[发明专利]可重构少轴超精密大型光学镜面磨削系统

权利要求书

1.一种可重构少轴超精密大型光学镜面磨削系统，其特征是，包括：

磨床参数数据库模块，用于记录少轴超精密数控磨床的参数；

磨削工艺数据库模块，用于记录磨削条件、使用的工艺参数、可达到的镜面质量；

人机交互模块，用于接受用户的输入并显示系统运行的中间结果；

约束条件构造模块，用于结合所述人机交互模块以及从数据库接口获取的所述磨床参数数据库和所述磨削工艺数据库中记录的信息，提供磨削系统的系统约束条件；

工艺步骤与工艺参数生成模块，用于根据系统约束条件来确定磨削的工艺步骤与工艺参数；

砂轮几何参数重构模块，用于在所述系统约束条件的基础上重构砂轮几何参数；

虚拟轴生成模块，用于根据砂轮几何参数和系统约束条件，虚拟出两个几何位置确定的旋转轴；

少轴轨迹规划与局部干涉检查模块，用于在所述虚拟轴生成模块提供的所述几何位置确定的旋转轴以及根据所述工艺步骤与工艺参数生成模块提供的磨削过程中间曲面的几何性质，重构砂轮的运动轨迹，生成无局部干涉的砂轮磨削运动轨迹；

砂轮磨损预测与轨迹修正模块，用于根据所述砂轮几何参数重构模块提供的砂轮几何参数和所述少轴轨迹规划与局部干涉检查模块提供的砂轮运动轨迹，预测砂轮磨削过程中几何参数与轮廓的变化并获得砂轮运动轨迹的修正量；

少轴加工代码生成模块，用于根据所述少轴轨迹规划与局部干涉检查模块提供的砂轮运动轨迹、所述砂轮磨损预测与轨迹修正模块提供的砂轮运动轨迹修正量以及所述工艺步骤与工艺参数生成模块提供的磨床主轴转速和砂轮进给速度，生成磨床数控系统的加工代码；

少轴超精密数控磨床执行模块，用于通过所述少轴加工代码生成模块提供的加工代码，对光学镜面进行加工；

砂轮整形修锐模块，用于根据所述砂轮几何参数重构模块提供的砂轮几何参数，对砂轮进行轮廓的整形；及

镜面质量检测模块，用于在加工过程中为所述砂轮磨损预测与轨迹修正模块提供镜面面形精度，以及在加工后检测光学镜面的表面质量，并将结果与当次磨削的磨削条件和磨削工艺参数一起记录到所述磨削工艺数据库模块。

2.根据权利要求1所述的可重构少轴超精密大型光学镜面磨削系统，其特征在于，所述少轴超精密数控磨床执行模块具有采用三移动轴形式的磨床，其采用拱形双梁形式，主轴位于双梁之间，所述主轴的倾斜角度可调，可加工最的超精密光学镜面的最大口径为2m；所述少轴超精密数控磨床执行模块通过数控系统通信接口从所述少轴加工代码生成模块获得加工代码以对光学镜面进行加工。

3.根据权利要求1或2所述的可重构少轴超精密大型光学镜面磨削系统，其特征在于，所述约束条件构造模块根据所述人机交互模块、所述磨削工艺参数数据库模块以及所述磨床参数数据库模块来构造系统约束条件；所述约束条件构造模块为所述砂轮几何参数重构模块提供系统约束条件，包括：磨床的模态频率、磨削线速度、光学镜面的几何表达式、面形精度与表面粗糙度；为所述工艺步骤与工艺参数生成模块提供的相同或相似镜坯材料、相同或相近镜面目标质量条件下的工艺参数；以及为所述虚拟轴生成模块提供磨床的几何尺寸参数及各轴运动的极限位置。

4.根据权利要求1所述的可重构少轴超精密大型光学镜面磨削系统，其特征在于，所述工艺步骤与工艺参数生成模块根据所述约束条件构造模块提供的系统约束条件，根据相同或相似镜坯材料、相同或相近镜面目标质量条件下的已有的工艺参数确定当次磨削的工艺步骤和各步骤采用的工艺参数。

5.根据权利要求1所述的可重构少轴超精密大型光学镜面磨削系统，所述砂轮几何参数重构模块用于重构砂轮几何参数，其特征在于：根据磨削工艺确定的磨削线速度、机床的模态，获得砂轮的直径；根据局部不干涉和磨削材料去除率下限的要求确定砂轮的切削半径；根据磨削点在砂轮圆周方向上的分布角度和局部不干涉的要求，确定砂轮轴倾斜角，砂轮轴的倾斜角即是磨床主轴的倾斜角；根据待加工工件曲面的高斯映射的像域在砂轮曲面的高斯映射的像域内的要求，获得砂轮边界角。

6.根据权利要求1所述的可重构少轴超精密大型光学镜面磨削系统，其特征在于，所述虚拟轴生成模块，根据所述砂轮几何参数重构模块提供的砂轮几何参数和所述约束条件构造模块提供的磨床的几何尺寸参数、各轴运动的极限位置，虚拟出两个几何位置确定的旋转轴，获得虚拟五轴磨床，从运动学的角度所述虚拟五轴磨床与实际的五轴磨床等效。