机械轴与虚拟轴复合的磁流变抛光

张韬; 何建国; 黄文; 樊炜; 张云飞

doi:10.37188/OPE.20212902.0286

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机械轴与虚拟轴复合的磁流变抛光

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2021-03-05

- 机械轴与虚拟轴复合的磁流变抛光
- Magnetorheological finishing method that combines mechanical and virtual axes
- 光学精密工程 2021年29卷第2期页码：286-296
- 作者机构：
  
  中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳 621900
- 作者简介：
  
  [ "张韬（1996-），男，安徽宿州人，硕士研究生，2018年于天津大学获得学士学位，研究方向为先进装备制造与应用。E-mail：zhangtao18@gscaep.ac.cn" ]
  [ "何建国（1965-），男，重庆人，研究员，硕士生导师，主要从事先进光学制造检测理论与技术的研究。E-mail：hjg6s@caep.com" ]
  [ "樊炜（1983-），男，副研究员，硕士生导师，2007年于华中科技大学获得学士学位，2012年于中国科学院数学与系统科学研究院获得博士学位，主要研究方向为复杂曲面数字化制造与超精密加工技术。E-mail：weifan1127@hust.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(61605182);中国工程物理研究院创新发展基金资助项目(K1267-2022-TCF);科学挑战计划资助项目(TZ2016006-0502-03)
- DOI：10.37188/OPE.20212902.0286
  中图分类号： TH706
- 收稿日期：2020-10-28，
  
  修回日期：2020-11-20，
  
  纸质出版日期：2021-02-15
- 稿件说明：
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张韬,何建国,黄文等.机械轴与虚拟轴复合的磁流变抛光[J].光学精密工程,2021,29(02):286-296.

ZHANG Tao,HE Jian-guo,HUANG Wen,et al.Magnetorheological finishing method that combines mechanical and virtual axes[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(02):286-296.
张韬,何建国,黄文等.机械轴与虚拟轴复合的磁流变抛光[J].光学精密工程,2021,29(02):286-296. DOI： 10.37188/OPE.20212902.0286.

ZHANG Tao,HE Jian-guo,HUANG Wen,et al.Magnetorheological finishing method that combines mechanical and virtual axes[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(02):286-296. DOI： 10.37188/OPE.20212902.0286.

摘要

传统的磁流变抛光工艺采用抛光缎带的固定位置对工件进行法向加工，由于机床转轴的行程限制，工件陡度较高区域不可达，当前基于等效磁场原理的变切触点抛光方法存在着等效磁场实现成本高，没有充分发挥机械轴与虚拟轴相结合的抛光能力等问题。本文针对这些问题提出了一种用于加工高陡度曲面元件的方法，分析了保证去除函数稳定的磁场特点，通过磁场测量实验验证了磁场的稳定范围，通过采斑实验确定了去除函数稳定的虚拟轴范围为±12°，提出了将虚拟轴与机械轴复合使用的加工方法，并基于刚体变换实现了该加工方法下的坐标解算。最后，通过增加倾角的球面件抛光实验，将球面元件95%口径的PV值收敛为0.096

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，RMS值收敛为0.012

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，实验结果表明虚拟轴和机械轴复合抛光方法具有针对高陡度曲面的修形能力。

Abstract

The conventional magnetorheological finishing employs a fixed position of the polishing ribbon to perform normal processing on the workpiece. However， the processing area of the workpiece is greatly restricted by the limited stroke of the machine tool rotary axis. Recently， shortcomings of the current polishing method have been identified based on the principle of equivalent magnetic fields， which implies a high cost for realizing an equivalent magnetic field and insufficient polishing ability due to the fact that the mechanical and virtual axes are not combined. A method for processing a high-gradient curved surface was thus proposed in this study. The characteristics of the magnetic field that ensure the stability of the removal function were then analyzed， and the magnetic field stability range was verified through a magnetic field measurement experiment. The study also conducted a spot-taking experiment， which determined that the feasible range of the virtual axis for the removal function stability was ±12°. A machining method that combines the virtual and mechanical axes was then proposed， and a coordinate calculation for the machining method was realized based on rigid body transformation. Finally， the study conducted a spherical polishing experiment with an greater inclination angle. Results shows that the peak-valley（PV） value of the spherical workpiece with a 95% aperture size converges to 0.096

， and the root mean square（RMS） value converges to 0.012

， indicating that the proposed composite polishing method of virtual and mechanical axes can obtain a high-gradient surface.

关键词

Keywords

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