[發明專利]可重構少軸超精密大型光學鏡面磨削系統

有效

• 申請號: 201210285015.8
• 申請日: 2012-08-10
• 公開（公告）號: CN102794688A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 殷躍紅;姜振華;洪海波;徐勇;王乾人
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B24B13/00
• 分類號: B24B13/00;B24B49/02;B24B49/18
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種光學鏡面加工領域的磨削系統，特別是涉及一種可重構少軸超精密大型光學鏡面磨削系統。

背景技術

近年來，隨著對地、對空觀測對大型望遠鏡需求的不斷增加，制造大尺寸、高面形精度、低亞表面損傷的光學鏡面成為迫切的要求。離軸非球面是當前光學鏡面的主要形式。對于超精密大型光學鏡面磨削來說，一般光學鏡面的口徑要在1m以上，加工后光學鏡面的面形精度要好于10微米。

目前，超精密離軸非球面磨削的形式主要有五軸定接觸點磨削和三軸變接觸點磨削。三軸變接觸點磨削也稱為少軸磨削。定接觸點磨削軌跡規劃較為簡單，但使用的機床結構復雜，剛性差；在固定接觸點處，砂輪磨損非常嚴重；對于SiC等硬脆材料，難以加工。少軸磨削則可以使機床機構簡單，減少機床部件之間的結合面，大大提高磨床結構的剛性和阻尼。少軸磨削中砂輪磨損均勻，從而能延長砂輪的使用壽命。目前，少軸磨削還沒有得到廣泛的應用。超精密磨床所具備的最重要的特性是高剛度和大阻尼，磨床的高剛度和大阻尼的特性可有效抑制振動，變形等影響機床精度的不利因素。磨削系統的可重構是指根據系統當前的狀態和待加工工件的不同特征，對磨床的結構、砂輪幾何參數、軌跡規劃等進行重新設置，以滿足工件曲面加工的可行性，提高工件曲面的加工效率。

經文獻檢索發現，英國Cranfield大學的Xavier?Tonnellier在其博士論文《針對大型光學元件快速制造的超精密磨削》(Precision?Grinding?for?Rapid?Manufacturing?of?Large?Optics，Xavier?Tonnellier，Cranfield?University，may?2009)一文中描述了一種典型的三軸超精密磨床-BOX，BOX磨床采用了兩移動軸一旋轉軸的配置形式，磨床主軸傾斜角度固定。BOX磨床的缺點是對旋轉軸徑向跳動的要求非常高，導致旋轉軸軸承元件難以制造，無法滿足2m口徑空間超精密光學鏡面的加工要求。且其主軸傾斜角度固定，遇到不同的待加工工件，不能改變該角度以獲得最好的加工效果，不具有可重構性。日本的Tsunemoto?Kuriyagawa等人在《一種非球陶瓷鏡面的新磨削方法》(Tsunemoto?Kuriyagawa，Mohammad?Saeed?Sepasy?Zahmaty，Katsuo?Syoji，A?new?grinding?method?for?aspheric?ceramic?mirrors，Journal?of?Materials?Processing?Technology62(1996)387-392)文中給出了一種少軸磨削系統，但該系統只適合小口徑光學鏡面的加工，且其軌跡規劃方法只能針對特定機床構型，工件必須具有對稱中心，且算法復雜，不具有通用性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種可重構少軸超精密大型光學鏡面磨削系統，包括磨床參數數據庫模塊、磨削工藝數據庫模塊、人機交互模塊、約束條件構造模塊，砂輪幾何參數重構模塊，虛擬軸生成模塊，少軸軌跡規劃與局部干涉檢查模塊，砂輪磨損預測與軌跡修正模塊、少軸加工代碼生成模塊、工藝步驟與工藝參數生成模塊、少軸超精密數控磨床執行模塊、鏡面質量檢測模塊、砂輪整形修銳模塊。本發明系統可針對任意曲面形式(包括離軸非球面)的光學鏡面，對砂輪磨損進行補償，通過生成虛擬軸，充分利用五軸磨床的靈活性、同時發揮了少軸磨床高剛性大阻尼的優勢，可加工光學鏡面口徑大、少軸、可重構，計算簡單、精度高、穩定性好、通用性強。