[發(fā)明專利]一種數(shù)控磨床的機(jī)床主軸零點(diǎn)及磨頭半徑的測定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110154068.1
• 申請日: 2011-06-09
• 公開（公告）號: CN102303284A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 仇谷烽;余景池
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: B24B49/02
• 分類號: B24B49/02
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于數(shù)控磨床的檢測方法，具體涉及在利用數(shù)控磨床加工球面/非球面光學(xué)元件過程中，根據(jù)加工工件的反饋信息，精確確定數(shù)控磨床主軸中心坐標(biāo)位置及磨頭半徑的方法，屬于機(jī)械制造及光學(xué)冷加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)

利用數(shù)控磨床加工球面/非球面，是光學(xué)冷加工中的一個(gè)常用技術(shù)。在根據(jù)加工面形生成CNC加工代碼的過程中，主軸旋轉(zhuǎn)中心到磨頭零點(diǎn)間的距離（即主軸旋轉(zhuǎn)中心在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)），及磨頭半徑是二項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，它將直接決定最后的加工面形是否符合要求。機(jī)床廠商提供的零點(diǎn)坐標(biāo)值一般是有誤差的，好的誤差在幾十個(gè)微米，差的可能有幾百微米。磨頭供應(yīng)商提供的磨頭半徑也有一定的偏差，另外，即使精確測量了磨頭半徑，但實(shí)際當(dāng)磨頭高速運(yùn)動(dòng)起來后，它的有效半徑也會(huì)有所改變。工件的CNC加工代碼編制過程是依賴于這二個(gè)參數(shù)的。因此，這二個(gè)參數(shù)有偏差，必然造成最后工件的誤差，這種誤差在非球面加工中更為嚴(yán)重。

為了解決上述問題，目前加工中常用的方法是通過修改加工元件的曲率半徑，然后根據(jù)測量數(shù)據(jù)制作補(bǔ)償數(shù)據(jù)文件，經(jīng)過多次補(bǔ)償可獲得較為理想的面形。

然而，利用修改曲率半徑，根據(jù)測量誤差數(shù)據(jù)制作補(bǔ)償文件的方法不但增加了加工的周期，且精度也不能達(dá)到很好，特別是曲率半徑會(huì)與期望的差很多。這在很大程度上影響了球面/非球面鏡加工的后續(xù)工作量。

如果在加工前或在第一次初加工后就能夠精確確定數(shù)控磨床主軸中心坐標(biāo)位置及磨頭半徑值，則工件在1-2次成形過程中，就能提供高精度的加工工件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種快速精確確定數(shù)控磨床主軸零點(diǎn)坐標(biāo)位置及磨頭半徑的方法，以消除由于廠商提供的數(shù)值不準(zhǔn)確而造成的加工球面/非球面過程中的固有誤差，實(shí)現(xiàn)1-2次銑磨就能達(dá)到精度要求，從而有效提高數(shù)控磨床加工球面/非球面的效率及最終加工工件的精度。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種數(shù)控磨床的機(jī)床主軸零點(diǎn)及磨頭半徑的測定方法，包括下列步驟：

(1)根據(jù)廠商提供的機(jī)床主軸零點(diǎn)坐標(biāo)及磨頭半徑數(shù)據(jù)，編制CNC代碼，控制數(shù)控磨床銑磨一平面鏡（口徑盡可能接近機(jī)床的有效加工口徑），測量該平面鏡的輪廓誤差數(shù)據(jù)曲線，根據(jù)測量誤差數(shù)據(jù)制作導(dǎo)軌的基準(zhǔn)補(bǔ)償文件；

注：通過本步驟可補(bǔ)償導(dǎo)軌的直線度誤差，正常情況下，一臺機(jī)床只需在出廠時(shí)做一次即可。

(2)?根據(jù)廠商提供的機(jī)床主軸零點(diǎn)坐標(biāo)及磨頭半徑數(shù)據(jù)，以及步驟(1)獲得的基準(zhǔn)補(bǔ)償文件，針對待加工工件編制CNC代碼，控制數(shù)控磨床加工獲得粗加工的工件；

(3)采用輪廓儀測量該粗加工的工件的母線輪廓；

(4)根據(jù)步驟(3)獲得的母線輪廓數(shù)據(jù)，與待加工工件的曲線方程，利用基于數(shù)據(jù)分析模型編寫的數(shù)據(jù)處理程序，分析出機(jī)床主軸的零點(diǎn)坐標(biāo)位置和磨頭半徑偏差。

根據(jù)上述獲得的機(jī)床主軸的零點(diǎn)坐標(biāo)位置和磨頭半徑重新編制實(shí)際要加工工件的CNC代碼，控制數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，即可獲得高精度的工件。

優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟(1)中，所述平面鏡的口徑不小于機(jī)床最大加工口徑的80%。

本方案中的核心技術(shù)是根據(jù)上一次加工工件的誤差數(shù)據(jù)來分析最佳的主軸中心坐標(biāo)???????????????????????????????????????????????及磨頭半徑。傳統(tǒng)的磨床加工方法是根據(jù)加工工件的方程及磨頭半徑計(jì)算磨頭的運(yùn)動(dòng)軌跡。這一計(jì)算方法雖然簡單，但幾乎不具備任何誤差分析能力。為了實(shí)現(xiàn)從輪廓數(shù)據(jù)中分析機(jī)床參數(shù)的誤差，需要建立新的磨床成形模型。本發(fā)明提出了一種從磨頭運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算最終加工面形的數(shù)學(xué)模型，利用這一模型結(jié)合非線性最小二乘法可方便地從加工結(jié)果的輪廓數(shù)據(jù)中分析出最佳的主軸中心坐標(biāo)及磨頭半徑。

上述技術(shù)方案中，所述步驟(4)中，根據(jù)加工結(jié)果計(jì)算主軸中心坐標(biāo)及磨頭半徑的數(shù)據(jù)處理模型簡述如下：

模型主要包括二大部分：

根據(jù)磨頭軌跡計(jì)算加工面形的數(shù)學(xué)模型；及根據(jù)這一模型，結(jié)合最小二乘法來計(jì)算最佳的主軸中心坐標(biāo)及磨頭半徑。

根據(jù)磨頭軌跡計(jì)算加工面形的數(shù)學(xué)模型簡述如下：

設(shè)欲加工的曲線為：

則在加工曲線上某點(diǎn)時(shí)，對應(yīng)的磨頭中心位置設(shè)為，如圖1所示，則分別可表示為：

考慮到實(shí)際的磨頭零點(diǎn)位置可能有一個(gè)dx的偏移量，則：

其中：為給定的磨頭半徑。

在實(shí)際加工過程中，磨頭的半徑肯定會(huì)與給定的半徑不同，設(shè)真實(shí)磨頭半徑為，且：