[发明专利]高次曲面的精密加工装置及其加工方法

说明书

本发明涉及一种型线为高次曲面的精密加工装置及其加工方法，包括工件回转电机（5）、z向移动电机（1）、磨头伺服电机（2）、磨头（4）、z向移动导轨（6）、x向移动导轨（7）、x向移动电机（8）及伺服电机转台（9）；所述工件回转电机（5）的动力输出端与工件（3）的端部固定相接；所述磨头伺服电机（2）的动力输出端与磨头（4）固定相接；所述磨头伺服电机（2）固定设于伺服电机转台（9）之上。本发明以等微分弧长为型线离散准则进行高次曲面型线的离散，保持工作端切角恒定并反演数控点装置的运行轨迹，其可保持工作端切角恒定，有效避免传统的法线点磨削，适于大口径、大深度旋转内曲面。

技术领域

本发明涉及一种型线为高次曲面的精密加工装置及其加工方法，特别适用于大口径、大深度旋转内曲面的高速点磨削加工。

背景技术

高精密球面或非球面的光学反光镜的光学特性，如反射光斑形状、光照度均匀性等，与其面形的加工精度有直接的关系，且面形精度是影响反光镜光学特性的主要因素。传统数控加工方法中的x、z两轴联动加工、直接仿形或插补加工方法难以满足大口径、深曲面反光镜整体面形的轮廓度要求，且加工曲面容易出现环状波纹棱带，造成反射光线的散射损失。

一般意义上的法线点磨削加工指的是磨头轴切面上的柱面型线与端面的45°角分线与被加工表面当前加工点处的法线重合的加工方式，在加工较大深度内曲面时易造成磨头与工件之间的物理干涉，且数控程序编制时容易出现步进导轨的运动反向从而将导轨的配合间隙误差引入到工件中，这也是影响加工精度的重要原因之一。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种优化高次曲面型线离散的，可保持工作端切角恒定，有效避免传统的法线点磨削，适于大口径、大深度旋转内曲面的高次曲面的精密加工装置。本发明还提供一种高次曲面的精密加工方法。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种高次曲面的精密加工装置，包括工件回转电机、z向移动电机、磨头伺服电机、磨头、z向移动导轨、x向移动导轨、x向移动电机及伺服电机转台；所述工件回转电机的动力输出端与工件的端部固定相接；所述磨头伺服电机的动力输出端与磨头固定相接；所述磨头伺服电机固定设于伺服电机转台之上；所述z向移动电机的动力输出端驱动伺服电机转台沿z向移动导轨水平移动；所述x向移动电机的动力输出端驱动伺服电机转台沿x向移动导轨水平移动；所述磨头伺服电机可随伺服电机转台按设定角度进行旋转。

上述高次曲面的精密加工装置的加工方法，以等微分弧长为型线离散准则进行高次曲面型线的离散，保持工作端切角恒定并反演数控点装置的运行轨迹，以实现高次旋转曲面的精密加工；其具体步骤如下：

(1)将工件安装在工件回转电机前端的卡盘上，并设定高次曲面的顶点为装置坐标系的原点；

(2)将磨头对刀至工件前端的预设磨头进刀位置；

(3)z向移动电机驱动伺服电机转台移动一个步进距离dzzt；x向移动电机驱动伺服电机转台移动一个步进距离dxzt；同时伺服电机转台带动磨头伺服电机及磨头旋转dAzt角度；三个运动共同叠加，使得磨头磨削点沿当前工件加工点的切线方向移动Δ距离；所述装置的工件轴线与磨头旋转轴线在水平平面内共面。

作为一种优选方案，本发明所述高次曲面型线的通用表达式：

x＝f(z)＝a₁zⁿ+a₂z^n-1+a₃z^n-2+…+a_nz+a_n+1

型线为n次多项式曲线，a₁,a₂,…,a_n+1为常数，定义域为{z∈[z_d,z_D],x∈[x_d,x_D]}。