[發(fā)明專利]基于多軸聯(lián)動的大離軸量非球面磨削刀具路徑規(guī)劃方法

有效

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• 申請日: 2019-06-20
• 公開（公告）號: CN110340737B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設計）人: 魏翔;李兵;陳磊;蘇文超;趙卓;蔣莊德
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發(fā)明公開了一種基于多軸聯(lián)動的大離軸量非球面磨削刀具路徑規(guī)劃方法，首先將該面型離散成三維點云，之后對該點云進行簡化，提取關鍵點以生成“S”狀弧形加工路徑，求出弧線上每一點在徑向母線上的法向量，并在該法向量上確定砂輪位置，最后再通過關鍵參數(shù)限制邊界條件，自動生成所需加工路徑。通過本方法，能夠充分發(fā)揮多軸機床的加工優(yōu)勢，大幅度減少該類零件的加工周期，并降低加工中撞刀的可能性。最終同時提高加工中的效率和可靠性，有效地解決目離軸非球面高精度制造中面臨的實際問題，滿足現(xiàn)代及未來光學工業(yè)的發(fā)展需求。

技術領域

本發(fā)明屬于復雜曲面工件的加工制造技術領域，具體涉及一種基于多軸聯(lián)動的大離軸量非球面磨削刀具路徑規(guī)劃方法。

背景技術

隨著現(xiàn)代光學技術的發(fā)展，在光學系統(tǒng)中采用非球面元件，不但能夠增加其設計自由度，減少元件使用數(shù)量，還有利于矯正相差，提高系統(tǒng)成像質量，最重要的是還可以減小儀器的尺寸和重量，這一點在航空航天及空間光學系統(tǒng)中具有重大的意義。而在非球面光學系統(tǒng)中，其成像質量與非球面鏡的口徑大小及工件表面質量息息相關。但受限于目前的精密、超精密制造能力，對于大型乃至超大型非球面鏡片，還無法做到整體加工一次成型。從而需要采用以小拼大的方法，通過中大型離軸非球面對整片鏡子進行拼接制造。

而在離軸非球面中，難以用簡單的參數(shù)對其面型進行表征，所以在加工中，特別是磨削加工中，其路徑規(guī)劃及工藝編寫便成為了一大難點。在傳統(tǒng)離軸非球面加工中，通常是將工件放置在與轉臺中心相距為離軸量的距離，并使用與同軸非球面加工相同的螺旋線方式進行加工，這不但嚴重限制了加工中的離軸量，而且由于空刀行程大大降低了加工效率，甚至還容易因為切削量過大造成砂輪和工件的燒毀。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種基于多軸聯(lián)動的大離軸量非球面磨削刀具路徑規(guī)劃方法。

本發(fā)明采用以下技術方案：

基于多軸聯(lián)動的大離軸量非球面磨削刀具路徑規(guī)劃方法，將鏡坯置于機床轉臺上，并使鏡坯與轉臺中心點相切，然后連接切點與鏡坯圓心，在該條半徑的方向上，以待加工的離軸量為距離，確定待加工非球面工件的坐標系原點，再以待加工非球面工件坐標原點為圓心，將待加工非球面工件表面劃分為數(shù)個半徑不等的同心弧，并將這些弧形以S狀首尾相連，作為待加工非球面工件表面加工軌跡；再通過加工精度要求，確定加工步距與每條加工軌跡之間的行距，將加工軌跡離散為獨立的加工點S(x_i,y_i,z_i)；計算砂輪對于加工點的包絡線，完成磨削中的整個路徑規(guī)劃。

具體的，設轉臺中心點為機床坐標系的原點，使工件邊緣與轉臺坐標系原點相切，并沿切點的法方向，以離軸量為長度，確定待加工非球面工件坐標系原點。

進一步的，設待加工非球面工件坐標系的原點為理論回轉中心點O’，得到機床坐標系OXYZ和工件坐標系O’X’Y’Z’之間的關系為：

O'X'Y'Z'＝OXYZ-[0,d,0,0]

其中，O為轉臺中心，d為工件離軸量。

具體的，非球面上的圓弧為原點為O’的同心圓弧，以離軸非球面的最低點作為起始點，采用S型路線進行進給，并通過多軸聯(lián)動的手段，使每一條弧線均在加工中位于同一高度，確定加工步長和行距，對待加工非球面工件表面的S型加工軌跡進行離散化，在離散化中，通過砂輪截面圓半徑、非球面參數(shù)以及面型精度加工要求計算出離散點之間的最大誤差ξ，得到加工點S(x_i,y_i,z_i)。

進一步的，加工步長為兩個連續(xù)刀位點之間的距離，第i段刀具路徑長度L_i為：

其中，ρ_i為第i個刀具接觸點處的曲率半徑，δ為允許的最大弦偏差。