[發(fā)明專利]基于變?nèi)コ瘮?shù)的射流拋光面形誤差控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610547669.1
• 申請(qǐng)日: 2016-07-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106181741B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊煒;張連新;柯瑞;吳祉群;高浪;藍(lán)河;張?jiān)骑w;丁穎;孫鵬飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所
• 主分類號(hào): B24B31/116
• 分類號(hào): B24B31/116;B24B51/00;B24C3/32;G05B19/4099
• 代理公司: 中國(guó)工程物理研究院專利中心51210
• 代理人: 翟長(zhǎng)明,韓志英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于變?nèi)コ瘮?shù)的射流拋光面形誤差控制方法，屬于光學(xué)制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明根據(jù)待加工面形，通過(guò)控制射流拋光去除函數(shù)的工藝參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)去除函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)面形誤差控制。

背景技術(shù)

射流拋光技術(shù)是一種新型超精密拋光加工技術(shù)。射流拋光技術(shù)于上世紀(jì)末由荷蘭Delft大學(xué)的Oliver W. F?hnle和HedserVan Brug等人提出，其主要原理為利用混合有微/納米尺度磨料粒子的拋光液經(jīng)供壓系統(tǒng)提供初始?jí)毫Γ鹘?jīng)噴嘴而形成射流束，以一定的速度到達(dá)材料表面，利用磨料粒子對(duì)材料的剪切作用力而達(dá)到去除作用。與傳統(tǒng)拋光技術(shù)以及其它超精密加工技術(shù)相比，射流拋光的主要特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在針對(duì)高陡度曲面工件，利用射流束可以深入工件內(nèi)部，從而避免機(jī)械干涉，進(jìn)行內(nèi)表面的加工并獲得較高的加工精度，因此已成為一項(xiàng)新興拋光方法被廣泛關(guān)注。

面形誤差控制方法是射流拋光技術(shù)的核心，是決定面形的收斂效果和拋光效率的關(guān)鍵。當(dāng)前的射流拋光工藝通過(guò)求解射流拋光斑在各個(gè)軌跡點(diǎn)的駐留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)面形收斂。這種工藝面形誤差控制方法較為成熟，在多種確定性拋光方式中得以廣泛應(yīng)用，但還存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

1)機(jī)床頻繁的加減速造成的振動(dòng)影響加工精度。機(jī)床各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的頻繁加減速造成較大振動(dòng)，影響去除函數(shù)的穩(wěn)定性和軌跡精度，從而影響拋光精度；

求解的駐留時(shí)間受限于機(jī)床本身的動(dòng)力學(xué)性能（如各運(yùn)動(dòng)軸的最大加速度、加加速度），駐留時(shí)間實(shí)現(xiàn)精度低。當(dāng)計(jì)算的駐留時(shí)間與機(jī)床的加減速能力不匹配時(shí)，造成工件“欠拋”或“過(guò)拋”，使得面形誤差惡化。

發(fā)明內(nèi)容

為解決當(dāng)前射流拋光工藝方法導(dǎo)致的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于變?nèi)コ瘮?shù)的射流拋光面形誤差控制方法，使得拋光不受限于機(jī)床的動(dòng)力學(xué)性能，減小復(fù)雜軌跡拋光帶來(lái)的沖擊，提升面形收斂效率。

本發(fā)明的基于變?nèi)コ瘮?shù)的射流拋光面形誤差控制方法，依次包括如下步驟：

（1）獲取拋光工藝的去除函數(shù)：給定采斑時(shí)間，將與軸線形成傾斜角θ的噴嘴以角速度繞軸線回轉(zhuǎn)，獲取多組不同的工藝參數(shù)下的拋光斑，通過(guò)擬合建立去除函數(shù)工藝參數(shù)η與去除函數(shù)形態(tài)之間的映射關(guān)系。

其中，是關(guān)于QUOTE的多項(xiàng)式，為常數(shù)，是以拋光斑中心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系下的面形位置坐標(biāo)；

（2） 檢測(cè)面形誤差分布：采用干涉儀測(cè)量待加工光學(xué)鏡面的面形誤差分布，將檢測(cè)得到的面形誤差分布記為。

（3）建立拋光工藝的加工過(guò)程模型：在所述的光學(xué)鏡面上等距選取個(gè)加工軌跡點(diǎn)，第 個(gè)加工軌跡點(diǎn)的坐標(biāo)記為，設(shè)第個(gè)加工軌跡點(diǎn)的駐留時(shí)間為，按順序形成駐留時(shí)間向量；同時(shí)選取個(gè)加工控制點(diǎn)，第個(gè)加工控制點(diǎn)的坐標(biāo)記為，各加工控制點(diǎn)的期望去除量為，按順序形成期望的去除量向量；加工控制點(diǎn)的材料去除量為，所有的按順序組成材料去除向量，加工模型為，其中是的影響矩陣，其第行第 列元素為；設(shè)射流拋光的工藝參數(shù)的上限為，下限為，計(jì)算在下的影響矩陣；

（4）求解工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)變?nèi)コ瘮?shù)修形：設(shè)機(jī)床最大速度為 ，通過(guò)內(nèi)點(diǎn)法，求解如下的二次規(guī)劃問(wèn)題獲得工藝參數(shù)下的駐留時(shí)間：

，subjected to；

計(jì)算勻速拋光時(shí)各軌跡點(diǎn)間的時(shí)間,計(jì)算駐留時(shí)間釋放比；記為第個(gè)軌跡點(diǎn)處的工藝參數(shù)，求解方程在區(qū)間的實(shí)根，若方程的根小于，取，若方程的根大于，取；

（5）通過(guò)數(shù)控加工控制面形精度：生成包含刀具軌跡點(diǎn)、進(jìn)給速度、各軌跡點(diǎn)對(duì)應(yīng)的工藝參數(shù) 的數(shù)控程序，將數(shù)控程序加載到帶工藝參數(shù)控制的數(shù)控系統(tǒng)中執(zhí)行加工，利用干涉儀測(cè)量加工后的面形，如果精度滿足要求，則完成拋光；否則返回至步驟（2）。

本發(fā)明與現(xiàn)有的射流拋光工藝相比的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）機(jī)床在加工過(guò)程當(dāng)中一直保持勻速進(jìn)給，這有利于保持減輕機(jī)床的振動(dòng)，保持射流拋光去除函數(shù)的穩(wěn)定，提升拋光精度。

（2）拋光不在受限于機(jī)床的動(dòng)力學(xué)性能，能更為精確地實(shí)現(xiàn)對(duì)面形的去除要求，提升去除收斂效率，降低“欠拋”和“過(guò)拋”產(chǎn)生的面形誤差。

（3）建立了基于射流拋光工藝參數(shù)的去除函數(shù)調(diào)節(jié)機(jī)制，既能通過(guò)調(diào)節(jié)去除函數(shù)實(shí)現(xiàn)面形精度的收斂，同時(shí)能夠根據(jù)面形精度需求，調(diào)整去除函數(shù)的形態(tài)，便于提升面形的收斂效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的待加工工件測(cè)量的面形誤差分布圖；

圖2為本發(fā)明的射流噴嘴壓強(qiáng)在加工面形上的分布圖；

圖3為本發(fā)明的加工后測(cè)量的面形誤差分布圖。

具體實(shí)施方式