[发明专利]主轴的复合运动参数选取方法、控制装置和复合运动系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学镜片加工技术领域，特别涉及一种主轴的复合运动参数选取方法。还涉及一种基于该复合运动参数选取方法的控制装置和复合运动系统。

背景技术

在光学镜片加工中，一般通过加工中心主轴驱动磨头对光学镜片的表面进行加工，磨头对镜片材料的去除分布及加工速率常用数学函数模型定量描述，该数学模型被称为去除函数。去除函数的理论模型一般基于Preston线性假设。待加工光学镜片的表面误差分布被称为面形误差。光学镜片加工的过程实际就是利用去除函数对面形误差进行卷积的过程，通过反卷积的求解可以得到驻留时间，即磨头在工件表面每点加工的停留时间。随着计算机技术的发展，上述过程可以通过计算机控制实现，该技术称为CCOS(英文全称为Computer controller optical surfacing)技术，现代光学加工普遍采用CCOS技术。磨头的运动形式不同，其得到的去除函数也不同。目前常用的一种去除函数为高斯型的去除函数，其在光学加工中具有较好的面形收敛效果。为了获得高斯型去除函数，主轴驱动磨头进行平转动运动实现了该型去除函数，即主轴为拐轴，拐轴的两端分别与驱动装置和磨头连接，主轴的转动轴线与磨头的中心轴线之间存在径向偏移，从而通过主轴旋转实现磨头的平转动。

现有高斯型去除函数在解决待加工工件边缘处的收敛问题时，面临边缘效应：一方面，当磨头中心过于接近工件边缘(伸出率高)时，会引起边缘处压力集中，导致去除函数分布发生变化而影响去除精度，甚至造成磨头倾覆；反之，如果磨头伸出率低，去除函数峰值在工件内侧，造成工件边缘的材料去除量明显偏低，产生翘边。比如，当磨头运动到光学镜片边缘时，去除函数的峰值却无法到达镜片边缘，此时磨头中心距镜片边缘100mm，因此无论如何运算或控制驻留时间，考虑到镜片边缘磨头平转动存在偏心，则在90mm范围内总会出现由于去除峰值无法到达边缘而产生的翘边，这便是边缘效应产生“翘边”的原因；而当磨盘伸出镜片边缘尺寸增加，从而使峰值去除向镜片边缘移动时，翘边的区域宽度虽然会缩窄，但翘边问题依然存在，而且随着磨盘伸出镜片边缘尺寸增加，受力变化而导致的去除函数突变会导致去除量局部突增的风险增加，便产生了急“塌边”问题。因此，不能为了消除翘边而过多地增加磨头伸出镜片边缘的尺寸。这就造成了光学镜片的边缘无法完全卷积。

为了解决高斯型去除函数在边缘处无法完全卷积的问题，最近公开了的一种H-Z尖刀去除函数，该去除函数通过两种运动合成来实现，即通过磨头的平转动和自转运动合成实现，在保持平转动高斯型去除函数优异的体积去除率等优点的基础上，使去除函数的峰值去除率向去除函数边缘移动，这样，即使磨头不必过多伸出光学镜片边缘也能使去除率峰值达到光学镜片的外边缘，从而在避免塌边的同时解决了翘边的问题，从算法上实现了光学镜片边缘处的类完全卷积收敛，实现了边缘效应的抑制，提高了磨头在工件边缘的材料去除效率。具体的H-Z尖刀去除函数可参见论文《提高大口径光学反射镜加工收敛效率的关键技术研究》中的描述。但是在进行不同工况下的光学镜片的边缘去除时，如何确定H-Z尖刀去除函数的工作参数，以达到较好的去除效率，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种主轴的复合运动参数选取方法，以确定不同工况下H-Z尖刀去除函数的工作参数，从而有效抑制光学镜片的边缘效应。

本发明的另一个目的在于提供了一种基于该复合运动参数选取方法的控制装置和复合运动系统，以有效抑制光学镜片的边缘效应。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种主轴的复合运动参数选取方法，包括：

对具有不同磨头偏心比e和尖刀系数k的多个H-Z尖刀去除函数分别进行模拟仿真，绘制出每个所述H-Z尖刀去除函数的翘边残余率TUR随磨头伸出率S变化曲线图；

根据所述H-Z尖刀去除函数的翘边残余率TUR随磨头伸出率S变化曲线图，选取达到所述翘边残余率TUR的目标值的磨头伸出率S、磨头偏心比e和尖刀系数k的取值范围进行组合，其中，所述翘边残余率TUR由边缘剩余翘边量A₃和去除函数的实际边缘去除量A₁得到，所述尖刀系数k等于磨头的最大自转角度与2π的比值，所述磨头偏心比e等于磨头平转动的旋转半径与磨头直径的比值，所述磨头伸出率S等于磨头最大伸出长度与去除函数的最大抛光直径的比值。