CN102059638B - 一种计算机控制小工具抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计算机控制小工具抛光方法，由计算机控制抛光模的运动，通过对抛光模的运动路线、运动速度和压力的控制，实现抛光，其特征在于：设置三个转轴，控制所述抛光模绕第一转轴自转并且绕第二转轴公转，并控制由抛光模、第一转轴和第二转轴构成的行星运动机构绕第三转轴公转，由此实现对抛光模运动的控制。本发明在加工区域可以获得较理想的去除函数，适宜于数控抛光的实现。
Description
技术领域
本发明属于光学加工领域，具体涉计算机控制抛光工艺中获得理想去除函数的方法。
背景技术
计算机控制小工具抛光技术CCOS，是20世纪70年代发展起来的一项新型光学加工技术。这项技术大大推动了光学零件制造技术的发展，特别是在大口径、高精度非球面的研抛加工中表现出传统方法无法比拟的优势，有取代手工加工的趋势。
CCOS技术即用一个尺寸比加工零件小得多的抛光模，在计算机的控制下，根据测量得到的面型误差，改变抛光模的运动路线、运动速度和压力，对工件表面进行研磨和抛光，从而控制研具或抛光模在不同加工区域表面材料的去除量，修正面型误差，同时达到超光滑表面抛光的目的。计算机控制光学表面成形技术区别于传统的光学加工的最重要的特征就是对去除量的确定性控制，这种确定性的控制体现在对去除函数的控制上。去除函数是抛光模在单位时间内在确定的抛光区域内的材料去除量，用于描述小工具抛光模在工作区域的去除特征。在工件表面上移动去除函数，将每一区域所去除的材料进行叠加，就可以得到工件表面各区的去除量。这一材料去除过程数学描述为工件表面的去除量等于去除函数和驻留时间函数的卷积。去除函数反映了磨头对材料的去除能力以及去除形状。因为工件的面形误差可以通过测量得到, 如果得到磨头的单位去除函数, 用迭代法解反卷积就可以得到整个工件表面的驻留时间分布, 然后把驻留时间转化成进给速度，从而实现对工件面形误差的修正。
要使工件面形误差快速收敛, 从卷积理论的角度来看，要求去除函数必须符合：⑴材料的去除特性旋转对称，去除函数是一个严格的旋转对称函数。⑵去除函数的中心具有最大的去除量，函数具有单个峰值，并且随着半径的增大而衰减到零。⑶在去除函数的最大半径以外，不具备去除材料的能力。⑷以去除函数的半径为自变量，要求函数的斜率在中心峰值和边缘处为零。⑸去除函数为连续的光滑函数。满足以上要求的去除函数为具有强峰值的Gauss 分布函数。
对于数控抛光，去除函数对于工件面形精度的提高具有非常重要的作用，是计算机控制小工具抛光的基础。抛光模的运动方式不同，那么它的去除函数也是不一样的。目前抛光模主要采用两种运动方式：一种是抛光模在平动的同时绕定轴转动，称作平转动；一种是抛光模自转的同时绕公转轴转动，即行星运动，也可称之为双转子运动。然而这两种运动方式产生的去除函数都远离理想的去除函数，加工后期产生的中高频误差严重影响面型的质量。所以设计出合理的抛光模参数和运动形式是产生合理去除函数的关键。
发明内容
本发明目的是提供一种计算机控制小工具抛光方法，以获得更加理想的去除函数，便于数控抛光的实现。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种计算机控制小工具抛光方法，由计算机控制抛光模的运动，通过对抛光模的运动路线、运动速度和压力的控制，实现抛光，设置三个转轴，控制所述抛光模绕第一转轴自转并且绕第二转轴公转，并控制由抛光模、第一转轴和第二转轴构成的行星运动机构绕第三转轴公转，由此实现对抛光模运动的控制。
上述技术方案中，控制抛光模运动的各转轴可以采用电机实现，例如，包括控制抛光模自转的电机M1、控制抛光模公转的电机M2和控制由电机M1、M2组成的行星运动机构公转的电机M0。抛光模的运动方式由上述各电机实现，这种运动方式可以称为三转子运动。行星运动机构控制抛光模自转同时以加工区域中心法线为轴公转的技术属于现有技术，而本发明的特点是，通过行星运动机构绕另一固定轴公转，使得行星运动机构的抛光区在抛光过程中按照一定规律变化，进而叠加出理想去除函数。
上述技术方案中，所述第一转轴的转速W1、第二转轴的转速W2、第三转轴的转速W0、第三转轴与第二转轴之间的距离L0、第二转轴与第一转轴之间的距离L2均连续可调。
所述参数连续可调适应抛光需要。在设计三转子运动机构时要求产生不同形状的去除函数，所述参数连续可调能够方便调节到能产生理想去除函数的参数组合。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.由于本发明的计算机控制小工具抛光采用了抛光模三转子运动的方法，实现了行星运动抛光区域的连续叠加，因而在加工区域可以获得较理想的去除函数，适宜于数控抛光的实现；
2. 本发明的计算机控制小工具抛光采用三转子的运动方式，增加有去除函数优化时的变量，所以可以设计出更加理想的近似于高斯分布的去除函数，有利于消除工件表面中高频误差；
3.当本发明的计算机控制小工具抛光采用的三转子运动机构所述参数连续可调时，可以产生不同形状的去除函数，方便调节到能产生理想去除函数的参数组合，且可以适用于某些特定加工场合的需要；
4. 本发明的计算机控制小工具抛光，特别适合于光学加工，例如反射面加工、透镜加工等需要。
附图说明
图1为本发明实施例一的计算机控制小工具抛光的简易装置结构示意图；
图2为本发明实施例一的计算机控制小工具抛光抛光模运动示意图；
图3为本发明实施例二的计算机控制小工具抛光参数连续可调结构示意图；
图4 为本发明实施例二的抛光区分布结构示意图；
图5为本发明实施例二获得的去除函数示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见附图1和附图2，计算机控制小工具抛光，抛光模采用三转子运动，抛光模以O1为中心在电机M1控制下以角速度W1自转并且以O2为中心在电机M2控制下以角速度W2绕公转，同时使这一由电机M1、M2组成的行星运动机构在电机M0控制下绕O以角速度W0公转，通过计算机分别控制三个电机的转速，以及转轴O的运动，由此实现数控抛光。
实施例二：参见附图3，计算机控制小工具抛光，行星运动机构公转转速、抛光模公转转速、抛光模自转转速、电机M0的轴心线与电机M2轴心线之间的距离L0、电机M1轴心线与电机M2轴心线之间的距离L2连续可调。
计算机控制小工具抛光，所述抛光模半径13mm，L2=4.5mm，L0=12mm, W1= 20rpm，W2=140rpm，W0=1.75rpm，根据实际工艺条件，工件固定，聚氨酯圆形抛光模，工作压力250g ，环境温度摄氏20度，1~3μm粒度氧化铈抛光粉，按照图1运动方式对一块K9平面定点连续抛光15min。
参见附图4和附图5所示，为本实施例形成的抛光区的分布结构示意图，由附图5 可以更清楚地看出，去除函数为近似高斯函数。
Claims (2)
1. 一种计算机控制小工具抛光方法，由计算机控制抛光模的运动，通过对抛光模的运动路线、运动速度和压力的控制，实现抛光，其特征在于：设置三个转轴，控制所述抛光模绕第一转轴自转并且绕第二转轴公转，并控制由抛光模、第一转轴和第二转轴构成的行星运动机构绕第三转轴公转，由此实现对抛光模运动的控制。
2. 根据权利要求1所述的计算机控制小工具抛光方法，其特征在于：所述第一转轴的转速W1、第二转轴的转速W2、第三转轴的转速W0、第三转轴与第二转轴之间的距离L0、第二转轴与第一转轴之间的距离L2均连续可调。
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