基于研拋力控制的復(fù)雜曲面研拋加工新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于曲面研拋方法技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到一種基于研拋力控制的復(fù)雜曲 面研拋加工新方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著曲面零件需求量與日倶增，人們對曲面零件的質(zhì)量提出了更高的要求，突破 現(xiàn)有的工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更高效、更經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)曲面光學(xué)零件越來越來受到研究者們的關(guān)注。 曲面研拋大多是在粗加工后進(jìn)行，粗加工后的曲面零件主要存在兩項(xiàng)誤差：研拋加工的加 工余量；面型誤差。其中面型誤差是由前序加工過程中工藝本身的精度局限性所導(dǎo)致的。
[0003] 傳統(tǒng)的曲面研拋加工方法通常強(qiáng)調(diào)的是在恒定研拋力下的在線加工、余量穩(wěn)定去 除以及在離線狀態(tài)下的指定研拋路徑下研拋，或者是通過壓力調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)研拋點(diǎn)等壓強(qiáng)研 拋，目的都是材料的恒定去除。上述方法只能實(shí)現(xiàn)對前序工藝的加工余量去除，不能在去除 加工余量的同時(shí)消除面型誤差，亦或是要通過對工件進(jìn)行面型檢測并且多次循環(huán)研拋加工 才能達(dá)到理想曲面的效果。
[0004] 因此現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中亟需要一種新型的技術(shù)方案來解決這一問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于研拋力控制的復(fù)雜曲面研拋加工新 方法，用來解決傳統(tǒng)的曲面研拋加工方法只能實(shí)現(xiàn)對前序工藝的加工余量去除，不能在去 除加工余量的同時(shí)消除面型誤差，亦或是要解決通過對工件進(jìn)行面型檢測并且多次循環(huán)研 拋加工才能達(dá)到理想曲面效果的低效研拋技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)在去除研拋加工余量的同時(shí)消除 曲面面型誤差。
[0006] 基于研拋力控制的復(fù)雜曲面研拋加工新方法，其特征是：包括以下步驟，
[0007] 步驟一、在研拋機(jī)床上安裝中央處理器、力傳感器和激光掃描儀
[0008] 在研拋機(jī)床上，安裝中央處理器、力傳感器和激光掃描儀，所述中央處理器包括研 拋力實(shí)時(shí)檢測并解耦模塊、實(shí)時(shí)進(jìn)給率優(yōu)化模塊和實(shí)時(shí)路徑參數(shù)控制模塊，中央處理器通 過數(shù)據(jù)線分別與力傳感器、激光掃描儀連接；所述力傳感器固定安裝在研拋機(jī)床工作臺(tái)下 方，并且位于底座旋轉(zhuǎn)軸平臺(tái)的上部；所述激光掃描儀固定在研拋機(jī)床的一側(cè)；
[0009] 步驟二、設(shè)置研拋機(jī)床參數(shù)，掃描并記錄工件的形狀參數(shù)
[0010]啟動(dòng)電源總閘，根據(jù)研拋機(jī)床的自由度的個(gè)數(shù)在中央處理器上設(shè)置研拋機(jī)床的自 由度參數(shù)、極限行程、極限直線速度和極限旋轉(zhuǎn)速度，
[0011] 根據(jù)力傳感器的類型在中央處理器上設(shè)置力傳感器的量程、力的測量公差值、采 樣頻率，
[0012] 將粗加工后的工件，固定在激光掃描儀上，啟動(dòng)掃描按鈕，激光掃描儀掃描工件， 將得到的形狀參數(shù)傳輸給中央處理器并通過中央處理器上的顯示面板顯示，
[0013] 從激光掃描儀上取下工件，固定工件至研拋機(jī)床工作臺(tái)上；
[0014] 步驟三、選擇研拋頭
[0015] 在中央處理器的顯示面板上輸入粗加工后的工件的材料類型，中央處理器從數(shù)據(jù) 庫中獲取相應(yīng)材料的材料參數(shù)，再根據(jù)步驟二中顯示的工件形狀參數(shù)，中央處理器通過與 其數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)模型比對，獲得與工件匹配的研拋頭的型號(hào)并在中央處理器上的顯示面 板顯不；
[0016] 根據(jù)中央處理器顯示的型號(hào)安裝研拋頭，研拋頭的參數(shù)為默認(rèn)參數(shù)，該參數(shù)傳輸 至研拋力實(shí)時(shí)檢測并解耦模塊、實(shí)時(shí)進(jìn)給率優(yōu)化模塊和實(shí)時(shí)路徑參數(shù)控制模塊，由實(shí)時(shí)進(jìn) 給率優(yōu)化模塊和實(shí)時(shí)路徑參數(shù)控制模塊操控研拋頭的研拋力F ;
[0017] 步驟四、選擇理想曲面模型生成初始路徑
[0018] 根據(jù)激光掃描儀掃描工件的形狀參數(shù)，在中央處理器的數(shù)據(jù)庫中選擇與掃描結(jié)果 匹配的理想曲面模型，掃描得到工件的形狀與理想曲面模型對比，生成初始路徑，并獲得工 件各部分的去除量ΖΛ;
[0019] 步驟五、解析實(shí)時(shí)優(yōu)化的進(jìn)給率
[0020] 中央處理器根據(jù)研拋方程：普林斯頓方程
[0022] 建立研拋力F、駐留時(shí)間t、去除量ΖΛ2間的關(guān)系模型，駐留時(shí)間t受研拋機(jī)床的 動(dòng)力學(xué)參數(shù)控制，由機(jī)床本身和當(dāng)前機(jī)床姿態(tài)限制，所以t多T(S);其中：T(S)是與機(jī)床結(jié) 構(gòu)及運(yùn)動(dòng)特性有關(guān)的函數(shù)，機(jī)床及運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定，T(S)即為已知函數(shù)；參變量為研拋頭的 軸單位向量，向量起點(diǎn)為研拋軌跡上的作業(yè)點(diǎn)，方向?yàn)榇怪庇谇嫦蛲?；?yīng)變量為機(jī)床在當(dāng) 前作業(yè)點(diǎn)處的最小駐留時(shí)間；
[0023] 研拋過程中，分為三種情況：
[0024] 1)余量去除：研拋力實(shí)時(shí)檢測并解耦模塊通過對實(shí)時(shí)研拋力F的檢測、解耦，根據(jù) 檢測到的研拋頭參數(shù)、工件的形狀參數(shù)和材料參數(shù)、研拋旋轉(zhuǎn)軸的主軸轉(zhuǎn)速和理想曲面模 型，解析數(shù)據(jù)并獲得研拋路徑補(bǔ)償值為〇,去除量Ζ Λ等于加工余量，研拋力F為[F_，F(xiàn)_] 之間的一個(gè)穩(wěn)定值，實(shí)時(shí)優(yōu)化的進(jìn)給率為恒定進(jìn)給率，駐留時(shí)間t = T (s)，并將數(shù)據(jù)傳輸給 實(shí)時(shí)進(jìn)給率優(yōu)化模塊和實(shí)時(shí)路徑參數(shù)控制模塊；
[0025] 2)增量去除：研拋力實(shí)時(shí)檢測并解耦模塊通過對實(shí)時(shí)研拋力F的檢測、解耦，根 據(jù)檢測到的研拋頭參數(shù)、工件的形狀參數(shù)和材料參數(shù)、研拋旋轉(zhuǎn)軸的主軸轉(zhuǎn)速和理想曲面 模型，解析數(shù)據(jù)并獲得實(shí)時(shí)的研拋路徑補(bǔ)償值小于〇,去除量Ζ Λ大于加工余量，研拋力F為 [F_，F(xiàn)niJ之間的值；駐留時(shí)間t = Τ(ΖΛ) >T(s)，實(shí)時(shí)優(yōu)化的進(jìn)給率小于恒定進(jìn)給率，并將 數(shù)據(jù)傳輸給實(shí)時(shí)進(jìn)給率優(yōu)化模塊和實(shí)時(shí)路徑參數(shù)控制模塊；
[0026] 3)縮量去除：研拋力實(shí)時(shí)檢測并解耦模塊通過對實(shí)時(shí)研拋力F的檢測、解耦，根 據(jù)檢測到的研拋頭參數(shù)、工件的形狀參數(shù)和材料參數(shù)、研拋旋轉(zhuǎn)軸的主軸轉(zhuǎn)速和理想曲面 模型，解析數(shù)據(jù)并獲得實(shí)時(shí)的研拋路徑補(bǔ)償值大于〇,去除量Ζ Λ小于加工余量，研拋力F = F_，駐留時(shí)間t = T (ZJ，實(shí)時(shí)優(yōu)化的進(jìn)給率大于恒定進(jìn)給率，并將數(shù)據(jù)傳輸給實(shí)時(shí)進(jìn)給率 優(yōu)化模塊和實(shí)時(shí)路徑參數(shù)控制模塊；
[0027] 步驟六、驅(qū)動(dòng)機(jī)床進(jìn)行曲面研拋精加工
[0028]啟動(dòng)研拋按鈕，中央處理器中的研拋力實(shí)時(shí)檢測并解耦模塊、實(shí)時(shí)進(jìn)給率優(yōu)化模 塊和實(shí)時(shí)路徑參數(shù)控制模塊與應(yīng)用的研拋機(jī)床動(dòng)力學(xué)模型結(jié)合，研拋力實(shí)時(shí)檢測并解耦模 塊解析數(shù)據(jù)并獲得研拋機(jī)床各自由度的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并驅(qū)動(dòng)研拋機(jī)床進(jìn)行曲面研拋精加工。
[0029] 所述的研拋機(jī)床為五自由度以上的研拋機(jī)床。
[0030] 所述的材料參數(shù)為密度參數(shù)、彈性模量、比剛度、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、 熱穩(wěn)定性、綜合品質(zhì)因數(shù)。
[0031] 通過上述設(shè)計(jì)方案，本發(fā)明可以帶來如下有益效果：本發(fā)明可以應(yīng)用在任何五自 由度以上的研拋機(jī)床上，研拋力實(shí)時(shí)檢測并解耦模塊通過對實(shí)時(shí)研拋力的檢測、解耦，根據(jù) 研拋頭參數(shù)、工件的形狀參數(shù)和材料參數(shù)，研拋旋轉(zhuǎn)軸的主軸轉(zhuǎn)速，理想曲面模型，解算出 實(shí)時(shí)優(yōu)化的進(jìn)給率和研拋路徑補(bǔ)償值，再經(jīng)過所應(yīng)用的研拋機(jī)床動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算出機(jī)床 各軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床進(jìn)行曲面研拋精加工。
[0032] 本發(fā)明基于研拋力控制的復(fù)雜曲面研拋加工新方法，通過研拋精加工工序可以有 效消除研拋加工的加工余量以及面型誤差這兩項(xiàng)誤差，最終達(dá)到理想曲面的要求。
【附圖說明】
[0033] 以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：
[0034] 圖1為本發(fā)明基于研拋力控制的復(fù)雜曲面研拋加工新方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 圖2為本發(fā)明基于研拋力控制的復(fù)雜曲面研拋加工新方法的流程框圖。
[0036] 圖3為本發(fā)明基于研拋力控制的復(fù)雜曲面研拋加工新方法中的余量去除工作狀 態(tài)圖。
[0037] 圖4為本發(fā)明基于研拋力控制的復(fù)雜曲面研拋加工新方法中的增量去除工作狀 態(tài)圖。
[0038] 圖5為本發(fā)明基于研拋力控制的復(fù)雜曲面研拋加工新方法中的縮量去除工作狀 態(tài)圖。
[0039] 圖6為本發(fā)明基于研拋力控制的復(fù)雜曲面研拋加工新方法中實(shí)施例的工件主視 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040] 圖7為本發(fā)明基于研拋力控制的復(fù)雜曲面研拋加工新方法中實(shí)施例的工件俯視 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041] 圖8為本發(fā)明基于研拋力控制的復(fù)雜曲面研拋加工新方法中實(shí)施例的五自由度 機(jī)床各軸位置關(guān)系示意圖。<