大口径轴对称非球面的精密磨削方法技术

一种大口径轴对称非球面的精密磨削方法，包括固定安装在旋转工作台上的顶面为非球面的被磨削工件、安装在与x进给滑座连接的y进给滑座上的砂轮主轴和固定在该砂轮主轴上的砂轮磨具，其特征在于：采用三轴联动控制模型控制所述砂轮主轴的旋转中心线与非球面母线上磨削点的法线始终保持重合，以避免磨削进给运动轨迹带来的原理误差并保证运动精度；应用砂轮磨具的端面对所述非球面进行磨削以提高磨削比；同时采用实时检测方法补偿所述砂轮磨具的损耗以提高磨削效率。本发明专利技术运动机构简单，提高了磨削效率，保证了磨削精度，能够适用于旋转抛物面、旋转双曲面、旋转椭圆面等大型轴对称非球面的磨削。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及的是一种机床
的精密磨削方法，具体设及一种大口径轴对称 非球面的精密磨削方法。
技术介绍
抛物面、双曲面、楠圆面等非球面光学元件是大型望远镜、空间相机、激光核聚变、 宇宙探测等系统中的核屯、部件，广泛应用于航空、航天、国防、天文观测等工业。目前非球面 光学元件的口径已达数米，因此非球面光学元件的精密制造技术是关键技术。 对于有色金属、部分晶体非球面光学元件的加工，可W采用金刚石超精密车削来 完成；而对于光学玻璃，微晶玻璃及SiC等硬脆材料非球面加工，多采用数控研磨成型法、 离子束抛光法等加工方法。其中，数控研磨成型法对加工工艺要求较高；离子束抛光法的设 备投入和加工成本高，效率低。非球面光学元件的加工工艺通常首先对元件毛巧进行锐削 粗加工，然后进行半精磨、精磨，最后通过精密抛光来完成。 半精磨和精磨是非球面光学元件加工的重要工艺手段，通过精密磨削加工使非球 面元件的面形精度接近最终加工要求，使后续抛光工艺的加工余量减少，从而提高抛光精 度和效率。目前，大多数非球面光学元件的精密磨削方法，都是应用球头砂轮、圆柱砂轮外 圆或杯形砂轮的部分端面来进行磨削。 经对现有技术文献检索发现，中国专利申请号为：CN201010229423,名称为：切线 法数控非球面加工方法及机床，公开了一种切线法数控加工非球面磨削方法，对给定的任 一轴对称非球面或球面实施切线法加工，得到理论上没有波纹的连续光滑的高精度表面； 其加工原理是先把磨轮轴上的点M与转动轴Z轴重合，工件轴只带动工件旋转，磨轮在磨轮 轴上旋转，磨轮轴WM点为基准点，绕Z轴转动的同时在X轴和Y轴方向上移动；磨轮轴的 运动是W速度插补原理的数控方法来实现高精度的=轴联动。运种W砂轮上一点进行磨削 的方法可W得到较高的运动轨迹精度，但是用砂轮的一点进行磨削会使砂轮的损耗很大， 砂轮的磨损补偿就成为关键，因而需要反复对工件的面形精度进行检测，运将降低磨削精 度和磨削效率。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种智能化的大口径轴对称非球面的精密磨 削方法，通过在磨削过程中实现对被磨削工件进行实时检测和对砂轮磨具磨损进行实时补 偿，达到提高磨削效率、保证磨削精度的目的。 本专利技术是通过W下技术方案实现的： -种，包括固定安装在旋转工作台上的顶面 为非球面的被磨削工件、安装在与X进给滑座连接的y进给滑座上的砂轮主轴和固定在该 砂轮主轴上的砂轮磨具，其特征在于：采用=轴联动控制模型控制所述砂轮主轴的旋转中 屯、线与非球面母线上磨削点的法线始终保持重合，W避免磨削进给运动轨迹带来的原理误 差并保证运动精度；应用砂轮磨具的端面对所述非球面进行磨削w提高磨削比；同时采用 实时检测方法补偿所述砂轮磨具的损耗W提高磨削效率。进一步地，所述的非球面的顶点定义为工件坐标系化yz的坐标原点0,所述非球 面的旋转轴与工件坐标系Oxyz的y轴重合，并且使该非球面的旋转轴与所述旋转工作台 的旋转中屯、线重合，即所述旋转工作台的旋转中屯、线与工件坐标系化yz的y轴重合，该 旋转工作台W速度ni绕y轴做低速旋转运动，即所述非球面母线绕y轴做低速旋转运动； 所述砂轮主轴的旋转中屯、线与加工坐标系〇'X'y'Z'的坐标原点0'相交且绕该加 工坐标系〇'X'y'Z'的坐标原点0'在0'X'y'平面内做往复摆动；加工坐标系 〇'X'y'Z'分别通过所述y进给滑座和X进给滑座在工件坐标系化yz的Oxy平面内做 上下和左右直线平动，使所述砂轮主轴的旋转中屯、线与所述非球面母线上磨削点的法线始 终保持重合，所述砂轮主轴W速度ri2做高速旋转运动；通过所述加工坐标系0'X'y'Z' 在工件坐标系化yz的Oxy平面内的上下和左右直线平动、所述砂轮主轴的旋转中屯、线绕加 工坐标系〇'X'y'Z'的坐标原点0'在0'X'y'平面内的往复摆动运动W及所述非 球面母线绕y轴的低速旋转运动和所述砂轮主轴的高速旋转运动实现所述非球面的精密 磨削。 进一步地，所述的实时检测方法包括：所述的砂轮主轴为空屯、轴；在该砂轮主轴 的内腔中安装有能够沿该砂轮主轴的旋转中屯、线做直线移动的检测装置，该检测装置包括 检测点在所述砂轮主轴的旋转中屯、上的位移传感器，在磨削过程中，当所述位移传感器移 动并接触到所述被磨削工件的表面时，该磨削点的坐标值被采集下来，并且通过控制系统 将所采集的磨削点坐标值的数据与所述非球面的标准坐标数据进行比较，如果产生误差， 就实时地对所述=轴联动控制模型进行修正，W保证所述磨削点的运动轨迹始终保持在所 述非球面母线上。 进一步地，所述的砂轮磨具为圆筒形砂轮。 进一步地，所述的非球面为轴对称非球面。本专利技术的有益效果在于：采用=轴联动控制模型来控制砂轮主轴旋转中屯、线与非球面母线磨削点法线达 到始终保持重合，从而避免了磨削进给运动轨迹带来的原理误差，运动精度得到了保证；应 用圆筒形砂轮磨具端面对非球面进行磨削，提高了磨削比；同时通过实时检测方法来补偿 砂轮磨具的损耗，提高了磨削效率。本专利技术为智能化的磨削方法，其运动机构简单，提高了 磨削效率，保证了磨削精度。【附图说明】通过参照附图并阅读W下对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的技术特 征、目的和优点将会变得更明显。 图1为本专利技术的磨削装置示意图。 图2为本专利技术所述方法的S维示意图。 图3为本专利技术的磨削原理图。 图中， 1-底座，2-旋转工作台，3-被磨削工件，4-砂轮磨具，5-砂轮主轴，6-立柱， 7-y进给滑座，8-X进给滑座，9-检测装置。【具体实施方式】 下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。W下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本专利技术，但不W任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可W做出若干变形和改进，运些都属于本专利技术 的保护范围。 请参阅图1，数控精密磨床的旋转工作台2转动地安装在底座1上，被磨削工件3 通过工装夹具固定安装在旋转工作台2上，该被磨削工件3的顶面为大口径轴对称的非球 面，X进给滑座8连接在数控精密磨床的立柱6上，y进给滑座7连接在X进给滑座8上， 砂轮主轴5安装在与X进给滑座8连接的y进给滑座7上，砂轮磨具4固定在该砂轮主轴 5的顶端上。 本专利技术采用球面磨削方法来磨削非球面，由于大口径轴对称的非球面曲率半径比 较大，如果把砂轮主轴5的摆动中屯、0'定位在y轴上，将会使摆动半径变大而影响结构刚 性。为此，本专利技术采用砂轮主轴5的摆动中屯、0'进行平移的方法来实现大口径轴对称非球 面的精密磨削，运可使砂轮磨具4的端面至砂轮主轴5的摆动中屯、0'的距离缩短。 所述的采用=轴联动控制模型控制所述砂 轮主轴5的旋转中屯、线与非球面母线上磨削点的法线始终保持重合，W避免磨削进给运动 轨迹带来的原理误差并保证运动精度；应用砂轮磨具4的端面对所述非球面进行磨削W提 高磨削比；同时采用实时检测方法补偿所述砂轮磨具4的损耗W提高磨削效率。所述的非球面的顶点定义为工件坐标系化yz的坐标原点0,同时所述非球面的旋 转轴与工件坐标系Oxyz的y轴重合，并且使该非球面的旋转轴与所述旋转工作台2的旋转 中屯、线重合当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大口径轴对称非球面的精密磨削方法，包括固定安装在旋转工作台上的顶面为非球面的被磨削工件、安装在与x进给滑座连接的y进给滑座上的砂轮主轴和固定在该砂轮主轴上的砂轮磨具，其特征在于：采用三轴联动控制模型控制所述砂轮主轴的旋转中心线与非球面母线上磨削点的法线始终保持重合，以避免磨削进给运动轨迹带来的原理误差并保证运动精度；应用砂轮磨具的端面对所述非球面进行磨削以提高磨削比；同时采用实时检测方法补偿所述砂轮磨具的损耗以提高磨削效率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡德金，胡晓冬，
申请(专利权)人：上海交通大学，上海德善机电科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31