專利名稱：楔形非球面的磨削加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非球面加工，尤其是涉及一種楔形非球面的磨削加工方法。
背景技術(shù)：
楔形非球面透鏡是一個新的應(yīng)用領(lǐng)域，其功能主要為分光和聚焦。采用楔形平面及非球 面一體的楔形非球面透鏡解決方案，進(jìn)一步整合了原有的光學(xué)系統(tǒng)，減少了所使用的光學(xué)元 件數(shù)量，減小了光學(xué)系統(tǒng)的體積，并提高了光學(xué)系統(tǒng)的性能。目前針對楔形非球面鏡加工的 研究仍然較少，對其工藝及加工精度影響因素目前仍無較清晰的認(rèn)識。
陳明君等(陳明君，張飛虎，董申.光學(xué)非球面器件的超精密磨削加工技術(shù)研究[J].光學(xué) 技術(shù)，2001， 27 (6) :512-515;陳明君，董申，張飛虎.超精密光學(xué)非球曲面磨削系統(tǒng)的研 制[J].中國機(jī)械工程，2000， 11 (8) :849-85。)報道了有關(guān)光學(xué)非球面器件的超精密磨削加工 技術(shù)的研究以及有關(guān)超精密光學(xué)非球曲面磨削系統(tǒng)的研制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種楔形非球面的磨削加工方法。 本發(fā)明包括以下步驟
1) 選擇加工工具為圓弧金剛石砂輪；
2) 根據(jù)實現(xiàn)三軸聯(lián)動的機(jī)床的特點，采用工件固定，工具三軸聯(lián)動的加工方式；
3) 工件的安裝及定位
采用試磨法對刀，以控制工件安裝精度，其具體方法如下
(1) 根據(jù)工件類型生成工件外沿加工軌跡，進(jìn)行試磨；試磨方式可只磨工件外沿部分， 外沿加工軌跡除了與工件類型有關(guān)，還與當(dāng)前i件面形有關(guān)，根據(jù)不同的面形將產(chǎn)生的不同 的試磨軌跡；
(2) 根據(jù)當(dāng)前的試磨軌跡在工件表面上產(chǎn)生的磨痕，確認(rèn)工件當(dāng)前的位置必須的調(diào)整方 向并進(jìn)行調(diào)整，在調(diào)整過后再次進(jìn)行試磨，重復(fù)以上步驟直至安裝精度符合要求；
(3) 采用手動調(diào)整到一定精度范圍內(nèi)后，再精確測量出偏移量，然后在加工中進(jìn)行補償 的方法，補償?shù)膮?shù)為X/Z位置坐標(biāo)補償量a和b，及角度補償量(3，補償公式如下JCj = cos(yff)x + a z！ = z + sin(/ff)x + 6
^0,z)二；;(X,a) (工)
而測量方法為，根據(jù)試磨后的表面加工軌跡進(jìn)行計算，其中上下沿劃痕的寬度差值為參 數(shù)b，左右的劃痕寬度差值為a，而偏移角度P不為O時，其邊緣每個劃痕會出現(xiàn)寬度差，其 每個邊緣劃痕的寬度差與長度的比值即為sin卩；
4) 數(shù)控插補點的分割
非軸對稱非球面根據(jù)長軸和短軸分割為相應(yīng)的分割，并以此為單位進(jìn)行插補加工，具體 方法如下
(1) 分割內(nèi)殘差計算
首先進(jìn)行分割內(nèi)殘差分析計算，然后根據(jù)殘差最小的原則進(jìn)行分割選擇，最后在分割內(nèi) 進(jìn)行二次分割再次減小殘差，設(shè)分割點分別為A(xi,zi), B(xi，zi+1) C(xi+l，zi+l) D(xi+l，zi)，采 用傳統(tǒng)加工方法，則加工點在xz平面上的投影為ABCD，設(shè)非球面公式為y-f(x,z)，其導(dǎo)數(shù) 為f'(x,z)，該點的法向角度為arctg(f'(x,z))，可得工件表面的砂輪加工點位置，再根據(jù)不同的 砂輪加工點位置的重合及砂輪形狀計算出加工點殘差；
(2) 分割調(diào)整 確定楔形非球面上插補點；
5) 數(shù)控加工軌跡規(guī)劃設(shè)計，即完成楔形非球面的磨削加工。
相應(yīng)的軟件設(shè)計可先進(jìn)行編程，生成NC程序，控制實際加工中的砂輪運動，實現(xiàn)對楔 形非球面的高精度加工。
所述根據(jù)實現(xiàn)三軸聯(lián)動的機(jī)床的特點，采用工件固定，工具三軸聯(lián)動的加工方式的加工 過程中，可采用XYZ三坐標(biāo)聯(lián)動的方法準(zhǔn)確表示其表面形狀，而采用圓弧砂輪即可使砂輪加 工平面準(zhǔn)確地與非球面表面相切。
所述的確定楔形非球面上插補點可采用等步長分割方法、等弧長分割方法或等表面積分 割方法。
等步長分割的具體方法是以x軸及z軸方向等距離分割楔形非球面母線； 等弧長分割的具體方法是以楔形非球面工件邊緣上的弧長為基準(zhǔn)，首先計算加工起始點
位置z軸方向的弧長，然后根據(jù)弧長分為n段，再及計算加工起始點位置x軸方向的弧長，
將表面按x軸及z軸方向分別以弧長均勻分割為n份進(jìn)行插補；
等表面積分割的具體方法是首先根據(jù)非球面公式計算出非球面的表面積，然后將z軸方
向細(xì)分為等面積的n部分，并記下此分割的各節(jié)點z軸坐標(biāo)，再以相同的方法分割x軸并下相應(yīng)節(jié)點的X軸坐標(biāo)。
所述數(shù)控加工軌跡規(guī)劃設(shè)計可采用普通直線光柵式加工、直線光柵包絡(luò)式加工、斜線無 限包絡(luò)式加工、斜線有限包絡(luò)式加工。
普通直線光柵式加工方法的具體步驟為將短軸進(jìn)行光柵式分割后進(jìn)行加工，首先進(jìn)行 長軸方向的進(jìn)給，當(dāng)加工至邊緣處后再進(jìn)行短軸方向的插補，加工中砂輪首先在y軸方向上 進(jìn)給dy，然后砂輪根據(jù)非軸對稱非球面表面加工點進(jìn)行直線插補加工。
直線光柵式包絡(luò)加工方法的具體步驟為計算表面包絡(luò)的過程如下a、計算其砂輪加工 所使用的部分；b、計算其工件上加工表面重合位置；c、根據(jù)重合位置計算理論誤差或做實 驗證實何種重合位置加工誤差最小；d、根據(jù)包絡(luò)方法進(jìn)行包絡(luò)軌跡計算。
斜線無限包絡(luò)加工方法的具體步驟為當(dāng)機(jī)床短軸(z軸)進(jìn)給精度有一定保證時，可 釆用斜線包絡(luò)加工方法，該加工方法在工件上始終采用斜線進(jìn)給方式，同時使用機(jī)床的三個 坐標(biāo)軸。
斜線有限包絡(luò)加工方法的具體步驟為由于斜線無限包絡(luò)加工邊緣位置可能存在換向問 題，因此設(shè)計斜線有限包絡(luò)加工方法，該方法當(dāng)運動至z軸與x軸換向點時候，必須再平移 至某固定點，該方法能有效減小換向點處換向時沖擊力較大的問題；
本發(fā)明在現(xiàn)有三直線軸磨床上，給出加工廣義楔形非球面的新型磨削加工方法。本發(fā)明 根據(jù)加工工具對工件的適用度，采用金剛石圓弧砂輪進(jìn)行加工；根據(jù)加工及檢測手段的適用 性，采用工件固定而工具三直線軸聯(lián)動的加工方式；根據(jù)工件形狀類型，提出了適用于楔形 非球面加工的表面點測量及加工軌跡規(guī)劃方法。實驗表明，加工精度相對于加工參數(shù)比較穩(wěn) 定，如采用較小切深及較低的進(jìn)給速度可以獲得更高的形狀精度。通過一系列的實驗，已證 明本發(fā)明具有方便、穩(wěn)定、精度高等優(yōu)點，適于推廣應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明實施例的金剛石圓弧砂輪磨削楔形非球面透鏡示意圖。在圖1中，11為金
剛石圓弧砂輪，12為工件楔形非球面透鏡。
圖2為本發(fā)明實施例的非軸對稱非球面表面軌跡圖。在圖2中，P為影響域。 圖3為本發(fā)明實施例的直線光柵式插補加工方法軌跡俯視圖。在圖3中，31為加工起始
點，l為行程l， 2為行程2; E為工件長軸方向，F(xiàn)為工件短軸方向；——為加工軌跡線，
一*為工件。
圖4為本發(fā)明實施例的包絡(luò)加工分割示意圖。在圖4中，一*為工件，——為加工軌跡 線l，—-—為加工軌跡線2，.........為加工軌跡線3。圖5為本發(fā)明實施例的斜線無限包絡(luò)加工方法分割示意圖。在圖5中，——為加工軌跡
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具體實施例方式
以下實施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明實施例在現(xiàn)有三直線軸磨床上，給出加工廣義楔形非球面的新型磨削加工方法。 本發(fā)明所采用的裝置一般設(shè)有工作平臺、傳感器、金剛石砂輪(最好為金剛石圓弧砂輪)、
A/D轉(zhuǎn)換器、工控機(jī)、數(shù)控裝置和工件軸，工件放置在工作平臺上，傳感器所采集的信號通 過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，送入工控機(jī)，工控機(jī)的輸出信號經(jīng)過數(shù)控裝置直接控制工作 平臺的動作。金剛石砂輪安裝在工件軸上，工件軸設(shè)置在工作平臺上。
以下給出本發(fā)明實施例的楔形非球面的磨削加工方法。
步驟一選擇加工工具
(1) 選用圓弧金剛石砂輪 楔形非球面可以使用圓弧金剛石砂輪進(jìn)行加工。采用圓弧砂輪進(jìn)行加工，加工中無須進(jìn)
行轉(zhuǎn)角變化。只須控制砂輪的加工點與工件的表面加工點的三維坐標(biāo)重合即可。
(2) 圓弧金剛石砂輪型號選擇
圓弧砂輪型號選擇與加工需求有關(guān)。其粒度與加工精度及效率相關(guān)，當(dāng)砂輪磨粒粒度較 大時其加工效率較高，加工精度較低。而其圓弧部分半徑選擇與工件的形狀密切相關(guān)，當(dāng)砂 輪寬度固定時，圓弧砂輪的圓弧部分半徑越小，其可以加工的工件的范圍越大。但是圓弧砂 輪的圓弧部分半徑不能過小，否則易引入誤差。
步驟二確定加工方式
根據(jù)可實現(xiàn)三軸聯(lián)動的機(jī)床的特點，采用工件固定，工具三軸聯(lián)動的加工方式，這樣，
不僅可以加工軸對稱非球面，而且可以加工非軸對稱非球面。加工中，采用XYZ三坐標(biāo)聯(lián)動 的方法可準(zhǔn)確表示其表面形狀，而采用圓弧砂輪即可使砂輪加工平面準(zhǔn)確地與非球面表面相 切。
金剛石圓弧砂輪磨削楔形非球面透鏡示意圖參見圖1。 步驟三工件的安裝及定位
采用試磨法對刀，以控制工件安裝精度。
具體方法如下
(1)根據(jù)工件類型生成工件外沿加工軌跡，進(jìn)行試磨。該試磨方式只磨工件外沿部分。 外沿加工軌跡除了與工件類型有關(guān)，還與當(dāng)前工件面形有關(guān)，根據(jù)不同的面形將產(chǎn)生的不同的試磨軌跡。
(2)根據(jù)當(dāng)前的試磨軌跡在工件表面上產(chǎn)生的磨痕，確認(rèn)工件當(dāng)前的位置必須的調(diào)整方 向并進(jìn)行調(diào)整，在調(diào)整過后再次進(jìn)行試磨，重復(fù)以上步驟直至安裝精度符合要求。
G)采用手動調(diào)整到一定精度范圍內(nèi)后，再精確測量出偏移量，然后在加工中進(jìn)行補償 的方法。這是因為目前工件安裝位置是由手工進(jìn)行調(diào)整，手工調(diào)整提高精度比較困難。 補償?shù)膮?shù)為X/Z位置坐標(biāo)補償量a和b，及角度補償量P。補償公式如下 jq =cosW);c + a
而測量方法為，根據(jù)試磨后的表面加工軌跡進(jìn)行計算，其中上下沿劃痕的寬度差值為參 數(shù)b。左右的劃痕寬度差值為a。而偏移角度P不為O時，其邊緣每個劃痕會出現(xiàn)寬度差。其 每個邊緣劃痕的寬度差與長度的比值即為sin|3。
步驟四數(shù)控插補點的分割
非軸對稱非球面根據(jù)長軸和短軸分割為相應(yīng)的分割。并以此為單位進(jìn)行插補加工。此時 由于砂輪加工的插補方向以x軸方向為主，所以砂輪安裝的線速度方向為x軸方向。這樣加 工插補時的沖擊力對于砂輪的影響較小。
1) 分割內(nèi)殘差計算
首先進(jìn)行分割內(nèi)殘差分析計算；然后根據(jù)殘差最小的原則進(jìn)行分割選擇；最后在分割內(nèi) 進(jìn)行二次分割再次減小殘差。非軸對稱非球面表面軌跡如圖2所示，設(shè)分割點分別為A(xi，zi)， B(xi,zi+1) C(xi+l,zi+l) D(xi+l,zi)。采用傳統(tǒng)加工方法，則加工點在xz平面上的投影為ABCD。
設(shè)非球面公式為y=f(x,z)，其導(dǎo)數(shù)為f(x，z)。所以該點的法向角度為arctg(f'(x,z))?？傻?該工件表面的砂輪加工點位置，再根據(jù)不同的砂輪加工點位置的重合及砂輪形狀計算出加工 點殘差。
2) 分割調(diào)整方法
楔形非球面上插補點的確定可以采用等步長分割方法、等弧長分割方法、等表面積分割 方法?？筛鶕?jù)實際情況選擇。
(1) 等步長分割
等步長分割方式比較簡單，其以x軸及z軸方向等距離分割楔形非球面母線。該加工方 法的優(yōu)點是插補點的確定簡單，而缺點是由于非球面表現(xiàn)形狀各異，而采用直線插補加工相 同的分割間距，則會存在殘差分布較不均勻。
(2) 等弧長分割等弧長分割方式以楔形非球面工件邊緣上的弧長為基準(zhǔn)，首先計算加工起始點位置Z軸 方向的弧長，然后根據(jù)弧長分為n段，再及計算加工起始點位置x軸方向的弧長，將表面按 x軸及z軸方向分別以弧長均勻分割為n份進(jìn)行插補。該加工方法充分考慮了楔形非球面表 面形狀對加工殘差的影響。根據(jù)其表面形狀分割工件加工表面軌跡點。 (3)等表面積分割
等表面積分割方法首先根據(jù)非球面公式計算出非球面的表面積，然后將z軸方向細(xì)分為 等面積的n部分，并記下此分割的各節(jié)點z軸坐標(biāo)，再以相同的方法分割x軸并記下相應(yīng)節(jié) 點的x軸坐標(biāo)。此方法分別以等面積分割z軸與x軸，但是并不是同時計算z軸與x軸，這 是因為如果同時計算z軸與x軸，則楔形非球面加工表面點于xz平面上的投影將比較不規(guī)則， 而加工中必須優(yōu)先保證同時運動的軸數(shù)較少。采用改進(jìn)型的等表面積分割方法只同時使用三 軸中的兩軸，而如果采用標(biāo)準(zhǔn)的等面積分割方法需要同時使用三軸，這容易引入新誤差，降 低精度。
步驟五數(shù)控加工軌跡規(guī)劃設(shè)計
設(shè)計出了四種軌跡規(guī)劃方案，包括普通直線光柵式加工、直線光柵包絡(luò)式加工、斜線無 限包絡(luò)式加工、斜線有限包絡(luò)式加工?？筛鶕?jù)實際情況選擇合適的加工方法。具體操作分別
介紹如下
(1) 普通直線光柵式加工方法
將短軸進(jìn)行光柵式分割后進(jìn)行加工。這是由于加工中砂輪轉(zhuǎn)向變速均可能引入新的誤差， 所以為了盡量減小誤差，必須減少加工中砂輪轉(zhuǎn)向次數(shù)。該方式首先進(jìn)行長軸方向的進(jìn)給， 當(dāng)加工至邊緣處后再進(jìn)行短軸方向的插補。該加工方式的優(yōu)點為，其只同時使用三軸中的兩
軸，有利于提高加工精度。直線光柵式插補加工方法軌跡俯視圖如圖3所示，在加工行程1 時，機(jī)床運動為x軸和y軸，行程2時，機(jī)床運動為z軸和y軸。
加工中砂輪首先在y軸方向上進(jìn)給dy，然后砂輪根據(jù)非軸對稱非球面表面加工點進(jìn)行直 線插補加工。其中dy應(yīng)小于當(dāng)前砂輪磨粒露出部分。
(2) 直線光柵式包絡(luò)加工方法 除了采用分割調(diào)整方法進(jìn)行調(diào)整以減小殘差外，還提出光柵式包絡(luò)加工方法以進(jìn)一步減
小殘差，提高加工精度。
計算表面包絡(luò)的過程如下1、計算其砂輪加工所使用的部分，2、計算其工件上加工表 面重合位置，3、根據(jù)重合位置計算理論誤差或做實驗證實何種重合位置加工誤差最小。4、 根據(jù)包絡(luò)方法進(jìn)行包絡(luò)軌跡計算。包絡(luò)加工分割示意圖如圖4所示，首先根據(jù)所選擇的分割調(diào)整方法計算出加工表面軌跡 2;然后根據(jù)軌跡2計算出加工表面軌跡1和3。其中軌跡1與軌跡2的關(guān)系為，軌跡1的長 軸起始點向右偏移2/3長軸進(jìn)給步長，軌跡1的短軸起始點向上偏移1/3短軸進(jìn)給步長，其中 短軸進(jìn)給步長由于采用的分割調(diào)整方式不同，所以有可能在非球面上不同位置不同，而長軸 方向的進(jìn)給步長只計算第一點的進(jìn)給步長，則始終一致。而軌跡3相對于軌跡2長軸起始點 向右偏移了 1/3長軸進(jìn)給步長，短軸起始點向下偏移了 1/3短軸進(jìn)給步長。
其中三條加工軌跡線的連接方法為軌跡1起點——軌跡1終點——軌跡2終點——軌 跡2起點——軌跡3起點——軌跡3終點——軌跡2終點——軌跡2起點——軌跡1起點。 整個循環(huán)結(jié)束。
該加工包絡(luò)方法相對于原來的加工軌跡。將砂輪的分割細(xì)化為原來的9倍。而如果純粹 采用將x軸及z軸進(jìn)給步長減小為原來的三分之一的方法。則分割細(xì)化程度也為原來的9倍， 但是其加工效率沒有包絡(luò)方法高。 (3)斜線無限包絡(luò)加工方法
而當(dāng)機(jī)床短軸(z軸)進(jìn)給精度有一定保證時，也可采用斜線包絡(luò)加工方法，該加工方 法在工件上始終采用斜線進(jìn)給方式，同時使用機(jī)床的三個坐標(biāo)軸。其優(yōu)點為在同一個加工表 面點上存在多種方向及進(jìn)給速度，調(diào)整不同的加工參數(shù)則其各次加工進(jìn)給的加工方向均會產(chǎn) 生變化，得到不同的包絡(luò)軌跡。
加工軌跡詳細(xì)說明如下
斜線無限包絡(luò)加工方法分割示意圖如圖5所示，斜線包絡(luò)加工控制方式采用換向點1坐 標(biāo)，換向點2坐標(biāo)，換向點l停留時間，換向點2停留時間控制加工。設(shè)x軸的進(jìn)給速度Vx， x軸的加工長度為Lx,則x軸加工時間tx= Lx/Vx，設(shè)置x軸的換向時間Txl， Tx2，及z軸 的換向時間Tzl， Tz2，則將產(chǎn)生各種不同的包絡(luò)軌跡。
z軸擺動起始時刻與x軸擺動起始時刻不同是為了在加工開始后先平走一段，該平走軌 跡可以消除包絡(luò)較少經(jīng)過的邊緣位置與中心位置的加工次數(shù)差距。首次加工x軸由換向點1 加工至換向點2后，轉(zhuǎn)向再向換向點l運動，當(dāng)加工至一定位置時，z軸擺動起始時刻到，z 軸開始由z軸換向點1向換向點2運動，即由上往下運動，與此同時x軸仍然在x軸換向點. 1與換向點2之間擺動。
目前使用的包絡(luò)線為z軸的進(jìn)給dz的同時x軸可以在換向點1運動與換向點2加工一次， 則z軸進(jìn)給速度Vz=dz/(LX/Vx) 。 x軸換向點1停留時間為換向一次所需時間，當(dāng)其與進(jìn)給 速度所完成一次換向所需時間一致時，則擺動并不在換向點1及換向點2停留。該控制方式必縛同時滿足換向點坐標(biāo)及換向點停留時間才進(jìn)行換向。
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力U丄半例
設(shè)x軸的進(jìn)給速度Vx為1200 mm/min， x軸的加工長度Lx為800 mm，則x軸加工該 加工長度的運行時間tx=40 S，則可以設(shè)置z軸的擺動起始時刻為52 S，設(shè)z軸的加工長度 Lz為400mm， z軸進(jìn)給步長dz為2mm，則可以設(shè)置z軸的進(jìn)給速度Vz為3 mm/min，換向 時間T為52 S，則將產(chǎn)生如圖5所示軌跡x軸擺動起始時刻為0s， z軸擺動起始時刻為52s， 所以x軸由換向點l向換向點2運動，至換向點2后換向向換向點1運動，運動至坐標(biāo)為(560,0) 的A點時，時刻為52S，此時z軸開始擺動向下，此時z軸以進(jìn)給速度Vz， x軸以進(jìn)給速度 Vx在工件的范圍內(nèi)擺動加工，循環(huán)往復(fù)。 (4)斜線有限包絡(luò)加工方法
由于斜線無限包絡(luò)加工邊緣位置可能存在換向問題，所以設(shè)計斜線有限包絡(luò)加工方法， 該方法當(dāng)運動至z軸與x軸換向點時候，必須再平^至某固定點，該方法能有效減小換向點 處換向時沖擊力較大的問題。
步驟六軟件設(shè)計
根據(jù)上述所提出的算法，進(jìn)行編程，生產(chǎn)NC程序，控制實際加工中的砂輪運動，從而 實現(xiàn)對楔形非球面的高精度加工。
權(quán)利要求
1. 楔形非球面的磨削加工方法，其特征在于包括以下步驟1)選擇加工工具為圓弧金剛石砂輪；2)根據(jù)實現(xiàn)三軸聯(lián)動的機(jī)床的特點，采用工件固定，工具三軸聯(lián)動的加工方式；3)工件的安裝及定位采用試磨法對刀，以控制工件安裝精度，其具體方法如下(1)根據(jù)工件類型生成工件外沿加工軌跡，進(jìn)行試磨；試磨方式可只磨工件外沿部分，外沿加工軌跡除了與工件類型有關(guān)，還與當(dāng)前工件面形有關(guān)，根據(jù)不同的面形將產(chǎn)生的不同的試磨軌跡；(2)根據(jù)當(dāng)前的試磨軌跡在工件表面上產(chǎn)生的磨痕，確認(rèn)工件當(dāng)前的位置必須的調(diào)整方向并進(jìn)行調(diào)整，在調(diào)整過后再次進(jìn)行試磨，重復(fù)以上步驟直至安裝精度符合要求；(3)采用手動調(diào)整到一定精度范圍內(nèi)后，再精確測量出偏移量，然后在加工中進(jìn)行補償?shù)姆椒ǎa償?shù)膮?shù)為X/Z位置坐標(biāo)補償量a和b，及角度補償量β，補償公式如下x1＝cos(β)x+az1＝z+sin(β)x+by1(x，z)＝y(tǒng)(x1，z1) (1)而測量方法為，根據(jù)試磨后的表面加工軌跡進(jìn)行計算，其中上下沿劃痕的寬度差值為參數(shù)b，左右的劃痕寬度差值為a，而偏移角度β不為0時，其邊緣每個劃痕會出現(xiàn)寬度差，其每個邊緣劃痕的寬度差與長度的比值即為sinβ；4)數(shù)控插補點的分割非軸對稱非球面根據(jù)長軸和短軸分割為相應(yīng)的分割，并以此為單位進(jìn)行插補加工，具體方法如下(1)分割內(nèi)殘差計算首先進(jìn)行分割內(nèi)殘差分析計算，然后根據(jù)殘差最小的原則進(jìn)行分割選擇，最后在分割內(nèi)進(jìn)行二次分割再次減小殘差，設(shè)分割點分別為A(xi，zi)，B(xi，zi+1)C(xi+1，zi+1)D(xi+1，zi)，采用傳統(tǒng)加工方法，則加工點在xz平面上的投影為ABCD，設(shè)非球面公式為y＝f(x，z)，其導(dǎo)數(shù)為f’(x，z)，該點的法向角度為arctg(f’(x，z))，可得工件表面的砂輪加工點位置，再根據(jù)不同的砂輪加工點位置的重合及砂輪形狀計算出加工點殘差；(2)分割調(diào)整確定楔形非球面上插補點；5)數(shù)控加工軌跡規(guī)劃設(shè)計，即完成楔形非球面的磨削加工。
2. 如權(quán)利要求1所述的楔形非球面的磨削加工方法，其特征在于所述的確定楔形非球面 上插補點采用等步長分割方法、等弧長分割方法或等表面積分割方法。
3. 如權(quán)利要求2所述的楔形非球面的磨削加工方法，其特征在于等步長分割的具體方法 是以x軸及z軸方向等距離分割楔形非球面母線；
4. 如權(quán)利要求2所述的楔形非球面的磨削加工方法，其特征在于等弧長分割的具體方法 是以楔形非球面工件邊緣上的弧長為基準(zhǔn)，首先計算加工起始點位置z軸方向的弧長，然后 根據(jù)弧長分為n段，再及計算加工起始點位置x軸方向的弧長，將表面按x軸及z軸方向分 別以弧長均勻分割為n份進(jìn)行插補。
5. 如權(quán)利要求2所述的楔形非球面的磨削加工方法，其特征在于等表面積分割的具體方 法是首先根據(jù)非球面公式計算出非球面的表面積，然后將z軸方向細(xì)分為等面積的n部分， 并記下此分割的各節(jié)點z軸坐標(biāo)，再以相同的方法分割x軸并記下相應(yīng)節(jié)點的x軸坐標(biāo)。
6. 如權(quán)利要求1所述的楔形非球面的磨削加工方法，其特征在于所述數(shù)控加工軌跡規(guī)劃 設(shè)計采用普通直線光柵式加工、直線光柵包絡(luò)式加工、斜線無限包絡(luò)式加工、斜線有限包絡(luò) 式加工。
7. 如權(quán)利要求6所述的楔形非球面的磨削加工方法，其特征在于普通直線光柵式加工方 法的具體步驟為將短軸進(jìn)行光柵式分割后進(jìn)行加工，首先進(jìn)行長軸方向的進(jìn)給，當(dāng)加工至 邊緣處后再進(jìn)行短軸方向的插補，加工中砂輪首先在y軸方向上進(jìn)給dy，然后砂輪根據(jù)非軸 對稱非球面表面加工點進(jìn)行直線插補加工。
8. 如權(quán)利要求6所述的楔形非球面的磨削加工方法，其特征在于直線光柵式包絡(luò)加工方 法的具體步驟為計算表面包絡(luò)的過程如下a、計算其砂輪加工所使用的部分；b、計算其 工件上加工表面重合位置；C、根據(jù)重合位置計算理論誤差或做實驗證實何種重合位置加工誤 差最??；d、根據(jù)包絡(luò)方法進(jìn)行包絡(luò)軌跡計算。
9. 如權(quán)利要求1所述的楔形非球面的磨削加工方法，其特征在于斜線無限包絡(luò)加工方法 的具體步驟為當(dāng)機(jī)床短軸進(jìn)給精度有一定保證時，采用斜線包絡(luò)加工方法，該加工方法在 工件上始終采用斜線進(jìn)給方式，同時使用機(jī)床的3個坐標(biāo)軸。
10. 如權(quán)利要求1所述的楔形非球面的磨削加工方法，其特征在于斜線有限包絡(luò)加工方 法的具體步驟為當(dāng)運動至Z軸與X軸換向點時候，必須再平移至某固定點。
全文摘要
楔形非球面的磨削加工方法，涉及一種非球面加工。提供一種楔形非球面的磨削加工方法。選擇加工工具為圓弧金剛石砂輪；根據(jù)實現(xiàn)三軸聯(lián)動的機(jī)床的特點，采用工件固定，工具三軸聯(lián)動的加工方式；工件的安裝及定位；數(shù)控插補點的分割；數(shù)控加工軌跡規(guī)劃設(shè)計。分析加工工具對工件的適用度，采用金剛石圓弧砂輪進(jìn)行加工；分析加工及檢測手段的適用性，采用工件固定而工具三直線軸聯(lián)動的加工方式；分析工件形狀類型，提出了適用于楔形非球面加工的表面點測量及加工軌跡規(guī)劃方法，包括直線光柵式加工、斜線包絡(luò)加工等方法。具有方便、穩(wěn)定、精度高等優(yōu)點，適于推廣應(yīng)用。
文檔編號B24B13/00GK101428399SQ200810072430
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月20日
發(fā)明者何良雨, 郭隱彪, 浩 黃 申請人:廈門大學(xué)