[發明專利]基于砂輪磨損預測的大口徑反射鏡迭代預補償磨削方法

有效

• 申請號: 201710677052.6
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107378687B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 劉立飛;張飛虎;付鵬強
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: B24B13/00
• 分類號: B24B13/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

一種基于砂輪磨損預測的大口徑反射鏡迭代預補償磨削方法，本發明涉及大口徑反射鏡迭代預補償磨削方法。本發明為了解決現有技術是在固定名義磨削深度的情況下通過多次更換砂輪反復磨削來達到目標面形精度，導致砂輪損耗嚴重、面形精度差低以及磨削效率低的問題。本發明包括：一：建立砂輪磨削比G關于磨削參數的預測模型；二：建立磨削過程中砂輪磨削點處徑向尺寸磨損量預測模型；三：建立非球面面形誤差預測模型；四：通過迭代預補償法計算非球面母線上各點磨削面形誤差值，直至滿足要求；步驟五：記錄迭代過程中各接觸點處名義磨削深度最終預測值，進行數控磨削加工編程及后續加工。本發明用于光學非球面反射鏡磨削加工技術領域。

技術領域

本發明涉及光學非球面反射鏡磨削加工技術領域，特別涉及大口徑反射鏡迭代預補償磨削方法。

背景技術

隨著宇航空間技術的迅速發展，人類對宇宙及太空的深遠探索越來越頻繁，對空間光學系統有了更高精度的需求，光學反射鏡是空間光學設備(如空間望遠鏡等)關鍵部件，對反射鏡基體的精度、穩定性及壽命等的要求更是越來越高，對材料性能要求更加苛刻，目前的空間鏡片材料主要采用硅、光學玻璃、SiC陶瓷等，SiC陶瓷具有比強度、高比剛度、高耐腐蝕及高尺寸穩定性等優點，在航空航天光學系統反射鏡中的應用越來越廣泛，SiC陶瓷反射鏡口徑也越來越大，且由于它們較高的硬脆特性，使得超精密磨料加工成為當前這些空間鏡片材料主要加工手段，高精度磨削成形在磨料加工過程中具有較高的去除效率，成為提高大鏡加工效率和加工精度起著非常關鍵的作用。

由于由于SiC陶瓷具有高硬度高脆性的材料特性，在大口徑反射鏡加工過程中普通的陶瓷基金剛石砂輪磨損非常嚴重，在一次磨削成形過程中金剛石砂輪的徑向磨損量高達數十微米，且需要頻繁更換砂輪，使得非球面磨削面形誤差大、磨削效率低。因此，需要設計開發具有較長使用壽命的砂輪及滿足大口徑SiC陶瓷反射鏡磨削加工的新工藝、新方法。使大口徑SiC陶瓷磨削過程中可以避免頻繁更換砂輪，達到一片砂輪一次磨削即可完成非球面成形且具有較高面形精度的目的。

傳統的非球面磨削一般采用陶瓷基金剛石砂輪進行磨削，由于陶瓷結合劑具有非常高的脆性，磨削過程中基體磨損快，砂輪尺寸及形狀精度磨損嚴重，而金屬結合劑砂輪因其具有磨粒把持力強、結合強度高、耐磨性好、能承受較大的磨削壓力等特點，具有較長的使用壽命，可以用于大口徑SiC陶瓷反射鏡磨削過程。且金屬結合劑金剛石砂輪可以使用ELID在線電解修銳技術，可以使砂輪在磨削過程中保持較高的鋒銳度，以獲得良好穩定的加工質量。

大口徑SiC陶瓷反射鏡磨削過程中砂輪磨損是不可避免的，且非球面磨削砂輪從非球面中心沿母線方向向邊緣移動時材料去除量逐漸增大，導致砂輪磨損不均勻，面形誤差也存在較大區別，傳統磨削是在固定名義磨削深度的情況下通過多次更換砂輪反復磨削來達到目標面形精度，砂輪損耗嚴重，面形精度差，磨削效率低，因此，亟需對大口徑非球面磨削加工方法及工藝進行優化和改進。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術是在固定名義磨削深度的情況下通過多次更換砂輪反復磨削來達到目標面形精度，導致砂輪損耗嚴重、面形精度差低以及磨削效率低的問題，而提出一種基于砂輪磨損預測的大口徑反射鏡迭代預補償磨削方法。

一種基于砂輪磨損預測的大口徑反射鏡迭代預補償磨削方法包括以下步驟：

本發明方法是在僅考慮有與砂輪尺寸磨損引起的非球面磨削面形誤差的基礎上實施的。本發明方法通過金剛石砂輪基礎磨削磨損實驗建立砂輪圓弧輪廓尺寸磨損預測模型，進而根據磨削原理及磨削過程中砂輪-工件幾何接觸模型建立一次磨削過程中非球面母線上各點的面形誤差預測模型；將預測面形誤差通過變換改變對應點處的名義磨削深度，并依據修正后的名義磨削深度對非球面磨削面形誤差重新預測，以此方式對對應磨削點處的名義磨削深度進行多次迭代修正，直到預測非球面磨削面形誤差最大值小于面形誤差允許值。本發明方法以使用壽命長金屬結合劑金剛石砂輪作為磨削工具，不進行大口徑非球面磨削即可提出滿足面形誤差要求的砂輪磨削軌跡，避免了重復更換砂輪操作，提高了非球面磨削精度和磨削效率。