[發(fā)明專利]一種基于頻域誤差分配的超精密飛切機床精度設(shè)計方法

有效

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• 申請日: 2012-09-18
• 公開（公告）號: CN102862238A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁迎春;陳國達;孫雅洲;張強;張飛虎;劉海濤;陳萬群;蘇浩
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: B28D5/00
• 分類號: B28D5/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務(wù)所 23109
• 代理人: 高媛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超精密加工機床精度設(shè)計方法，具體涉及一種基于頻域誤差分配的且適用于加工光學晶體的超精密飛切機床精度設(shè)計方法。

背景技術(shù)

光學晶體是一種極具應(yīng)用價值的光學元件材料，可用來制造透鏡、棱鏡、調(diào)制元件、偏光元件等。在大型慣性約束激光核聚變系統(tǒng)中，光學元件有極高的表面質(zhì)量要求，這種高要求不僅體現(xiàn)在對空間域誤差的控制上，更體現(xiàn)在對波前質(zhì)量進行全空間頻段的控制。因為光學元件的低頻波前畸變誤差直接決定激光束的焦斑分布，而中、高頻的波前畸變誤差作為光束強度和相位擾動的噪聲源，不但易造成焦斑旁瓣，也是引起非線性自聚焦破壞的主要原因之一。光學元件的中頻段誤差難以用傳統(tǒng)的RMS和PV誤差值來描述，目前主要以波前功率譜密度指標PSD值來評價該誤差，其要求較為嚴格。

超精密飛切機床能較好地適用于各向異性光學晶體元件的加工，一般為立式結(jié)構(gòu)布局，具有較短的運動鏈和緊湊的結(jié)構(gòu)環(huán)，系統(tǒng)剛度較高。傳統(tǒng)的超精密飛切機床設(shè)計沒有考慮工件表面的頻域誤差要求，使機床的加工質(zhì)量雖對諸如面形誤差RMS值和PV值等要求滿足較好，但對滿足頻域誤差要求的可靠性不足，導致工件并不能很有效地應(yīng)用于大型光學系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有超精密飛切機床的設(shè)計，沒有考慮工件表面的頻域誤差要求，工件的加工質(zhì)量和可靠性較差，應(yīng)用于大型光學系統(tǒng)中適應(yīng)性差的問題，進而提供一種基于頻域誤差分配的超精密飛切機床精度設(shè)計方法。

本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明的一種基于頻域誤差分配的超精密飛切機床精度設(shè)計方法的具體步驟為：

步驟一、根據(jù)光學工件的加工要求，即給出的評價待加工的光學元件一定的空間頻率區(qū)間的誤差即頻域誤差的功率譜密度，用PSD表示，確定超精密機床的結(jié)構(gòu)布局以及組成部件；

步驟二、根據(jù)刀具特性、機床結(jié)構(gòu)剛度模型以及工件材料特性確定切削工藝參數(shù)；所述機床剛度模型通過有限元方法得到，所述切削工藝參數(shù)是指主軸轉(zhuǎn)速、刀具進給速率、刀具前角和切削深度；

步驟三、確定刀具和工件耦合條件下的動態(tài)波動估計模型，給出刀尖處在一定的空間頻率區(qū)間的波動誤差，即刀尖處的功率譜密度，用PSD_d表示，其中30％PSD≤PSD_d≤35％PSD；

步驟四、根據(jù)工件表面的頻域誤差目標要求，即步驟一中確定的功率譜密度PSD，得到在一定的空間頻率區(qū)間內(nèi)刀尖處的頻域誤差分布，用PSD_f表示，其中PSD_f≤PSD-PSD_d；

步驟五、分析產(chǎn)生飛切機床誤差的誤差單元，對誤差單元作耦合處理；

步驟六、確定所述的各個誤差單元的頻域誤差組合原則，即各個誤差單元的頻域誤差和刀尖處頻域誤差之間的數(shù)學關(guān)系模型；所述數(shù)學關(guān)系模型指一定空間頻率區(qū)間內(nèi)各個誤差單元在運動中的誤差變化曲線所對應(yīng)的功率譜密度的總和PSD_z等于刀尖在運動中的誤差變化曲線所對應(yīng)的PSD_f；

步驟七、根據(jù)所述的機床結(jié)構(gòu)確定各個誤差單元在頻域內(nèi)相對于刀尖處的誤差敏感度系數(shù)；

步驟八、根據(jù)所述的各個誤差單元的頻域誤差和刀尖處頻域誤差之間的數(shù)學關(guān)系模型、各個誤差單元在頻域內(nèi)相對于刀尖處的誤差敏感度系數(shù)和所述的刀尖處頻域誤差分布確定在一定空間頻率區(qū)間內(nèi)所述的各個誤差單元的頻域誤差分布；

步驟九、根據(jù)所述的各個誤差單元的頻域誤差分布進行機床相應(yīng)運動部件的精度設(shè)計。

本發(fā)明的有益效果是：(1)本發(fā)明設(shè)計過程中考慮了工件的頻域誤差要求，彌補了傳統(tǒng)超精密飛切機床精度設(shè)計方法的不足，工件的加工質(zhì)量和可靠性好，能有效地應(yīng)用于大型光學系統(tǒng)中，適應(yīng)性好；(2)本發(fā)明可實現(xiàn)特定空間頻率區(qū)間的頻域誤差控制，設(shè)計靈活性和適應(yīng)性較優(yōu)；(3)本發(fā)明設(shè)計方法可靠性較強，應(yīng)用范圍廣泛，此方法也可應(yīng)用于其他超精密機床的精度設(shè)計。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的設(shè)計流程框圖，圖2是本發(fā)明實施例的超精密飛切機床的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的一種基于頻域誤差分配的超精密飛切機床精度設(shè)計方法的具體步驟為：

步驟一、根據(jù)光學工件的加工要求，即給出的評價待加工的光學元件一定的空間頻率區(qū)間的誤差即頻域誤差的功率譜密度，用PSD表示，確定超精密機床的結(jié)構(gòu)布局以及組成部件；