[發明專利]一種超精密飛切加工機床面形誤差補償及控制方法

有效

• 申請號: 202010604864.X
• 申請日: 2020-06-29
• 公開（公告）號: CN111823418B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 魏巍;李加勝;陽紅;黃明;徐斯強;劉品寬
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院機械制造工藝研究所
• 主分類號: B28D5/00
• 分類號: B28D5/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 胡曉麗

一種超精密飛切加工機床面形誤差補償及控制方法，解決了現有超精密飛切加工機床存在的面形誤差大，特別是中頻誤差較為突出等問題。根據飛切機床主軸角度編碼器實時測得的角度信號以及刀具?工件相對振動對飛切加工表面波紋度誤差的形成規律，將實時所測振動信號反相輸入，通過調控壓電驅動納米進給補償平臺的位置和姿態，實現對超精密飛切機床加工面形波紋度誤差抑制。

技術領域

本發明涉及超精密加工技術領域，具體涉及一種基于壓電驅動納米進給平臺的超精密飛切機床加工面形誤差補償及控制方法。

背景技術

磷酸二氫鉀(KDP)晶體由于激光損傷閾值高和透光率好等優良光學性能而被廣泛應用于激光慣性約束聚變、激光武器等國家重大科學工程中，是實現光電開關與倍頻轉換的重要光學材料。KDP晶體光學元件的使用性能與其表面形貌精度密切相關，例如激光慣性約束聚變對KDP晶體光學元件的低頻面形誤差、中頻波紋誤差和高頻粗糙度誤差分別提出了不同的極高制造精度要求。KDP晶體由于質軟、易碎、易潮解和各向異性等特點而被公認為是最難加工的光學材料之一，傳統的研磨拋光加工工藝難以達到KDP晶體光學元件所需的精度要求，超精密單點金剛石飛切是目前加工KDP晶體光學元件最有效和使用最廣泛的技術。通過飛刀去除零件表面極薄的一層材料，直接獲得納米級表面質量和形狀精度，但其加工表面普遍存在較明顯的波紋度誤差。波紋度誤差的空間頻率介于面形誤差和粗糙度之間，波長從幾十微米到數百微米，幅值一般低于100納米。KDP晶體加工表面的這種中頻微波紋誤差將會直接影響其光學性能和聚焦光斑質量，周期性微波紋會使激光發生散射或者衍射，甚至發生激光的異常聚焦而破壞光學元件，使激光損傷閾值大幅度降低。

發明內容

針對上述現有超精密飛切加工機床加工表面普遍存在明顯的波紋度誤差，本發明提供了解決上述問題的一種超精密飛切加工機床面形誤差補償及控制方法，解決了現有超精密飛切加工機床存在的面形誤差大，特別是中頻波紋誤差較為突出等問題。

本發明通過下述技術方案實現：

一種超精密飛切加工機床面形誤差補償及控制方法，包括以下步驟：

S1.構建刀具-工件相對振動對飛切加工表面波紋度誤差的形成規律；

S2.基于刀具-工件相對振動對飛切加工表面波紋度誤差的形成規律，結合飛切機床主軸角度編碼器實時測得的角度信號；

S3.將實時測得的振動信號反相輸入，通過調控壓電驅動納米進給補償平臺位置和姿態，實現對加工面形波紋度誤差實時補償。

進一步優選，所述S1步驟中，具體操作包括以下步驟：建立刀具-工件相對振動及其對飛切加工表面波紋度的映射關系，通過仿真分析，獲得面形仿真模型；通過面形仿真模型獲得飛切仿真面形的全頻段面形信息；對全頻段面形信息根據高頻、中頻以及低頻頻段進行有效分解，選取中頻面形信息，獲得中頻面形信息和形成規律。

進一步優選，通過以下方法獲得面形仿真模型：

S11.利用單點金剛石飛切機床整體動力學模型，仿真分析斷續切削力不同幅值和頻域分布導致的工件-刀具相對振動規律，同時開展工藝切削試驗并檢測刀具和工件處的振動信號，對仿真結果進行驗證；

S12.結合主軸轉速、進給速度和刀具-工件相對振動，根據飛切機床的結構特點，分析刀具的空間運動軌跡；

S13.考慮金剛石刀具的幾何形狀，設定金剛石刀具將其切削刃輪廓通過刀具與工件之間的相對運動復映到工件表面形成工件面形，利用三維形貌仿真技術，建立刀具-工件相對振動軌跡到面形的仿真映射模型。