工的效率和质量,研究高精度的光学自由曲面加工方法,实现高性能的精密数控系统和设备势在必行。本课题基于五轴自由曲面机床的机械平台,围绕多轴精密数控系统的软硬件架构设计、设备通信、I/O管理、大型程序处理和控制以及精密数控程序自动生成等关键技术进行研究和开发。针对系统硬件架构,分析了精密自由曲面的加工要求和机床平台的特性,采用主从结构,分别为工控机、顺序控制模块、运动控制模块和控制面板进行选型和设计。针对系统软件架构,分别从系统组织结构、设计元素、任务管理策略、数据存储方案和人机界面五个方面进行研究,并基于线程控制,提出了一种采用事件队列实现任务管理的策略。同时,通过动态绑定的机制,实现人机界面的管理。针对PLC的通信协议以及其半双工通信方式的特点,开发出相应的通信程序。根据控制面板的实际工作特点和汉明码的编码译码原理,制定了相应的通信协议和通信机制。同时,提出了一种分配管理器集中控制方法,实现I/0的分配管理和控制。针对内存不足导致大型数控程序难以显示和编辑的问题,设计了一种三页切换机制,并将其进行优化,突破内存瓶颈。同时,提出了预加载和模块化方案,利用A3200软运动控制器的程序控制函数库实现大型加工程序的控制,并对两种方案的优缺点进行了分析和比较。通过对等间距、等弦长和等误差直线逼近算法的分析,根据旋转对称非球面的数学模型,提出了逐点逼近法,实现旋转对称非球面的自动编程。同时,采取二分查找法,解决了NURBS曲线的反算问题,实现了逐点逼近法在NURBS曲线上的复用。针对NURBS曲线的特点,提出了逐段逼近算法,实现对NURBS曲线的等误差逼近。通过对旋转对称非球面和NURBS曲线进行仿真实验,验证了逐点逼近法和逐段逼近法的可行性。实际加工实验结果表明,本文研发的多轴精密数控系统性能稳定,可实现精密数控加工。
张鑫[7]（2016）在《提高大口径光学反射镜加工收敛效率的关键技术研究》文中研究指明大口径光学系统在天文及国防领域具有广泛的应用,其因具有更高的角分辨能力,更强的能量收集能力等特点是目前国内外光学加工机构研究的重点。大口径光学反射镜是系统的核心器件,国外已实现?8m量级反射镜的加工,国内正在进行?4m量级SiC反射镜的加工,而且正在向更大尺寸的光学反射镜迈进。中小口径的光学反射镜的加工普遍采用计算机控制光学表面成型技术（Computer Controlled Optical Surfacing,CCOS）,该技术以小磨头技术为代表,随着技术的发展,融合了更多的加工手段以适应更广泛的加工需求。尽管CCOS技术在中小口径光学反射镜的加工上已经比较成熟,但当其应用在大口径光学反射镜的加工中时,我们发现诸如工艺路线及去除函数稳定性、边缘效应以及光学加工中心等加工过程中的关键技术极大的限制了大口径光学反射镜的加工收敛效率。因此,本文提出了通过工艺实验及分析提高粗抛光阶段去除函数稳定性及修正工艺参数关系、利用运动合成叠加实现复合运动主轴抑制边缘效应、设计并研制高效多工位的三角机光学加工中心来提高大口径光学反射镜的加工收敛效率。本文在实验室已有的工作基础之上,主要在以下三方面开展了相关的工作:一、针对现有工艺方法在加工大口径反射镜时收敛效率及确定性不高的情况,搭建了工艺参数实验平台,以实验室采用的平转动去除方式为基础,着重解决工艺稳定性对收敛效率影响最大的粗抛光阶段。首先探讨了基于矩阵离散化运算的仿真收敛算法可以实现将实际去除函数引入算法,在算法角度提高了仿真计算与实际加工的一致性,从而为提高收敛效率提供了算法保障。其次从磨盘结构、参数线性度、磨料等角度为主要方向研究了工艺参数对去除函数稳定性的影响。利用合理的参数配置得到了高确定性、高稳定性的高斯型去除函数。基于改进工艺手段进行了加工实验,在不考虑边缘效应影响的前提下,对一?100mm子孔径区域进行收敛,经过一轮48min加工,从rms?0.079?（??632.8nm）收敛至约1/30?,单次收敛效率高达58%,仿真计算与实际加工结果具有高度一致性;在此基础上对一?800mm的大口径离轴抛物面进行全口径加工收敛实验,经过一轮加工,rms收敛效率达34%,高于仿真计算结果的22%,对比仿真结果与实际加工结果,二者差别集中在边缘区域。通过实验验证了基于实际去除函数的算法在中心区域收敛的高效性同时,也验证了改进工艺方法的高稳定、高确定性;同时引出了边缘效应问题解决对提高大口径光学反射镜收敛效率提高的急迫性。二、本文针对现有边缘效应研究集中在边缘塌边的预测及数学描述的问题,提出在保持平转动高斯型去除函数高体积去除率的优点基础上,通过运动合成使去除函数峰值去除率偏离中心,重新分布能量使其向边缘处的移动,从而使磨盘伸出反射镜边缘的距离还未产生塌边即可实现去除函数峰值已伸出反射镜边缘,从而在真正意义上实现了边缘效应的抑制。通过仿真计算收敛验证了hz-尖刀去除函数对收敛算法的提升,从而表明该理论对大口径光学反射镜具有边缘效应抑制的能力。在理论设计及控制方式设计的基础上,利用复合运动主轴及跟随运动控制算法实现了hz-尖刀去除函数,并通过去除函数实验验证了该去除函数的存在,由于实际物理平滑作用的存在,实际得到去除函数比理论设计更加适合工程应用,将实测去除函数引入算法矩阵,通过对一300mm?150mm矩形sic反射镜的边缘去除实验结果发现,hz-尖刀去除函数作用下的边缘加工,没有产生诸如翘边、塌边等边缘效应问题,与预期的加工结果高度相似,因此验证了hz-尖刀去除函数对边缘效应的抑制能力。三、在获得稳定的工艺及分系统主轴的基础上,设计并制作了三角机光学加工中心,该加工中心具有三工位设计,最多可承载10轴的矢量进给运动。基于该加工中心,提出了一套大口径非球面镜加工模型,每个工位只需利用两个转动轴即可实现大口径非球面镜的遍历加工,同时加工工位与检测工位可以互换,节约成本的同时提升了大口径光学反射镜的加工效率。分析了三角机光学加工中心的适用性,提高了其在单一设计工作角度下的可加工范围;同时提出了简便、高效的零位标定方法。为了验证加工模型的可行性,结合工程实例,利用该加工中心对一口径为1450mm的离轴抛物面SiC反射镜进行了加工,实验结果表明,经过一轮迭代加工后,反射镜面形结果由PV?3.441μm、RMS?0.5203μm收敛到PV?2.637μm、RMS?0.2962μm,RMS收敛达43%。验证了模型的精度及可行性。
陈旭[8]（2016）在《慢刀伺服车削机床PID参数优化及其刀具路径规划研究》文中提出慢刀伺服（SlowToolServo,STS）车削技术不同于传统车削,是一种新型的精密车削加工方法,通过C、X、Z三轴联动带动金刚石刀具相对于工件端面在圆柱坐标内实现螺旋形轨迹的切削运动,主要应用于加工各类复杂曲面。慢刀伺服车削相关技术的研究,国外起步较早,并已经实现了工业应用;国内的相关研究近些年才刚刚起步,尚处于实验室研究阶段,并未形成工业加工能力。慢刀伺服车削技术主要应用在国防军事、空间观测、光学测量、民用消费等领域。本文基于自主研发的慢刀伺服装置,对慢刀伺服车削相关技术开展了相关研究,具体研究内容如下:1)慢刀伺服车削机床控制系统参数优化。以C轴为例,推导了基于IMAC的带有速度与加速度前馈的PID控制算法的交流伺服电机进给系统的数学模型。将速度环简化为三阶振荡系统,利用阶跃响应信号进行系统辨识,获得简化的控制系统框图。最后用粒子群优化算法进行PID参数优化,并通过仿真分析速度前馈和加速度前馈对减小跟踪误差的效果。2)复杂曲面的慢刀伺服车削刀具路径规化。在简要介绍车床结构的基础上,分析了曲面的数学描述方法,并对拟加工曲面进行可加工性判别。分析包括等角度离散、等弧长离散和综合离散在内的三种刀触点离散方法,并分析各离散方法的优缺点;根据曲面能否用代数方程表达,提出了两种不同的Z向刀具几何形状补偿方法;选择IMAC提供的PVT插补作为机床的运动轨迹插值算法。在分析已有的PVT入口参数生成算法的基础上提出了三转角法,相关仿真分析结果表明本文提出的三转角法可以将插补误差缩小约一个数量级。3)渐进多焦点曲面的设计和慢刀伺服车削加工方法研究。首先建立了评价渐进多焦点曲面质量的泛函,并利用变分差分的方法求解泛函极值,计算出了渐进多焦点曲面上的离散点坐标。基于离散点坐标数据,尝试利用双n次均匀B样条插补和Zernike多项式拟合的方法构造完整渐进多焦点曲面,结果表明双n次均匀B样条插补效果更好,并且插补精度和B样条次数关系不大,故最终选择计算更为简单的双3次均匀B样条插补进行曲面构造。相关分析表明用该种方法构造的渐进多焦点曲面的实际光焦度分布和像散分布图像与理想分布情况吻合度较好。最后对构造的完整渐进多焦点曲面进行刀位点轨迹规划和算法误差分析。4)典型复杂曲面的慢刀伺服车削加工实验。基于C#语言编写了慢刀伺服车削机床控制软件,并利用本文第三章的刀具轨迹生成方法,编写了慢刀伺服车削数控程序生成软件,进行了环曲面、渐进多焦点曲面和阵列面（球面阵列、正弦阵列面）的慢刀伺服车削加工实验,通过实验检验了前文相关理论的正确性和可行性。实验结果表明,环曲面和渐进多焦点曲面的加工效果较好,可以保证0.09μm级的表面粗糙度,面形误差可以控制在±0.01mm左右。由于机床精度和机床结构的制约,对于面型结构起伏频繁的阵列面的加工效果不十分理想,机床会产生小幅震动,造成加工面型精度和表面粗糙度较差。
焦青松[9]（2014）在《高性能刀剪端面磨削运动控制研究》文中研究说明端面磨削是刀剪加工中最复杂、最典型的磨削加工工艺，对刀剪产品的精度与表面质量具有重要的影响。然而国产端面磨刀机为两轴联动的液压式或数控式磨床，只能磨削简单的刀剪产品而无法磨削具有曲面的复杂、异形刀剪产品。而且使用时需要试磨和调整，难以适应新型刀剪产品对产品质量和加工效率的要求。国外四轴、五轴等多轴联动端面磨刀机，能够高效、高质量的磨削复杂、异形刀剪产品，但是价格昂贵并且技术保密。因此自主研发多轴联动端面磨刀机对发展我国高端刀剪装备产业以及刀剪制造业具有重要的经济与社会效益。本文针对刀剪端面磨削运动控制这一关键技术进行了系统深入的研究，形成了二轴、三轴、四轴联动刀剪端面磨削运动控制方法，并以此为基础研发了高性能刀剪端面磨削控制系统，并将该系统成功应用到新型端面磨刀机中。主要研究内容和研究成果包括：（1）针对一类简单的刀剪端面磨削工艺要求，研究了XZ二轴联动刀剪端面磨削运动控制方法。结合投影规律构造了由直线与椭圆弧组成的插补轨迹，给出了刀面偏转角与磨削进给量等磨削用量计算公式。利用参数形式椭圆表达式结合步距角计算公式实现了一种运算简单、误差可控的椭圆弧插补算法，有利于提高插补精度、简化插补计算。针对插补轨迹长度小于曲线实际长度的问题，提出了一种基于二分法基本思想的加减速度长度计算方法，不仅提高了插补终点精度，使得速度曲线更加光滑，而且也解决了椭圆弧轨迹长度难以计算的问题。（2）针对复杂、异形刀剪产品，研究了XZA三轴联动刀剪端面磨削运动控制方法。根据刀剪端面磨削的工艺特点与卧式端面磨刀机的结构特点，建立了砂轮径向进给量、轴向进给量、旋转角度等加工参数与工件顶面磨削量、底面磨削量、磨削宽度等工艺参数间的函数关系，并结合端面的投影规律，实现了一个旋转轴与两个平动轴的三轴联动控制，从而能够磨削具有任意形状交线与底面轮廓的刀剪产品。（3）针对二轴与三轴联动运动控制存在刃厚误差的问题，研究了XYZA四轴联动刀剪端面磨削运动控制方法。首先分析了误差产生的原因，然后建立了砂轮轴向进给误差与砂轮直径、刃线轮廓以及旋转角度间的函数关系，并提出了误差补偿方法。误差补偿虽然能够减小刃厚误差，但会造成速度波动，最终影响加工精度和表面质量。因此，在三轴联动端面磨削运动控制方法基础上提出了四轴联动刀剪端面磨削运动控制方法。该方法通过控制刀具在Y方向的高度，削除刃线在Y方向变化造成的砂轮磨削点偏移的问题，从而削除了误差、提高了磨削精度。（4）以二轴、三轴、四轴刀剪端面磨削运动控制方法为基础设计了高性能数控端面磨削控制系统。控制系统软件支持二维图形与参数混合编程，具有模块化、可配置的特点。基于所提控制系统开发了数控端面磨床样机，并且磨削出了多种具有代表性的刀具产品，证明了所提算法的有效性。
谢银辉[10]（2014）在《智能抛光方法去除特性及控制技术研究》文中研究说明非球面光学元件可以获得高质量的图像效果和高品质的光学特性,已广泛应用于激光聚变装置、大型天文望远镜、数码视听设备、光纤通信、医疗设备等高技术领域的光电系统。因此光学元件的精密制造技术受到许多国家的重点关注,抛光作为精密加工的最后一道工序,是非球面面形精度和表面质量得到保证的基础。现阶段,在非球面抛光过程中主要采用由计算机控制的智能抛光技术。因此加强智能抛光控制关键技术的研究,对提升非球面抛光效率和精度有着重要的作用。本文针对目前先进光学元件抛光技术特点,围绕提高加工精度和效率的目标,对智能抛光控制关键技术进行研究,主要包括去除特性分析、运动控制算法优化、工艺软件开发和抛光验证实验。（1）根据小磨头抛光、能动盘抛光和气囊抛光的去除机理,分别建立去除函数的数学模型,并进行傅立叶变换,处理得到对应的修形能力曲线,分析不同抛光方法对空间频率误差的修正能力。（2）建立非轴对称非球面的气囊抛光进动运动控制模型,在运动模型的基础上提出最有效率运动控制策略,并进行运动模型仿真和控制算法的验证。（3）分析光栅路径和螺旋线路径的应用范围、运动特点及加工参数要求,提出一种新的抛光路径——基于改进Prim算法的路径,并通过仿真得到路径结果。（4）设计并完成了智能抛光系统工艺控制软件,实现了面形数据读取及处理、加工参数设置、抛光路径生成和机床控制文件输出的功能。（5）进行抛光实验,分析实验结果,验证本文优化方法的正确性。
二、旋转对称非球面自动加工控制算法研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、旋转对称非球面自动加工控制算法研究（论文提纲范文）
（1）大型镜面加工装备并联模块控制策略研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 光学镜面加工技术的研究现状 |
| 1.3 并联机器人的研究现状 |
| 1.4 机器人控制策略的研究现状 |
| 1.5 主要研究内容 |
| 2 大型镜面加工装备并联模块的运动学与动力学分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 大型镜面加工装备的整体描述与并联模块运动学分析 |
| 2.3 并联模块动力学分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 大型镜面加工装备并联模块的虚拟样机和控制系统仿真模型建立 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 大型镜面加工装备并联模块的虚拟样机建模 |
| 3.3 大型镜面加工装备并联模块控制系统仿真模型 |
| 3.4 整机控制系统的联合仿真模型建立 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 基于非线性PD的大型镜面加工装备并联模块控制策略的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于非线性PD的并联模块控制策略 |
| 4.3 并联模块的增广非线性PD控制策略 |
| 4.4 基于非线性PD的并联模块的计算力矩控制策略 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于分数阶PD控制的大型镜面加工装备并联模块同步控制策略 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 分数阶微积分PID控制理论分析 |
| 5.3 基于分数阶控制的并联模块同步控制策略 |
| 5.4 大型镜面加工装备并联模块分数阶同步控制仿真分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（2）光学曲面抛光轨迹规划及误差补偿技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 课题研究背景和意义 |
| 1.2.1 研究背景 |
| 1.2.2 研究意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 计算机控制光学表面成型技术 |
| 1.3.2 CCOS轨迹规划方法 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 曲面环形抛光的材料去除建模 |
| 2.1 CCOS抛光流程 |
| 2.2 定点抛光的材料去除模型 |
| 2.2.1 Preston方程 |
| 2.2.2 接触区域的压强分布 |
| 2.2.3 接触区域的相对线速度分布 |
| 2.3 基于曲率变化的环形抛光的材料去除模型 |
| 2.3.1 压强和相对线速度的极坐标变换 |
| 2.3.2 曲线抛光的材料去除模型 |
| 2.3.3 基于曲率变化的环形抛光材料去除模型 |
| 2.4 抛光实验 |
| 2.4.1 K9玻璃工件的定点抛光实验 |
| 2.4.2 定点抛光实验结果分析 |
| 2.4.3 铝工件的定点抛光实验 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 全曲面最优去除量的抛光轨迹规划方法 |
| 3.1 轨迹间距对材料去除量的影响 |
| 3.1.1 空间抛光轨迹和投影轨迹 |
| 3.1.2 抛光轨迹间距对材料去除量的影响 |
| 3.1.3 抛光轨迹和投影轨迹的关系 |
| 3.2 影响回转对称非球面的材料去除因素 |
| 3.2.1 接触区域变化对材料去除的影响 |
| 3.2.2 测地曲率半径对材料去除影响 |
| 3.3 全曲面最优去除量的抛光轨迹规划方法 |
| 3.3.1 同心圆轨迹规划的应用 |
| 3.3.2 平面最优去除量的抛光轨迹规划 |
| 3.3.3 回转对称非球面最优去除量的抛光轨迹规划 |
| 3.4 回转对称非球面最优去除量的轨迹规划仿真 |
| 3.4.1 阿基米德螺旋线仿真 |
| 3.4.2 基于曲率变化的重叠长度模型 |
| 3.4.3 回转对称非球面最优去除量的轨迹规划仿真 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 光学曲面抛光的误差补偿 |
| 4.1 五轴联动自由曲面抛光机床运动学分析 |
| 4.1.1 五轴联动自由曲面抛光机床结构 |
| 4.1.2 五轴联动机床运动学分析 |
| 4.1.3 五轴联动机床的坐标系关系 |
| 4.1.4 五轴联动机床误差补偿方法 |
| 4.2 同心圆轨迹点坐标系的建立 |
| 4.2.1 同心圆轨迹点位置坐标系的建立 |
| 4.2.2 同心圆轨迹点姿态坐标系的建立 |
| 4.3 回转对称非球面抛光轨迹的误差补偿 |
| 4.3.1 计算误差补偿量 |
| 4.3.2 计算刀位点的位置和姿态坐标 |
| 4.3.3 五轴运动量随抛光时间变化 |
| 4.4 五轴联动机床运动学模型验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 光学曲面抛光与检测实验 |
| 5.1 实验条件 |
| 5.2 环形轨迹抛光的材料去除模型验证 |
| 5.2.1 沿曲线轨迹抛光材料去除实验 |
| 5.2.2 平面环形轨迹抛光材料去除实验 |
| 5.2.3 回转对称非球面环形轨迹抛光实验 |
| 5.3 工件同心圆轨迹规划实验 |
| 5.3.1 平面工件抛光实验 |
| 5.3.2 回转对称非球面工件抛光实验 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 论文展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（3）大口径非球面镜少轴弧面包络磨削关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 研究背景 |
| 1.3 国内外现状 |
| 1.3.1 国内外大口径光学元件制造技术分析 |
| 1.3.2 非球面加工误差来源分析与补偿方法 |
| 1.3.3 脆硬材料磨削过程表面/亚表面损伤的分析与抑制方法 |
| 1.4 研究内容与论文章节安排 |
| 第二章 少轴弧面包络法磨削误差分析与补偿方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 磨削实验平台与数控系统 |
| 2.3 少轴弧面包络法磨削路径规划方法 |
| 2.4 变磨削点加工过程砂轮轮廓磨损预测方法 |
| 2.5 弧面砂轮修整及其轮廓误差补偿方法 |
| 2.6 非球面成形精度及误差来源分析 |
| 2.6.1 砂轮几何参数以及轴倾角误差分析 |
| 2.6.2 砂轮磨削比及轮廓磨损误差分析 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 非球面面形误差测量与补偿实验 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 在位测量系统与非球面面形误差计算 |
| 3.2.1 在位测量装置 |
| 3.2.2 在位测量过程 |
| 3.2.3 非球面面形误差计算 |
| 3.3 面形误差测量数据处理方法与三轴联动法向补偿 |
| 3.3.1 高斯过程回归基本原理 |
| 3.3.2 超参数优化及非球面面形误差数据处理 |
| 3.3.3 非球面面形误差的三轴联动法向补偿 |
| 3.4 小口径碳化硅非球面在位测量面形误差补偿实验 |
| 3.5 大口径石英玻璃非球面离线测量面形误差补偿实验 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 弧面砂轮磨削的表面/亚表面损伤与磨削力分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 砂轮-工件接触面中未变形切屑厚度分布计算 |
| 4.3 亚表面损伤及表面粗糙度的分析方法 |
| 4.4 平行与正交磨削表面粗糙度与亚表面损伤分析 |
| 4.4.1 盘形砂轮平行与正交磨削分析 |
| 4.4.2 弧面砂轮平行与正交磨削分析 |
| 4.5 弧面砂轮磨削力实验与分析 |
| 4.5.1 单颗磨粒比磨削能函数形式假设 |
| 4.5.2 #200 弧面砂轮磨削力分析 |
| 4.5.3 #800 弧面砂轮磨削力分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于进给速度自调整的在线控力磨削 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 磨削力控制系统 |
| 5.2.1 控制系统软件框架 |
| 5.2.2 控制系统硬件框架 |
| 5.3 控力磨削的实现与讨论 |
| 5.3.1 比例-积分环节参数的选择 |
| 5.3.2 磨削力预测模型参数识别及其对控制性能的影响分析 |
| 5.3.3 在线磨削力控制实验 |
| 5.3.4 控力磨削过程的亚表面损伤分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文工作总结 |
| 6.2 论文主要贡献与创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 附录 ACS运动控制器代码 |
| 引用文献 |
| 攻读博士学位期间研究成果 |
| 致谢 |
（4）复杂曲面慢刀伺服车削刀具路径规划及测量技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究意义 |
| 1.2 复杂曲面慢刀伺服车削技术研究现状 |
| 1.2.1 慢刀伺服车削技术基本原理 |
| 1.2.2 复杂曲面慢刀伺服车削技术研究现状 |
| 1.3 本文研究的主要内容 |
| 第二章 慢刀伺服车削刀具路径规划 |
| 2.1 刀具路径规划概述与坐标系定义 |
| 2.1.1 刀具路径规划概述 |
| 2.1.2 实验平台坐标系定义 |
| 2.2 刀具路径生成基本算法 |
| 2.2.1 刀具路径生成方案 |
| 2.2.2 切削参数的选择 |
| 2.2.3 刀具路径生成基本原理 |
| 2.3 刀触点生成算法 |
| 2.3.1 连续曲面刀触点生成算法 |
| 2.3.2 离散曲面刀触点生成算法 |
| 2.4 刀具参数选择与刀具形状补偿算法 |
| 2.4.1 刀具参数选择 |
| 2.4.2 刀具形状补偿算法 |
| 2.5 基于IMAC的刀具轨迹插补算法 |
| 2.5.1 PVT插补与分段三次Hermite插值 |
| 2.5.2 PVT入口参数生成算法 |
| 2.5.3 插值点非均匀化处理算法 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 复杂曲面刀具路径规划仿真 |
| 3.1 正弦阵列面 |
| 3.1.1 正弦阵列面数学模型 |
| 3.1.2 正弦阵列面刀具路径规划仿真 |
| 3.2 环曲面 |
| 3.2.1 环曲面数学模型 |
| 3.2.2 环曲面刀具路径规划仿真 |
| 3.3 Zemike曲面 |
| 3.3.1 Zemike曲面数学模型 |
| 3.3.2 Zemike曲面刀具路径规划仿真 |
| 3.4 离散形式渐进多焦点曲面 |
| 3.4.1 离散形式渐进多焦点曲面设计 |
| 3.4.2 离散形式渐进多焦点曲面光学特性分析 |
| 3.4.3 离散形式渐进面刀具路径规划仿真 |
| 3.5 基于MATLAB的数控加工程序生成 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 复杂曲面慢刀伺服车削实验及面形测量 |
| 4.1 慢刀伺服车削实验平台设计 |
| 4.1.1 实验平台硬件体系设计 |
| 4.1.2 控制系统调试与控制软件设计 |
| 4.1.3 实验平台加工能力分析 |
| 4.2 复杂曲面慢刀伺服车削实验 |
| 4.2.1 正弦阵列面加工实验 |
| 4.2.2 环曲面加工实验 |
| 4.2.3 Zemike曲面加工实验 |
| 4.2.4 离散形式渐进多焦点曲面加工实验 |
| 4.3 复杂曲面面形加工误差测量与分析 |
| 4.3.1 复杂曲面工件面形数据获取 |
| 4.3.2 面形数据分析与评定 |
| 4.3.3 实验工件面形加工误差分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 后续研究建议与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间的学术成果 |
（5）硬脆材料的精密抛光及其自动化控制技术研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 硬脆材料的应用 |
| 1.1.2 硬脆材料的精密加工技术 |
| 1.2 国内外相关研究现状 |
| 1.2.1 硬脆材料的化学机械抛光技术研究现状 |
| 1.2.2 硬脆材料的计算机控制抛光技术研究现状 |
| 1.3 论文的研究意义及主要研究内容 |
| 1.3.1 论文的研究意义 |
| 1.3.2 论文的主要内容 |
| 2 计算机控制抛光原理及工艺分析 |
| 2.1 化学机械抛光的去除机理 |
| 2.1.1 机械作用 |
| 2.1.2 化学作用 |
| 2.2 用数学算子表示去除率数学模型 |
| 2.2.1 Preston假设及理论基础 |
| 2.2.2 去除函数的建模 |
| 2.3 驻留时间求解 |
| 2.3.1 脉冲迭代法 |
| 2.3.2 傅里叶变换法 |
| 2.3.3 离散矩阵算法 |
| 2.4 计算机控制抛光的整体设计思路 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 计算机控制抛光系统的构建 |
| 3.1 机械结构设计 |
| 3.1.1 主轴传动结构 |
| 3.1.2 抛光头运动结构 |
| 3.2 控制器硬件结构设计 |
| 3.2.1 控制器选型 |
| 3.2.2 驱动器选型 |
| 3.2.3 控制电路 |
| 3.3 软件结构设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 抛光质量的影响因素分析 |
| 4.1 抛光质量的主要评价指标 |
| 4.2 实验设计及结果分析 |
| 4.2.1 抛光参数对材料去除率的影响 |
| 4.2.2 抛光参数对表面粗糙度的影响 |
| 4.3 平面抛光的参数优化实验 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 抛光工艺的关键问题及计算机控制抛光非球面实例 |
| 5.1 工件与抛光模的不匹配度分析 |
| 5.1.1 不匹配度的数学建模 |
| 5.1.2 仿真结果及分析 |
| 5.2 边缘效应的产生及其控制方法探究 |
| 5.2.1 边缘效应的形成机理 |
| 5.2.2 边缘效应的压力分布 |
| 5.2.3 边缘效应的控制实例 |
| 5.3 非球面抛光的实验研究 |
| 5.3.1 非球面的面形数据处理 |
| 5.3.2 非球面自动化抛光的原理及算法 |
| 5.3.3 实验设计 |
| 5.3.4 结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
（6）多轴精密数控系统关键技术的研究与开发（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景及意义 |
| 1.2 国内外精密数控发展现状及趋势 |
| 1.3 复杂曲面精密加工研究现状 |
| 1.3.1 旋转对称非球面加工研究现状 |
| 1.3.2 NURBS加工研究现状 |
| 1.4 课题来源及主要研究内容 |
| 第二章 数控系统架构的设计与实现 |
| 2.1 五轴自由曲面机床的机械结构 |
| 2.2 硬件架构的设计与实现 |
| 2.2.1 工控机 |
| 2.2.2 运动控制模块 |
| 2.2.3 顺序控制模块 |
| 2.2.4 控制面板 |
| 2.2.5 硬件平台的搭建 |
| 2.3 软件架构的设计与实现 |
| 2.3.1 系统组织结构设计 |
| 2.3.2 确定设计元素 |
| 2.3.3 制定任务管理策略 |
| 2.3.4 数据存储设计 |
| 2.3.5 人机界面设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 设备通信和I/O管理 |
| 3.1 PLC通信处理 |
| 3.1.1 PLC通信协议 |
| 3.1.2 PLC通信程序设计 |
| 3.2 控制面板通信处理 |
| 3.2.1 控制面板通信协议 |
| 3.2.2 汉明码编码译码算法 |
| 3.2.3 控制面板通信程序设计 |
| 3.3 I/O分配和管理 |
| 3.3.1 设备I/O的设计 |
| 3.3.2 I/O分配管理策略 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 数控程序处理 |
| 4.1 大型数控程序的显示和编辑 |
| 4.1.1 三页切换机制 |
| 4.1.2 三页切换机制的优化 |
| 4.2 大型数控程序的控制 |
| 4.2.1 预加载 |
| 4.2.2 模块化 |
| 4.2.3 预加载与模块化的分析比较 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 精密数控加工程序自动编制 |
| 5.1 非球面加工程序自动编制 |
| 5.1.1 旋转对称非球面数学模型 |
| 5.1.2 逐点逼近法的节点计算 |
| 5.1.3 旋转对称非球面的坐标和导数计算 |
| 5.2 NURBS曲线加工程序自动编制 |
| 5.2.1 NURBS曲线矢量节点与基函数的计算 |
| 5.2.2 NURBS曲线复用逐点逼近算法 |
| 5.2.3 NURBS曲线的逐段逼近算法 |
| 5.3 仿真实例 |
| 5.3.1 旋转对称非球面逼近仿真实例分析 |
| 5.3.2 NURBS曲线逼近仿真实例分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 数控系统的测试与运行 |
| 6.1 实验方案 |
| 6.2 实验过程和步骤 |
| 6.3 实验结果与分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及授权的专利 |
| 致谢 |
（7）提高大口径光学反射镜加工收敛效率的关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 常用的大口径光学反射镜加工技术及加工中心简介 |
| 1.2.1 传统大口径光学反射镜加工方法及加工中心 |
| 1.2.2 基于计算机控制光学表面成型技术的加工方法及其加工中心 |
| 1.2.3 常见的大口径光学加工技术及加工中心小结 |
| 1.3 典型的边缘效应控制方法及理论 |
| 1.3.1 Skin Model及对Preston假设的修正 |
| 1.3.2 镜面边缘参数化模型 |
| 1.3.3 典型的边缘效应控制方法及理论小结 |
| 1.4 研究的目的及意义 |
| 1.5 主要研究内容 |
| 第2章 CCOS技术理论及大口径光学反射镜抛光阶段加工工艺 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 CCOS技术的数学模型及平转动去除函数[92-94] |
| 2.3 基于矩阵运算的驻留时间求解[95-100] |
| 2.4 工艺参数实验及高稳定性去除函数的获得 |
| 2.5 基于改进工艺手段的加工实验 |
| 2.5.1 φ150mm SiC平面反射镜的子孔径加工收敛实验 |
| 2.5.2 φ800mm离轴抛物面的全口径加工收敛实验 |
| 2.6 本章小节 |
| 第3章 复合运动主轴与边缘效应控制 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 边缘效应问题的分析 |
| 3.3 HZ-尖刀去除函数的工作原理及理论基础 |
| 3.4 复合运动主轴的结构设计 |
| 3.5 复合运动主轴的控制原理及精度分析 |
| 3.6 HZ-尖刀去除函数实验验证及边缘效应抑制加工实验 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 三角机光学加工中心的设计及工作原理 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 三角机的工作原理及模型分析 |
| 4.2.1 三角机光学加工中心的机械设计及原理 |
| 4.2.2 三角机加工臂的有限元分析 |
| 4.3 三角机的加工原理及数学模型分析 |
| 4.4 三角机的控制原理及控制精度分析 |
| 4.5 三角机加工控制软件设计 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 三角机光学加工中心的调试、适用性分析及加工实验 |
| 5.1 三角机电控系统调试及精度分析 |
| 5.2 三角机零位标定方法 |
| 5.3 三角机加工适用性分析及加工控制软件 |
| 5.4 三角机的物理实现与加工实验 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间学术成果情况 |
| 指导教师及作者简介 |
| 致谢 |
（8）慢刀伺服车削机床PID参数优化及其刀具路径规划研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 慢刀伺服车削技术简介 |
| 1.2.1 慢刀伺服车削技术基本原理 |
| 1.2.2 慢刀伺服车削技术研究现状 |
| 1.3 本文研究目的及主要研究内容 |
| 第二章 慢刀伺服车削机床伺服系统数学模型的建立与PID参数优化 |
| 2.1 慢刀伺服机床简介 |
| 2.1.1 伺服控制部分 |
| 2.1.2 机械部分 |
| 2.2 永磁同步伺服电机的数学模型 |
| 2.3 伺服驱动电流环建模与分析 |
| 2.4 伺服驱动速度环建模与分析 |
| 2.5 基于IMAC的双闭环PID+速度/加速度前馈算法 |
| 2.5.1 控制算法的原理 |
| 2.5.2 整体控制框图 |
| 2.6 慢刀伺服车削机床全伺服进给系统模型简化及参数辨识 |
| 2.6.1 慢刀伺服车削机床速度环模型简化 |
| 2.6.2 慢刀伺服车削机床速度环简化模型参数辨识 |
| 2.7 慢刀伺服车削机床全闭环伺服进给系统PID参数优化 |
| 2.7.1 PID参数评价函数 |
| 2.7.2 粒子群优化算法 |
| 2.7.3 前馈参数调整 |
| 2.8 实验对比 |
| 2.9 本章小结 |
| 第三章 慢刀伺服车削刀具路径规划 |
| 3.1 刀具路径规划步骤简介 |
| 3.2 坐标系定义 |
| 3.3 复杂曲面的数学表达 |
| 3.4 曲面可加工性判断 |
| 3.4.1 刀具干涉 |
| 3.4.2 Z轴运动速度及加速度制约 |
| 3.5 刀位点生成 |
| 3.5.1 刀触点离散 |
| 3.5.1.1 等角度离散 |
| 3.5.1.2 等弧长离散 |
| 3.5.1.3 综合离散 |
| 3.5.2 刀具形状补偿 |
| 3.5.3 刀位点轨迹插值 |
| 3.5.3.1 SPLNE插补 |
| 3.5.3.2 PVT插补 |
| 3.5.3.3 PVT入口参数生成算法 |
| 3.6 刀具路径规划仿真 |
| 3.6.1 环曲面 |
| 3.6.2 正弦阵列面 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 渐进多焦点曲面的慢刀伺服车削加工 |
| 4.1 渐进多焦点曲面简介 |
| 4.2 渐进多焦点曲面型值点的计算 |
| 4.2.1 渐进多焦点曲面质量评价泛函 |
| 4.2.2 曲面质量评价泛函的求解 |
| 4.2.3 渐进多焦点曲面型值点计算实例 |
| 4.3 渐进多焦点曲面的构造 |
| 4.3.1 双n次均匀B样条插值 |
| 4.3.2 Zernike多项式拟合 |
| 4.3.3 曲面构造方式评价 |
| 4.3.4 渐进多焦点曲面构造结果 |
| 4.4 渐进多焦点曲面刀具路径规划 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 典型曲面慢刀伺服车削实验 |
| 5.1 慢刀伺服车削机床控制软件 |
| 5.2 慢刀伺服车削数控程序生成软件 |
| 5.3 环曲面加工实验 |
| 5.4 渐进多焦点曲面加工实验 |
| 5.5 阵列面加工实验 |
| 5.5.1 球面阵列 |
| 5.5.2 正弦阵列面 |
| 5.5.3 阵列面加工结果分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间发表论文 |
（9）高性能刀剪端面磨削运动控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题概述 |
| 1.1.1 课题的背景 |
| 1.1.2 课题的目的和意义 |
| 1.2 国内外刀剪加工技术现状 |
| 1.2.1 我国刀剪加工行业的现状 |
| 1.2.2 国内外刀剪加工技术的发展水平 |
| 1.3 曲面磨削加工方法概述 |
| 1.3.1 曲面磨削的加工技术现状 |
| 1.3.2 筒形砂轮端面磨削曲面成型基本原理 |
| 1.3.3 端面磨削与外圆磨削应用于刀剪曲面磨削的比较 |
| 1.4 相关研究综述 |
| 1.4.1 曲面磨削多轴联动控制模型的研究现状 |
| 1.4.2 数控系统的插补算法及加减速控制方法的研究现状 |
| 1.4.3 刀剪数控端面磨削技术的研究现状 |
| 1.5 主要研究内容及论文组织结构 |
| 第二章 二轴联动刀剪端面磨削运动控制方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 工艺要求与加工原理 |
| 2.2.1 工艺特点 |
| 2.2.2 运动平台 |
| 2.2.3 磨削轨迹 |
| 2.2.4 磨削用量 |
| 2.3 速度规划方法 |
| 2.3.1 运动过程 |
| 2.3.2 速度规划 |
| 2.3.3 梯形加减速 |
| 2.4 椭圆插补算法 |
| 2.4.1 基于二分法的加减速长度计算 |
| 2.4.2 椭圆插补算法 |
| 2.4.3 终点判别方法 |
| 2.5 仿真与加工实验 |
| 2.5.1 基于二分法的加减速长度计算仿真 |
| 2.5.2 椭圆插补算法和终点判别方法仿真 |
| 2.5.3 加工实验 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 三轴联动刀剪端面磨削运动控制方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 工艺要求与加工原理 |
| 3.2.1 基本思想 |
| 3.2.2 工艺要求 |
| 3.2.3 加工方法 |
| 3.2.4 运动平台 |
| 3.3 三轴联动刀剪端面磨削运动控制 |
| 3.3.1 端面磨削工艺参数 |
| 3.3.2 端面磨削运动参数和工艺参数之间的关系 |
| 3.3.3 运动控制算法 |
| 3.3.4 加减速控制 |
| 3.4 加工实验 |
| 3.4.1 实验条件 |
| 3.4.2 实验参数 |
| 3.4.3 磨削过程 |
| 3.4.4 实验结果 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 四轴联动刀剪端面磨削运动控制方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 误差分析与补偿 |
| 4.2.1 倾角不变时的误差分析 |
| 4.2.2 倾角变化时的误差分析 |
| 4.2.3 误差影响规律分析 |
| 4.2.4 X 向误差补偿方法 |
| 4.2.5 Z 向误差补偿方法 |
| 4.3 四轴联动刀剪端面磨削运动控制方法 |
| 4.3.1 加工原理与运动平台 |
| 4.3.2 运动控制算法 |
| 4.4 仿真与讨论 |
| 4.5 本章小节 |
| 第五章 数控刀剪端面磨床设计与加工实验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 控制系统设计 |
| 5.2.1 控制系统设计主要内容 |
| 5.2.2 控制系统硬件 |
| 5.2.3 控制系统软件 |
| 5.2.4 人机交互界面 |
| 5.2.5 控制系统功能与性能 |
| 5.3 机械设计 |
| 5.3.1 数控刀剪端面磨床数字化样机 |
| 5.3.2 砂轮磨损自动检测与补偿 |
| 5.4 加工实验及磨削实物 |
| 5.4.1 加工流程 |
| 5.4.2 磨削实物 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
（10）智能抛光方法去除特性及控制技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 非球面光学元件加工方法 |
| 1.3 光学元件抛光技术概况 |
| 1.3.1 小磨头抛光技术 |
| 1.3.2 能动盘抛光技术 |
| 1.3.3 气囊抛光技术 |
| 1.4 智能抛光控制关键技术研究 |
| 1.5 论文主要研究内容 |
| 第二章 不同抛光方法去除特性研究 |
| 2.1 不同抛光方法的去除函数比较 |
| 2.1.1 小磨头抛光去除函数 |
| 2.1.2 能动盘抛光去除函数 |
| 2.1.3 气囊抛光去除函数 |
| 2.2 去除函数频谱及误差修正能力分析 |
| 2.2.1 小磨头抛光去除函数频谱及分析 |
| 2.2.2 能动盘抛光去除函数频谱及分析 |
| 2.2.3 气囊抛光去除函数频谱及分析 |
| 2.3 小结 |
| 第三章 智能抛光运动控制算法研究 |
| 3.1 非球面气囊抛光进动控制算法 |
| 3.1.1 气囊抛光进动运动控制 |
| 3.1.2 非球面气囊抛光进动运动建模 |
| 3.1.3 工件上任意两相邻抛光点的进动运动模型 |
| 3.1.4 气囊抛光进动控制及运动仿真 |
| 3.2 抛光路径规化 |
| 3.2.1 光栅路径 |
| 3.2.2 螺旋线路径 |
| 3.2.3 基于改进Prim算法的抛光路径 |
| 3.3 小结 |
| 第四章 智能抛光系统工艺控制软件开发 |
| 4.1 需求分析 |
| 4.2 系统总体架构规划 |
| 4.3 系统详细设计 |
| 4.3.1 平面制造子系统 |
| 4.3.2 非球面制造子系统 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 抛光验证实验 |
| 5.1 实验设备及加工环境 |
| 5.2 光学元件抛光实验 |
| 5.2.1 Prim路径对比实验 |
| 5.2.2 加工临界值对比实验 |
| 5.2.3 网格大小和进给速度对比实验 |
| 5.3 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 硕士期间科研成果 |
四、旋转对称非球面自动加工控制算法研究（论文参考文献）
- [1]大型镜面加工装备并联模块控制策略研究[D]. 魏昊然. 中国矿业大学, 2020(07)
- [2]光学曲面抛光轨迹规划及误差补偿技术研究[D]. 田农. 吉林大学, 2020(08)
- [3]大口径非球面镜少轴弧面包络磨削关键技术研究[D]. 林硕. 上海交通大学, 2019(06)
- [4]复杂曲面慢刀伺服车削刀具路径规划及测量技术研究[D]. 牛恒泰. 南京农业大学, 2018(07)
- [5]硬脆材料的精密抛光及其自动化控制技术研究[D]. 曾培阳. 浙江大学, 2018(06)
- [6]多轴精密数控系统关键技术的研究与开发[D]. 黄国强. 广东工业大学, 2016(11)
- [7]提高大口径光学反射镜加工收敛效率的关键技术研究[D]. 张鑫. 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所), 2016(08)
- [8]慢刀伺服车削机床PID参数优化及其刀具路径规划研究[D]. 陈旭. 南京农业大学, 2016(04)
- [9]高性能刀剪端面磨削运动控制研究[D]. 焦青松. 华南理工大学, 2014(05)
- [10]智能抛光方法去除特性及控制技术研究[D]. 谢银辉. 厦门大学, 2014(08)