CN104400588B - 高精度非球面铣磨加工缺陷的补偿方法 - Google Patents

Abstract

一种高精度非球面铣磨加工缺陷的补偿方法，包括对非球面待加工工件进行标准方程加工；利用轮廓仪对试标准方程加工后的工件面型进行检测，选取最接近图纸要求的非球面半径值，对刀具Y轴方向的正负进行调整；利用轮廓仪对标准方程加工后的工件面型进行检测，观察检测到的偏差曲线，对刀具X轴方向的正负进行调整；本发明有效消除检测数据误差所造成的中心凸台或过切的现象，使得工件面型变得更好更合理，达到技术要求指标。

Description

高精度非球面铣磨加工缺陷的补偿方法

技术领域

本发明涉及超精密加工测量技术领域，具体是一种高精度非球面铣磨加工缺陷的补偿方法。

背景技术

铣磨机加工高精度面型非球面，目前一般采用的是从边缘到中心加工的方法。由于各种各样的原因，时常会遇到工件中心出现一根细小的凸台，凸台一旦受到震动或者砂轮离开时产生的应力，会将这根细小凸台震断，从而形成凹坑甚至裂纹。有时，又会产生过切现象，即将工件顶点切除，形成一个小平台，从而对工件始高产生影响，同时砂轮的磨削面是弧线，所以也有可能形成一个突起的锥台，同样会对工件始高产生影响。

具体是：一般来说，非球面加工的时候，程序所给出的终点是工件的旋转中心。但是实际加工中，砂轮并不一定会恰好落在实际工件的旋转中心上，其中会出现一个中心偏离，而这个偏离，一般分为两种可能性。一种是砂轮没有到达工件中心，这时候可能会产生一根细小的凸台，凸台一旦受到震动或者砂轮离开时产生的应力，会将这根细小凸台震断，从而形成凹坑甚至裂纹。

另一种可能性就是砂轮超过了工件中心，当砂轮超过工件中心的时候，会产生过切现象，有可能会将工件顶点切除，形成一个小平台，从而对工件始高产生影响，同时由于砂轮的磨削面是弧线，所以也有可能形成一个突起的锥台，同样会对工件始高产生影响。

采用轮廓仪对工件进行进行测量，而由于轮廓仪本身性质与铣磨机加工精度限制，往往无法进行全程测量，而工件表面的刀痕凹坑等，也有可能形成突变点，从而影响到检测结果。检测时如果轮廓没有走在工件中心，使得工件的非球面半径值变小，同样也有可能影响到补正数据的结果。

将检测得出的数据导入机床数据文件，也就是将检测面型曲线反向后与原始铣磨曲线进行叠加，同时将叠加后的新曲线转化为数据形成新的铣磨数据，从而进行面型补偿。不过，这种做法只是理论上补正曲线，与实际加工中所需要的曲线会有偏差，而由于检测数据无法做到全程测量，所以如何寻找可靠的程序终点，也就是工件旋转中心，成为了影响补正效果的一大原因。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种高精度非球面铣磨加工缺陷的补偿方法，避免工件中心出现中心凸台或过切现象。

本发明的技术解决方案如下：

一种高精度非球面铣磨加工缺陷的补偿方法，其特点在于，该方法包括如下步骤：

步骤1、对非球面待加工工件进行标准方程加工；

步骤2、利用轮廓仪对标准方程加工后的工件面型进行检测，选取最接近图纸要求的非球面半径值，对刀具Y轴方向的正负进行调整：

步骤2.1选择标准方程加工后工件的接近中心的轮廓位置，利用轮廓仪进行测量，得到第一段非球面半径值；

步骤2.2将该第一段非球面半径值与图纸要求的非球面半径值进行比较：

当该第一段非球面半径值小于图纸要求的非球面半径值，则说明轮廓仪测出的非球面半径值没有经过标准方程加工后工件的中心，在Y轴正方向上距离1mm处再一次选取一段轮廓进行检测，得到第二段非球面半径值；

步骤2.3将该第二段非球面半径值与第一段非球面半径值进行比较：

如果更小了，说明距离标准方程加工后工件的中心更远了，应朝Y轴负方向选取轮廓进行检测；

如果第二段非球面半径值大于第一段非球面半径值，且第一段非球面半径值小于图纸要求的非球面半径值，则向着Y轴正方向继续选取一段轮廓进行检测；

步骤2.4直到第N段非球面半径值接近图纸要求的非球面半径值，并且继续选取轮廓时第N+1段非球面半径值开始变小，说明第N段非球面半径值已经接近于取到工件中心位置。

步骤3、将最接近图纸要求的非球面半径值导入机床软件进行正交分解，得到补正曲线后，进行滤波处理，将滤波后的曲线的加工直径(D)和图纸要求加工直径进行对比，如果，曲线的加工直径小于图纸要求加工直径，则进入步骤4，如果曲线的加工直径等于图纸要求加工直径，则直接进入步骤5

步骤4、通过数据软件计算该图纸要求的非球面的拟合球面半径，将滤波后的曲线的外轮廓延长，或者在补正曲线外的部分添加切向延长线，使得刀路光顺；

步骤5、利用轮廓仪对补正刀路加工后的工件面型进行检测，观察检测到的偏差曲线，对刀具X轴方向的正负进行调整：

对于凸非球面工件：

当检测到的偏差曲线呈现M字形，则说明砂轮没有达到工件的中心，将刀具起始点向X正方向进行偏移；

当检测到的偏差曲线呈现W字形，则说明砂轮超过了工件中心，将刀具起始点向X负方向进行偏移；

对于凹非球面工件：

当检测到的偏差曲线呈现W字形，则说明砂轮没有达到工件的中心，将刀具起始点向X正方向进行偏移；

当检测到的偏差曲线呈现M字形，则说明砂轮超过了工件中心，将刀具起始点向X负方向进行偏移。

步骤6、再次进行新的补正刀路加工，并检测，直到达到图纸加工要求(面型，粗糙度，有效通光口径等)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是有效消除检测数据误差所造成的中心凸台或过切的现象，使得工件面型变得更好更合理，达到技术要求指标。

附图说明

图1为待加工非球面工件的实施例图。

图2为轮廓仪的M字形偏差曲线，面型精度10μm以上。

图3为轮廓仪的W字形偏差曲线。

图4为轮廓仪的M字形偏差曲线补正后的检测图，面型精度在3μm以內。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做详细的说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

图1为待加工非球面工件的实施例图，该非球面的公式如下：

$Z=\frac{c\·r^2}{1+\sqrt{1-(1+k)\·c^2\·r^2}};c=1/307.7;k=-1.3864|$

r为非球面半径，c为半径改善，k为二次曲线

步骤1、首先非球面的r(r＝1/c＝307.7)，k(＝-1.3864)导入铣磨机中，自动生成加工非球面加工曲线的程序，在对刀后对工件进行标准方程加工后送去检测。

步骤2.根据轮廓仪检测反复测量得出的数据，得到最接近图纸要求的非球面半径值；

步骤3、将该值导入软件中并对数据进行正交分解，得出一条补正曲线，这条补正曲线的加工直径D＝268.47<理论直径D＝270。需要对外轮廓进行延长。

步骤4、通过数据软件计算该图纸要求的非球面的拟合球面半径R是327.8609。于是就以R＝327.8609在补正曲线外延长3个mm(使得补正曲线略大于工件理论直径D，便于进刀的时候减小突变和应力)。

步骤5、第一次使用生成的补正刀路对工件进行补正加工后，利用轮廓仪对补正刀路加工后的工件面型进行检测，得到一张M型偏差曲线的检测报告。因为在加工一个凸的非球面工件，程序刀路是向着X正方向进行加工(从左到右EDGE TO SAG)，这时候检测数据得出的是M字形偏差曲线，这说明砂轮没有到达工件中心，需要将起始点向X正方向(也就是将刀具向右侧靠拢)进行偏移。

步骤6、再次使用新生成的补正刀路对工件进行补正加工后送检，之后根据检测报告进行微调修正，直到达到加工要求。

Claims (3)

1.一种高精度非球面铣磨加工缺陷的补偿方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1、对非球面待加工工件进行标准方程加工；

步骤2、利用轮廓仪对标准方程加工后的工件面型进行检测，选取最接近图纸要求的非球面半径值，对刀具Y轴方向的正负进行调整，其中Y轴方向的正方向为后方向，负方向为前方向；

步骤3、将最接近图纸要求的非球面半径值导入机床软件进行正交分解，得到补正曲线后，进行滤波处理，将滤波后的曲线的加工直径D和图纸要求加工直径进行对比，如果，曲线的加工直径小于图纸要求加工直径，则进入步骤4，如果曲线的加工直径等于图纸要求加工直径，则直接进入步骤5；

步骤4、通过数据软件计算该图纸要求的非球面的拟合球面半径，将滤波后的曲线的外轮廓延长，或者在补正曲线外的部分添加切向延长线，使得刀路光顺；

步骤5、利用轮廓仪对补正刀路加工后的工件面型进行检测，观察检测到的偏差曲线，对刀具X轴方向的正负进行调整，其中X轴方向的正方向为右方向，负方向为左方向；

步骤6、再次进行新的补正刀路加工，加工完成后送去检测，直到达到图纸加工要求。

2.根据权利要求1所述的高精度非球面铣磨加工缺陷的补偿方法，其特征在于，所述的步骤2，利用轮廓仪对标准方程加工后的工件面型进行检测，选取最接近图纸要求的非球面半径值，对刀具Y轴方向的正负进行调整，具体方法如下：

步骤2.1选择标准方程加工后工件的接近中心的轮廓位置，利用轮廓仪进行测量，得到第一段非球面半径值R`；

步骤2.2将该第一段非球面半径值R`与图纸要求的非球面半径值R进行比较：

当该第一段非球面半径值R`小于图纸要求的非球面半径值R，则说明轮廓仪测出的非球面半径值R`没有经过标准方程加工后工件的中心，在Y轴正方向上距离1mm处再一次选取一段轮廓进行检测，得到第二段非球面半径值R``；

步骤2.3将该第二段非球面半径值R``与第一段非球面半径值R`进行比较：

如果更小了，说明距离标准方程加工后工件的中心更远了，应朝Y轴负方向选取轮廓进行检测；

如果第二段非球面半径值R``大于第一段非球面半径值R`，且第一段非球面半径值R`小于图纸要求的非球面半径值R，则向着Y轴正方向继续选取一段轮廓进行检测；

步骤2.4直到第N段非球面半径值Rⁿ接近图纸要求的非球面半径值R，并且继续选取轮廓时第N+1段非球面半径值开始变小，说明第N段非球面半径值已经接近于取到工件中心位置。

3.根据权利要求1所述的高精度非球面铣磨加工缺陷的补偿方法，其特征在于，所述的步骤5、利用轮廓仪对补正刀路加工后的工件面型进行检测，观察检测到的偏差曲线，对刀具X轴方向的正负进行调整，具体方法如下：

对于凸非球面工件：

当检测到的偏差曲线呈现M字形，则说明砂轮没有达到工件的中心，将刀具起始点向X正方向进行偏移；

当检测到的偏差曲线呈现W字形，则说明砂轮超过了工件中心，将刀具起始点向X负方向进行偏移；

对于凹非球面工件：

当检测到的偏差曲线呈现W字形，则说明砂轮没有达到工件的中心，将刀具起始点向X正方向进行偏移；

当检测到的偏差曲线呈现M字形，则说明砂轮超过了工件中心，将刀具起始点向X负方向进行偏移。