一种杯型圆弧砂轮高效精密在位修整方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种杯型圆弧砂轮高效精密在位修整方法和装置，实现杯型圆弧砂轮高效精密在位修形和修锐，将三轴联动数控机床和单回转轴砂轮修整器有机结合起来用于杯型圆弧砂轮修整，通过机床数控系统控制机床X直线轴和Z直线轴进行圆弧包络插补，可实现杯型砂轮任意包角圆弧的高效高精度在位修整，同时控制Y直线轴匀速进给运动，可保证平面修整砂轮圆周面的平整性，避免杯型圆弧砂轮在平面修整砂轮正上方修整时去除量急剧增大，保证了杯型圆弧砂轮的修整精度。

【技术实现步骤摘要】
一种杯型圆弧砂轮高效精密在位修整方法和装置
本专利技术涉及光学元件成形加工
，更具体的说是涉及一种杯型圆弧砂轮高效精密在位修整方法和装置。
技术介绍
目前，大型光学系统对大口径高陡度非球面光学元件的面形精度和表面粗糙度均提出了很高的要求，利用杯型圆弧砂轮采用横向螺旋线加工方式具有很高的加工效率和加工稳定性，砂轮的形状精度、尺寸精度和表面质量，以及对元件加工精度和加工轨迹计算将直接影响元件加工面形精度、表面粗糙度和亚表面缺陷，因此砂轮的高效、高精度、高质量修整变得尤为重要。对于砂轮的修整多采用电火花修整、在线电解修整方法和杯形工具球面包络式修整方法，但是电火花修整、在线电解修整方法只适用于金属基砂修整，并且采用电火花修整多为离线修整，砂轮反复装夹不可避免带来误差，且修整后的砂轮表面质量差，难以控制元件加工亚表面缺陷；采用在线电解修整方法修整精度难以控制，一般用于修锐；采用杯形工具球面包络式修整方法修整，可以修整任意结合剂砂轮，但操作复杂、对修整器刚度要求较高、修整效率较低。上述修整方法均存在修整范围小，难以实现180°包角圆弧砂轮修整的问题。因此，如何实现180°包角的杯型圆弧砂轮高效、高精度和高质量的在位修整是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种杯型圆弧砂轮高效精密在位修整方法和装置，可实现180°包角的杯型圆弧砂轮高效、高精度和高质量在位修整，从而可实现对大口径高陡度非球面光学元件的高效、超精密和低缺陷成形加工。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种杯型圆弧砂轮高效精密在位修整方法，包括以下步骤：步骤1：测量平面修整砂轮半径；步骤2：根据平面修整砂轮半径对机床进行修整，实现平面修整砂轮和杯型圆弧砂轮的对刀；步骤3：设定修整参数，机床根据修整参数利用所述平面修整砂轮采用轮廓复印原理对杯型圆弧砂轮进行修整。优选的，所述步骤1中测量平面修整砂轮半径的具体过程为：步骤11：三轴联动数控机床包括X、Y和Z轴，将位移传感器固定在机床主轴上，并利用机床手轮移动机床X轴和Z轴，将所述位移传感器移动到所述平面修整砂轮圆周面最高点处，位移传感器读数为位移传感器与平面修整砂轮圆周面最高点处的相对位置，移动机床Z轴，使位移传感器读数为0，记录当前机床坐标值(x1，z1)；步骤12：移动机床X轴，移动距离范围为30mm～80mm，移动机床Z轴使位移传感器读数为0，记录当前的机床坐标值(x2，z2)；步骤13：根据两次机床坐标值计算平面修整砂轮半径，计算公式如下：优选的，所述步骤2中采用分中法对刀，分别对机床Y轴方向、X轴方向和Z轴方向进行对刀，提高杯型圆弧砂轮的修整精度，其中对刀过程具体为：步骤21：Y方向对刀；令杯型圆弧砂轮与平面修整砂轮低速自转，利用机床手轮移动机床Y轴，使杯型圆弧砂轮圆弧面与平面修整砂轮一端面接触，将此时机床Z轴和Y轴坐标设置为0；保持机床X轴不动，移动机床Z轴，使杯型圆弧砂轮高于平面修整砂轮后，移动机床Y轴，使杯型圆弧砂轮越过平面修整砂轮，且远离平面修整砂轮另一端面3mm～5mm；再移动机床Z轴到0，然后保持机床X轴和Z轴坐标不动，移动机床Y轴使杯型砂轮圆弧面与平面修整砂轮另一端面接触，此时机床Y轴坐标为y3，将机床Y坐标设置为y3/2；此时如果移动Y轴使Y轴坐标为0，则杯型圆弧砂轮回转轴线和平面修整砂轮圆周面中心在同一平面内；Z轴坐标为0时，杯型圆弧砂轮圆弧的圆心高度位于平面修整砂轮端面圆中心处；步骤22：X方向对刀；令杯型圆弧砂轮与平面修整砂轮低速自转，将机床Y轴移动到0坐标位置，利用机床手轮移动机床X轴，使杯型圆弧砂轮圆弧面与平面修整砂轮圆周面一侧接触，将此时机床X轴坐标设置为0；然后保持机床Y轴坐标不动，移动机床Z轴，使杯型圆弧砂轮高于平面修整砂轮后，移动机床X轴，使杯型圆弧砂轮越过平面修整砂轮，且远离平面修整砂轮圆周面另一侧3mm～5mm；再移动机床Z轴至原位置，保持机床Y轴和Z轴坐标不动，移动机床X轴使杯型砂轮圆弧面与平面修整砂轮圆周面另一侧接触，此时机床X轴坐标为x3，将机床X坐标设置为[x3/2+(D/2-rw)]，x3≤0，或者设置为[x3/2-(D/2-rw)]，x3>0，其中D和rw分别为杯型圆弧砂轮直径和圆弧修整半径；步骤23：Z方向对刀；令杯型圆弧砂轮与平面修整砂轮低速自转，将机床X轴和Y轴移动到0坐标位置，利用机床手轮移动机床Z轴，使杯型圆弧砂轮底面与平面修整砂轮圆周面接触，将此时Z轴坐标设置为rw+rgc。优选的，所述步骤3中采用轮廓复印原理对杯型圆弧砂轮进行修整，控制杯型圆弧砂轮在机床XZ平面做圆弧插补往复运动，同时在Y向做往复运动，完成对杯型圆弧砂轮的修整，其中圆弧插补运动轨迹如下式所示：式中：i为当前修整细分数；j为当前修整次数；h为平面修整砂轮宽度；dp为修整进给量；m为修整细分数；步骤31：对三轴联动数控机床设置参数；在机床数控程序中输入平面修整砂轮半径rgc、杯型圆弧砂轮圆弧半径rw、杯型圆弧砂轮圆弧包角θ、平面修整砂轮转速ngc、杯型圆弧砂轮转速nw、进给速度v、修整细分数m、修整进给量dp和修整次数n；步骤32：按照设定参数计算所述杯型圆弧砂轮的圆弧插补运动轨迹，运行机床数控程序，令杯型圆弧砂轮和平面修整砂轮自转，控制机床X轴、Y轴和Z轴按照圆弧插补运动轨迹进行移动实现初始修整；在初始修整的同时，进行修整液循环过滤，运行机床数控程序，控制修整液循环过滤系统工作，水泵将修整液存储罐里含有矿物油的过滤水泵出，经过过滤器过滤后喷淋到杯型圆弧砂轮和平面修整砂轮表面的接触位置，再经由接水盘自然回流到修整液存储罐中；步骤33：对杯型圆弧砂轮形貌进行在位监测；令杯型圆弧砂轮低速自转，采用机床主轴上的位移传感器沿Z轴方向低速进给，测量获得杯型圆弧砂轮表面三维形貌，并计算杯型圆弧砂轮轮廓偏差；步骤34：根据杯型圆弧砂轮轮廓偏差对所述杯型圆弧砂轮进行补偿修整；若杯型圆弧砂轮轮廓偏差大于2μm，则将杯型圆弧砂轮轮廓偏差δz作为补偿量叠加到圆弧插补运动轨迹中，直至杯型圆弧砂轮轮廓偏差小于或等于2μm，补偿修整运动轨迹如下式所示：式中：k为预先设定的修整系数，取值在0～1之间；θ为杯型圆弧砂轮圆弧包角；i为当前修整细分数；m为修整细分数；x0,y0,z0分别为补偿修整后的运动轨迹坐标值。一种杯型圆弧砂轮高效精密在位修整装置，包括，三轴联动数控机床、砂轮修整器、平面修整砂轮和修整液循环过滤系统；其中，所述砂轮修整器安装在所述三轴联动数控机床的机床工作台上，所述平面修整砂轮通过法兰固定在所述砂轮修整器主轴上，杯型圆弧砂轮安装在所述三轴联动数控机床的机床主轴上；机床主轴和机床工作台上均安装有位移传感器，能够测量与杯型圆弧砂轮表面的距离；所述修整液循环过滤系统包括接水盘、修整液回收管、修整液喷淋管水泵、过滤器和修整液存储罐；所述修本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种杯型圆弧砂轮高效精密在位修整方法，其特征在于，包括以下具体步骤：/n步骤1：测量平面修整砂轮半径；/n步骤2：根据平面修整砂轮半径对机床进行修整，实现平面修整砂轮和杯型圆弧砂轮的对刀；/n步骤3：设定修整参数，机床根据修整参数利用所述平面修整砂轮采用轮廓复印原理对所述杯型圆弧砂轮进行修整。/n

【技术特征摘要】
1.一种杯型圆弧砂轮高效精密在位修整方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
步骤1：测量平面修整砂轮半径；
步骤2：根据平面修整砂轮半径对机床进行修整，实现平面修整砂轮和杯型圆弧砂轮的对刀；
步骤3：设定修整参数，机床根据修整参数利用所述平面修整砂轮采用轮廓复印原理对所述杯型圆弧砂轮进行修整。


2.根据权利要求1所述的一种杯型圆弧砂轮高效精密在位修整方法，其特征在于，所述步骤1中测量平面修整砂轮半径的具体过程为：
步骤11：三轴联动数控机床包括X、Y和Z轴，将位移传感器固定在机床主轴上，并利用机床手轮移动机床X轴和Z轴，将所述位移传感器移动到所述平面修整砂轮圆周面最高点处，移动机床Z轴，使位移传感器读数为0，记录当前的机床坐标值(x1，z1)；
步骤12：移动机床X轴，移动距离范围为30mm～80mm，移动机床Z轴使位移传感器读数为0，记录当前的机床坐标值(x2，z2)；
步骤13：根据两次机床坐标值计算平面修整砂轮半径，计算公式如下：





3.根据权利要求2所述的一种杯型圆弧砂轮高效精密在位修整方法，其特征在于，所述步骤2中采用分中法对刀，分别对机床Y轴方向、X轴方向和Z轴方向进行对刀；其中对刀过程具体为：
步骤21：Y方向对刀；令杯型圆弧砂轮与平面修整砂轮低速自转，利用机床手轮移动机床Y轴，使杯型圆弧砂轮圆弧面与平面修整砂轮一端面接触，将此时机床Z轴和Y轴坐标设置为0；保持机床X轴不动，移动机床Z轴，使杯型圆弧砂轮高于平面修整砂轮后，移动机床Y轴，使杯型圆弧砂轮越过平面修整砂轮，且远离平面修整砂轮另一端面3mm～5mm；再移动机床Z轴到0，然后保持机床X轴和Z轴坐标不动，移动机床Y轴使杯型砂轮圆弧面与平面修整砂轮另一端面接触，此时机床Y轴坐标为y3，将机床Y坐标设置为y3/2；
步骤22：X方向对刀；令杯型圆弧砂轮与平面修整砂轮低速自转，将机床Y轴移动到0坐标位置，利用机床手轮移动机床X轴，使杯型圆弧砂轮圆弧面与平面修整砂轮圆周面一侧接触，将此时机床X轴坐标设置为0；然后保持机床Y轴不动，移动机床Z轴，使杯型圆弧砂轮高于平面修整砂轮后，移动机床X轴，使杯型圆弧砂轮越过平面修整砂轮，且远离平面修整砂轮圆周面另一侧3mm～5mm；再移动机床Z轴至原位置，保持机床Y轴和Z轴坐标不动，移动机床X轴使杯型砂轮圆弧面与平面修整砂轮圆周面另一侧接触，此时机床X轴坐标为x3，将机床X坐标设置为[x3/2+(D/2-rw)]，x3≤0，或者设置为[x3/2-(D/2-rw)]，x3>0，其中D和rw分别为杯型圆弧砂轮直径和圆弧修整半径；
步骤23：Z方向对刀；令杯型圆弧砂轮与平面修整砂轮低速自转，将机床X轴和Y轴移动到0坐标位置，利用机床手轮移动机床Z轴，使杯型圆弧砂轮底面与平面修整砂轮圆周面接触，将此时...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦前才，周炼，陈贤华，郑楠，李洁，张清华，王健，刘民才，许乔，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川;51