Modeling of removal function and optimization of process parameters for robotic polishing M-ZnS

Abstract

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/<italic>-</italic>10~200/<italic>-</italic>50<italic> </italic>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<italic>S</italic>_a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。