[发明专利]一种慢刀伺服下过渡区刀具轨迹优化超精密车削方法

说明书

本发明公开一种慢刀伺服下过渡区刀具轨迹优化超精密车削方法，利用直线运动轴X、Z及具有角度定位的车削主轴C共同构成的三轴超精密单点金刚石车床上实现。针对离轴或者多个阵列的相同或非相同光学面将刀具轨迹分为切削区和过渡区。在切削区，刀具沿着光学面矢高方向运动，将待加工工件进行切削；在过渡区，结合切削区矢高方程特征建立自定义刀具轨迹方程，使刀具从切削区的上一条切削轨迹末端平滑运动到下一条切削轨迹的起点。相对于现有技术，本发明设计的过渡区刀具轨迹满足慢刀伺服下的平稳车削，主轴C在转动过程中加速度保持连续无突变，加工质量较高，刀具补偿计算简单。

技术领域

本发明涉及一种慢刀伺服下过渡区刀具轨迹优化超精密车削方法，属光学超精密加工技术领域，具体涉及一种过渡区刀具轨迹优化的计算方法。

背景技术

目前，超精密加工技术领域分为超精密车削、超精度磨削和抛光三种技术。超精密车削技术的代表之一则是由旋转主轴C、导轨X轴和刀具Z轴构成的单点金刚石车床。慢刀伺服车削是对车床主轴与Z轴均进行精密控制，使车床主轴变成角度可控的C轴，此时机床的X、Z、C三轴在空间构成了柱坐标系，车床控制系统的所有运动轴发送插补进给指令，精确协调主轴和刀具的相对运动，实现对复杂面形零件的车削加工。

此外，慢刀伺服下刀具Z轴和导轨X轴往往同时作正弦往复运动，受车床滑座惯性及电动机响应速度影响，其动态响应速度较低，适合加工面形连续无突变的复杂光学器件。但在实际光学面的加工需求中，往往存在各种问题，比如多个不同的阵列反射镜或大离轴量(离轴量超过车床口径)非球面等，此时传统的加工方式一般都是将大离轴量非球面镜移到车床中心，直接慢刀伺服车削。但此车削方式效率极低，且刀具后角易与光学面触碰，影响面型；另一种方式则是将多个光学参数相同的大离轴镜均匀分布于加工的夹具上，镜子中心与车床中心的距离小于离轴距离，此时就会存在过渡区和切削区。切削区由镜子本身矢高方程决定，过渡区则需要采用人工方式补偿。在专利“大离轴量离轴非球面镜的一种超精密车削加工方法”中提到过渡区的补齐方式直接以刀具Z向矢高保持不变来实现，这就使得过渡区矢高与切削区不圆滑连续，造成车床切削-过渡区的主轴C加速度突变，易出现抖动瞬停现象，影响整体切削速度和精度；并且此专利无法解决面型不同的阵列光学面，比如凹凸相间的非球面或自由曲面。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，以优化过渡区的刀具轨迹提供一种慢刀伺服下超精密车削方法，该方法能够保证过渡区和切削区的Z轴进给平滑，车床主轴C的加速度连续无突变，适合绝大多数的离轴面或阵列面车削。

实现本发明目的的技术方案包括如下步骤：

首先在慢刀伺服工作模式下根据已知切削区面型矢高特征，建立第n路径圈的过渡区刀具轨迹方程，设

其中，ρ_nT为刀具轨迹Z_nT在xy平面上投影点与原点o的距离极径；A_ni为B为待求系数；θ_T是ρ_nT与x轴的夹角，θ_nT∈[θ₁，θ₂]；对于几个切削区为凸型或凹型离轴光学面等均阵列时，

其中在一个切削-过渡-切削区域内，待求系数A_ni和B的总未知系数个数为4，此系数的求解需满足如下边界条件，

Z_nT(ρ₁，θ₁)＝Z_a(ρ₁，θ₁)， (2)

Z_nT(ρ₂，θ₂)＝Z_b(ρ₂，θ₂)， (3)