[发明专利]一种低刚度高精度平面镜的工件旋转法磨削装置及方法

权利要求书

1.一种低刚度高精度平面镜的工件旋转法磨削方法，采用低刚度高精度平面镜的工件旋转法磨削装置，所述的低刚度高精度平面镜的工件旋转法磨削装置包括变形量测量装置和超精密磨床，所述的变形量测量装置包括真空泵(1)、气路控制阀(2)、支架(3)、多孔陶瓷真空吸盘(4)、轮廓仪(6)和计算机(7)；所述的多孔陶瓷真空吸盘(4)位于支架(3)上，多孔陶瓷真空吸盘(4)通过气路控制阀(2)与真空泵(1)连接；多孔陶瓷真空吸盘(4)上面放置低刚度平面镜(5)；所述的轮廓仪(6)与计算机(7)连接，轮廓仪(6)的测头与低刚度平面镜(5)的上表面接触；

所述的真空泵(1)提供低刚度平面镜(5)的真空吸附力；气路控制阀(2)控制真空吸附力的有和无；轮廓仪(6)用于对低刚度平面镜(5)的表面轮廓进行测量；计算机(7)用于读取轮廓仪(6)的测量数据；

所述的超精密磨床砂轮主轴倾角可调的商用超精密磨床；

所述的磨削方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、变形量测量：利用多孔陶瓷真空吸盘(4)、真空泵(1)、气路控制阀(2)和轮廓仪(6)以及计算机(7)来测量低刚度平面镜(5)真空吸附前、后的轮廓，根据该轮廓获得低刚度平面镜(5)真空吸附产生的变形量；其中，定义真空吸附前的低刚度平面镜(5)表面的轮廓形状为f₁(r)；真空吸附后的低刚度平面镜(5)发生变形，其变形后的轮廓形状变为f₂(r)，则，变形量表示为：

f(r)＝f₁(r)-f₂(r)

为了抵消该变形量，确定需要加工的面形轮廓形状为：

h(r)＝-f(r)；

B、砂轮主轴倾角大小反求

依据步骤A所述的轮廓形状h(r)反求计算获得基于工件旋转法的超精密磨床的砂轮主轴相对工件的两个倾角α和β值；

C、磨削：将磨床砂轮主轴相对工件的两个倾角调至α和β，对低刚度平面镜(5)进行超精密磨削。

2.根据权利要求1所述的一种低刚度高精度平面镜的工件旋转法磨削方法，其特征在于：

步骤A所述的变形量测量步骤如下：

将低刚度平面镜(5)置于多孔陶瓷真空吸盘(4)上，先关闭真空泵(1)的气路控制阀(2)，利用轮廓仪(6)对无真空吸附状态下的低刚度平面镜(5)进行面形轮廓测量，通过计算机(7)获取测量轮廓的数据，得到真空吸附前低刚度平面镜(5)的表面轮廓f₁(r)；然后将控制阀打开，此时，低刚度平面镜(5)被吸附在多孔陶瓷真空吸盘(4)上；接着使用轮廓仪(6)对真空吸附下的低刚度平面镜(5)进行面形轮廓测量，得到真空吸附后的低刚度平面镜(5)表面轮廓f₂(r)；通过两个轮廓相减，计算获得低刚度平面镜(5)真空吸附产生的变形量；

步骤B所述的砂轮主轴倾角的反求步骤如下：

设定基于工件旋转法的超精密磨床的砂轮主轴前后方向(11)和左右方向(10)相对工件可调整倾角分别为α和β，根据α和β的大小不同加工出不同的面形，则建立磨床的主轴相对工件的倾角大小与加工出的工件面形的关系为：

g(r)＝z(α,β)

g(r)为加工出的轮廓线方程；

由于h(r)和g(r)不能完全相同，因此设定误差函数ε(α,β)；通过优化的方法获得具体的α和β值，其优化过程如下：

其中，R为低刚度平面镜(5)的直径；

步骤C所述的磨削过程包括以下步骤：

将低刚度平面镜(5)和多孔陶瓷真空吸盘(4)固定在基于工件旋转法的超精密磨床的旋转工作台上，然后启动真空泵(1)使得低刚度平面镜(5)吸附在多孔陶瓷吸盘上；在真空压力的作用下，低刚度平面镜(5)产生变形；根据式(1)计算获得α和β的大小并调整砂轮主轴相对工件的倾角大小；在设定磨床砂轮主轴转速、工件转速和砂轮主轴进给速度的参数下进行磨削加工，磨削去除量大于变形量；最后卸载真空吸附力后，低刚度平面镜(5)发生弹性回弹，加工结束。