金刚石车削自由曲面的路径生成方法、系统及相关组件技术方案

本申请公开了一种金刚石车削自由曲面的路径生成方法，所述方法包括首先根据刀具半径和刀痕残差高度得到螺旋线圈数与螺旋线半径的拟合曲线方程，然后将所得到的拟合曲线方程代入目标工件的自由曲面方程得到一元函数，并在一元函数上利用插值误差理论确定目标工件上的待加工点；最后通过刀具半径补偿得到所有刀位点，并生成车削路径。本方法能够根据待加工工件的形状特征和加工误差要求生成加工路径，不但能够极大减少数据点的数量，而且使加工后的工件各个部分插值误差均匀，提高车削加工的质量。本申请还公开了一种金刚石车削自由曲面的路径生成系统、一种计算机可读存储介质及一种金刚石车削设备，具有以上有益效果。

【技术实现步骤摘要】
金刚石车削自由曲面的路径生成方法、系统及相关组件
本专利技术涉及光学自由曲面制造
，特别涉及一种金刚石车削自由曲面的路径生成方法、系统、一种计算机可读存储介质及一种金刚石车削设备。
技术介绍
随着光学设计水平的提高，自由曲面光学系统被越来越多的应用到成像系统和非成像光学系统中。区别于传统光学加工技术，慢刀伺服车削自由曲面技术作为能够高效快速地达到亚微米级面形精度和纳米级表面粗糙度的技术手段之一，自上个世纪90年提出以来被越来越多的学者所关注。为了满足日益增长的需求，进一步提高慢刀伺服车削技术的精度，研究者投入了大量的精力来优化加工过程参数，其中包括优化刀具参数(刀具半径、前角和后角等)，优化加工工艺参数(进给速度，主轴转速和切深等)。从原理上讲，慢刀伺服加工自由曲面的误差源主要有两方面：一方面是由导轨横向进给产生的，误差大小和螺旋线的间隔有关，另一方面是由方位角度间隔产生的，误差大小与相邻的两个点的间隔有关。现有技术中，主要通过商用自由曲面编程软件(如diffsys)选取取点生成加工路径，在横向进给方面等间隔取值，在方位角度方向按照等角度或者等弧长方式取值。但是现有的商用自由曲面编程软件再针对对于大口径自由曲面时，为了保证外环部分有足够的插值精度，则内环部分的取点密度需要外环一样，这样就导致了大口径自由曲面的数据点特别大，严重超出了目前CNC能够的内存。此外，对于面形起伏变化较大的自由曲面，各个部分的曲面斜率变化比较大，统一等间隔的取点密度必然造成自由曲面上各个部分的插值精度不一样，这就造成了自由曲面上不同部位的加工精度一样，导致车削效果不理想因此，如何根据待加工工件的形状特征和加工误差要求生成加工路径，以使加工后的工件各个部分插值误差均匀，提高车削加工的质量是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种金刚石车削自由曲面的路径生成方法、系统、一种计算机可读存储介质及一种金刚石车削设备，能够根据待加工工件的形状特征和加工误差要求生成加工路径，以使加工后的工件各个部分插值误差均匀，提高车削加工的质量。为解决上述技术问题，本申请提供一种金刚石车削自由曲面的路径生成方法，该路径生成方法包括：根据刀具半径和刀痕残差高度得到车削路径拟合曲线方程；其中，所述车削路径拟合曲线方程为描述车削路径螺旋线圈数与螺旋线半径的对应关系的方程；将所述车削路径拟合曲线方程代入目标工件的自由曲面方程得到一元函数，并在所述一元函数上利用插值误差理论确定所述目标工件上的待加工点；根据所有所述待加工点生成金刚石车削自由曲面的车削路径。可选的，根据刀具半径和刀痕残差高度得到车削路径拟合曲线方程包括：根据所述刀具半径和所述刀痕残差高度迭代计算每一所述车削路径螺旋线圈数和每一所述车削路径螺旋线圈数对应的螺旋线半径，直至迭代计算次数达到预设值；根据所有所述车削路径螺旋线圈数和每一所述车削路径螺旋线圈数对应的螺旋线半径进行拟合操作得到所述车削路径拟合曲线方程ρ＝g(N)；其中，ρ为螺旋线半径，N为车削路径螺旋线圈数。可选的，根据所述刀具半径和所述刀痕残差高度迭代计算每一所述车削路径螺旋线圈数和每一所述车削路径螺旋线圈数对应的螺旋线半径包括：步骤一：确定第i圈Ni对应的半径为ρi，并利用第一公式计算第i圈所述车削路径螺旋线在所有角度对应的曲率Ki；步骤二：根据所述刀具半径R和所述刀痕残差高度εf利用第二公式计算每一曲率Ki对应的步长Li；步骤三：根据所述螺旋线半径ρi在每一角度上对螺旋线半径的一阶偏导dz利用第三公式计算所述螺旋线半径在每一角度方向上的备选增量Δρi，并将所有所述备选增量Δρi中的最小值设置为半径增量；步骤四：利用第四公式计算第i+1圈车削路径螺旋线对应的半径ρi+1；步骤五：判断ρi是否大于预设值；若否，则将ρi+1作为ρi的值进入所述步骤一；其中，所述第一公式为ρi为第i圈所述车削路径螺旋线的螺旋线半径，所述第二公式为所述第三公式为所述第四公式为ρi+1＝ρi+min(Δρi)。可选的，根在所述一元函数上利用插值误差理论确定所述目标工件上的待加工点包括：根据插值误差理论计算所述目标一元函数上目标点对应的角度步长；根据所有所述角度步长计算所述目标一元函数上每一点的备选坐标值，并将每一所述备选坐标值作为所述目标工件上每一待加工点的点坐标。可选的，将所述车削路径拟合曲线方程代入目标工件的自由曲面方程得到一元函数包括：根据第五公式计算所述车削路径拟合曲线方程ρ＝g(N)上每一点对应的角度θ，并确定所述车削路径拟合曲线方程ρ＝g(N)上每一点的角度θ与所述螺旋线半径ρ的对应关系；将所述车削路径拟合曲线方程ρ＝g(N)代入所述自由曲面方程Z＝f(ρ,θ)，并根据所述角度θ与所述螺旋线半径ρ的对应关系得到一元函数Z＝φ(θ)；其中，所述第五公式为θi＝2π(Ni-[Ni])，[Ni]为对Ni取整的操作，θi为第i圈车削路径螺旋线对应的角度。可选的，在所述一元函数上利用插值误差理论确定所述目标工件上的待加工点包括：步骤A：在所述一元函数Z＝φ(θ)上确定当前目标点，并记录所述当前目标点的位置信息；步骤B：利用插值误差理论计算所述当前目标点符合容许插值误差对应的角度步长；步骤C：根据所述角度步长确定所述一元函数Z＝φ(θ)上所述当前目标点的下一目标点；步骤D：判断所述位置信息的数量是否大于预设值；若否，则将所述下一目标点作为新的当前目标点进入所述步骤A；若是，则将所有所述位置信息对应的点作为所述待加工点。可选的，根据所有所述待加工点生成金刚石车削自由曲面的车削路径包括：通过刀具补偿算法根据每一所述待加工点的位置坐标和所述刀具半径计算每一所述点坐标对应的刀位点；根据所有所述刀位点生成金刚石车削自由曲面的车削路径。本申请还提供了一种金刚石车削自由曲面的路径生成系统，该路径生成系统包括：拟合曲线确定模块，用于根据刀具半径和刀痕残差高度得到车削路径拟合曲线方程；其中，所述车削路径拟合曲线方程为描述车削路径螺旋线圈数与螺旋线半径的对应关系的方程；待加工点确定模块，用于将所述车削路径拟合曲线方程代入目标工件的自由曲面方程得到一元函数，并在所述一元函数上利用插值误差理论确定所述目标工件上的待加工点；路径生成模块，用于根据所有所述待加工点生成金刚石车削自由曲面的车削路径。本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序执行时实现上述金刚石车削自由曲面的路径生成方法执行的步骤。本申请还提供了一种金刚石车削设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现上述金刚石车削自由曲面的路径生成方法执行的步骤。本专利技术提供了一种金刚石车削自由曲面的路径生成方法，包括根据刀具半径和刀痕残差高度得到车削路径拟合曲线方程；其中，所述车削路径拟合曲线方程为描述车削路径螺旋线圈数与螺旋线半径的对应关系的方程；将所述车削路径拟合曲线方程代入目标工件的自由曲面方程得到一元函数，并在所述一元函数上利用插值误差理论确定所述目标工件上的待加工点；根据所有所述待加工点生成金刚石车削自由曲面的车削路径。本申请通过确定车削路径拟合曲线方程，将车削路径拟合曲线方程代入自由曲面方程得到一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金刚石车削自由曲面的路径生成方法，其特征在于，所述路径生成方法包括：根据刀具半径和刀痕残差高度得到车削路径拟合曲线方程；其中，所述车削路径拟合曲线方程为描述车削路径螺旋线圈数与螺旋线半径的对应关系的方程；将所述车削路径拟合曲线方程代入目标工件的自由曲面方程得到一元函数，并在所述一元函数上利用插值误差理论确定所述目标工件上的待加工点；根据所有所述待加工点生成金刚石车削自由曲面的车削路径。

【技术特征摘要】
1.一种金刚石车削自由曲面的路径生成方法，其特征在于，所述路径生成方法包括：根据刀具半径和刀痕残差高度得到车削路径拟合曲线方程；其中，所述车削路径拟合曲线方程为描述车削路径螺旋线圈数与螺旋线半径的对应关系的方程；将所述车削路径拟合曲线方程代入目标工件的自由曲面方程得到一元函数，并在所述一元函数上利用插值误差理论确定所述目标工件上的待加工点；根据所有所述待加工点生成金刚石车削自由曲面的车削路径。2.根据权利要求1所述路径生成方法，其特征在于，根据刀具半径和刀痕残差高度得到车削路径拟合曲线方程包括：根据所述刀具半径和所述刀痕残差高度迭代计算每一所述车削路径螺旋线圈数和每一所述车削路径螺旋线圈数对应的螺旋线半径，直至迭代计算次数达到预设值；根据所有所述车削路径螺旋线圈数和每一所述车削路径螺旋线圈数对应的螺旋线半径进行拟合操作得到所述车削路径拟合曲线方程ρ＝g(N)；其中，ρ为螺旋线半径，N为车削路径螺旋线圈数。3.根据权利要求2所述路径生成方法，其特征在于，根据所述刀具半径和所述刀痕残差高度迭代计算每一所述车削路径螺旋线圈数和每一所述车削路径螺旋线圈数对应的螺旋线半径包括：步骤一：确定第i圈Ni对应的半径为ρi，并利用第一公式计算第i圈所述车削路径螺旋线在所有角度对应的曲率Ki；步骤二：根据所述刀具半径R和所述刀痕残差高度εf利用第二公式计算每一曲率Ki对应的步长Li；步骤三：根据所述螺旋线半径ρi在每一角度上对螺旋线半径的一阶偏导dz利用第三公式计算所述螺旋线半径在每一角度方向上的备选增量Δρi，并将所有所述备选增量Δρi中的最小值设置为半径增量；步骤四：利用第四公式计算第i+1圈车削路径螺旋线对应的半径ρi+1；步骤五：判断ρi是否大于预设值；若否，则将ρi+1作为ρi的值进入所述步骤一；其中，所述第一公式为ρi为第i圈所述车削路径螺旋线的螺旋线半径，所述第二公式为所述第三公式为所述第四公式为ρi+1＝ρi+min(Δρi)。4.根据权利要求1所述路径生成方法，其特征在于，根在所述一元函数上利用插值误差理论确定所述目标工件上的待加工点包括：根据插值误差理论计算所述目标一元函数上目标点对应的角度步长；根据所有所述角度步长计算所述目标一元函数上每一点的备选坐标值，并将每一所述备选坐标值作为所述目标工件上每一待加工点的点坐标。5.根据权利要求1所述路径生成方法，其特征在于，将所述车削路径拟合曲线方程代入...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东方，李全松，田伟，隋永新，杨怀江，
申请(专利权)人：长春国科精密光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22