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机器人抛光M-ZnS去除函数建模与工艺参数优化

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为研究M-ZnS在机器人抛光过程中的材料去除模型和优化参数组合,探究M-ZnS光学元件的高精度、低成本、批量化制造方案,采用有限元法和数值仿真法,对M-ZnS的机器人抛光材料去除函数模型进行修正。基于有限元法建立了抛光盘的压力分布模型,采用曲线拟合方法得到了压力分布函数。仿真模型和实验数据对比表明,去除函数模型与实验数据中心相对偏差小于8%,证实了修正去除函数模型的有效性。然后,对抛光关键工艺参数进行优化,通过单因素实验法,获得了机器人抛光M-ZnS的优化工艺参数组合:对于10 mm的沥青盘,推荐压力为0。12~0。18 MPa,推荐的转速比为200/-10~200/-50 r/min。最后,采用修正的去除函数模型和优化工艺参数对100 mm口径的M-ZnS平面光学元件进行抛光,并对抛光前后的表面粗糙度和面形精度进行测量和对比。实验结果表明,经过单轮80。39 min抛光,表面质量明显提高,元件淡黄色逐渐褪去,表现为透明材料,面形PV从0。668 μm降至0。229 μm,收敛率为65%,表面粗糙度Sa从 7。911 nm降低至 2。472 nm,收敛率为 68%。机器人抛光技术可作为M-ZnS光学元件高效高质量加工的重要手段。
Modeling of removal function and optimization of process parameters for robotic polishing M-ZnS
To study and optimize the material removal model for robotic polishing of M-ZnS and enhance the precision and cost-effectiveness of manufacturing M-ZnS optical components,the material removal model is refined using the finite element method and numerical simulation.A pressure field distribution model for a 10 mm asphalt polishing disc is developed,and the pressure distribution function is determined through curve fitting.The accuracy of the adjusted removal function model is verified with a less than 8%deviation when comparing simulation and experimental data.The polishing process parameters are opti-mized using a one-factor experimental method,suggesting a pressure range of 0.12 to 0.18 MPa and spin-dle speed ratios of 200/-10 to 200/-50 r/min for 10 mm discs.These optimizations were applied to pol-ish 100 mm M-ZnS planar optical elements.Post-polishing,the surface quality significantly improved with-in 80.39 min;the M-ZnS transitioned from light yellow to transparent,face shape PV decreased from 0.668 μm to 0.229 μm,with a 65%improvement,and surface roughness Sa went from 7.911 nm to 2.472 nm,with a 68%enhancement.Thus,robotic polishing proves vital for efficient,high-quality finishing of M-ZnS optical components.

robotic polishingM-ZnSremoval functionprocess optimizationface shape accuracysurface roughness

臧艺凯、朱蓓蓓、秦琳、尚瑶、尚俊豪、佘中迪、陈肖、肖峻峰、许剑锋

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华中科技大学 机械科学与工程学院,湖北 武汉 430074

上海航天控制技术研究所,上海 201108

湖北工业大学 机械工程学院,湖北 武汉 430068

机器人抛光 M-ZnS 去除函数 工艺优化 面形精度 表面粗糙度

国家自然科学基金资助项目

52225506

2024

光学精密工程
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国仪器仪表学会

光学精密工程

CSTPCD北大核心
影响因子:2.059
ISSN:1004-924X
年,卷(期):2024.32(15)