[发明专利]一种非球面圆弧包络磨削的对刀误差补偿方法及系统

说明书

本发明公开了一种非球面圆弧包络磨削的对刀误差补偿方法及系统，建立非球面的几何模型；基于非球面几何模型建立圆弧面平行砂轮表面几何模型；当存在进给方向对刀误差，基于非球面几何模型和砂轮表面几何模型之间的相对运动关系，建立进给方向的对刀误差模型；当存在侧向方向对刀误差，基于非球面几何模型和砂轮表面几何模型之间的相对运动关系，建立侧向对刀误差模型；根据磨削后工件的表面轮廓判断对刀误差方向，基于进给方向的对刀误差模型和侧向对刀误差模型进行对刀误差补偿。本发明避免了非球面工件外圆柱面直径误差和圆柱度误差对砂轮对刀精度的影响；可用于自动对刀误差补偿，提高了加工效率。

技术领域

本发明属于数控加工技术领域，具体涉及一种非球面圆弧包络磨削的对刀误差补偿方法及系统。

背景技术

激光核聚变装置、大口径天文望远镜、高分辨率对地观测系统和光刻机等对超精密非球面光学元件具有极大的需求，其精度制约着相关领域的发展。一般采用磨削、抛光和聚焦离子束修形的方法加工非球面光学元件。由于抛光和修形工艺的材料去除率极低，为了减小后续工艺的材料去除深度，从而降低工件的加工时间，高精度、低损伤的超精密磨削技术是非球面光学元件的关键制造工艺。超精密非球面光学元件广泛采用圆弧面平形砂轮，以圆弧包络磨削的方法进行加工。

砂轮对刀精度对非球面的磨削精度具有显著影响。在非球面光学元件的磨削过程中，可以根据砂轮几何形状确定砂轮与工件的公称相对位置。但是由于砂轮的形状和尺寸误差、法兰盘在砂轮轴向的安装误差和工件厚度尺寸偏差等，计算得到的该相对位置具有较大误差。所以，需要在X、Y、Z三个方向对刀，从而保证在加工过程中砂轮和工件之间具有正确的相对运动关系。X和Y方向的对刀使砂轮最低点通过转台中心，Z方向的对刀确定镜片矢高，从而精确确定砂轮与工件的相对位置。

粗对刀时采用工件的外圆和上表面作为基准，确定砂轮在X、Y、和Z三个方向的磨削起点。在X方向进行对刀时，坐标Z值保持不变，砂轮分别从X轴的正、负方向逼近镜片外圆，分别记下砂轮与工件接触时的机床X坐标x₁和x₂，x₁和x₂的中心即为工件的X向零点，即：x₀＝(x₁+x₂)/2。

由于毛坯的圆柱面存在较大的制造误差，且难以准确判断砂轮与工件之间的接触状态，上述对刀方法的精度较低，需要开发其它的方法提高砂轮的对刀精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种非球面圆弧包络磨削的对刀误差补偿方法及系统，解决金刚石磨粒测量和建模精度不高的问题，破测量仪器对砂轮尺寸限制。

本发明采用以下技术方案：

一种非球面圆弧包络磨削的对刀误差补偿方法，包括以下步骤：

S1、建立非球面的几何模型；

S2、基于步骤S1得到的非球面几何模型，建立圆弧面平行砂轮表面几何模型；

S3、当存在进给方向对刀误差，基于步骤S1建立的非球面几何模型和步骤S2建立的砂轮表面几何模型之间的相对运动关系，建立进给方向的对刀误差模型；

S4、当存在侧向方向对刀误差，基于步骤S1建立的非球面几何模型和步骤S2建立的砂轮表面几何模型之间的相对运动关系，建立侧向对刀误差模型；

S5、根据磨削后工件的表面轮廓判断对刀误差方向，基于步骤S3建立的建立进给方向的对刀误差模型和步骤S4建立的侧向对刀误差模型进行对刀误差补偿。

具体的，步骤S1中，非球面的几何模型为：