CN104440385A - 高精度非球面铣磨加工边缘效应的补偿方法 - 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；利用轮廓仪对标准方程加工后的工件面型进行检测，参照轮廓仪所得出的检测报告进行补正，利用补正后的数据得出补正刀路，对刀具的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加工边缘效应现象，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边缘效应的补偿方法

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边缘效应的补偿方法。

背景技术

铣磨机加工高精度面型非球面，需要先经过非球面成型铣磨，然后进行非球面精度测量，根据测量数据再进行非球面误差补偿铣磨加工。如果这时候利用原始测量数据进行补偿铣磨加工就往往会产生加工工件边缘塌边或者是翘边的情况，直接导致面型精度超差；不能满足加工精度要求。

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，铣磨机为了弥补这段加工区间的数据盲区就会自行添加加工数据，形成一个自由刀路；这样就会使刀具抬高或降低，产生加工工件的边缘坍陷或跷起的现象。

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，避免工件出现边缘塌边或翘边现象。

本发明的技术解决方案如下：

一种高精度非球面铣磨加工边缘效应的补偿方法，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，选取最接近工件中心的一条轮廓作为补正依据所使用的数据。

步骤3、利用轮廓仪对标准方程加工后的工件面型进行检测，参照轮廓仪所得出的检测报告进行补正。

步骤3.1将补正数据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，

步骤3.2观察导入的数据，一般情况下由于轮廓仪特性的关系，检测的有效数据范围(非塌边翘边部分)要小于工件的尺寸；同时加工的刀具的下刀点都会大于工件的尺寸，从外部下刀；这个时候下刀点到有效补偿检测数据点就形成了一个数据盲区。铣磨机为了弥补这段加工区间的数据盲区就会自行添加加工数据，形成一个自由刀路；这样就会使刀具抬高或降低，产生加工工件的边缘坍陷或跷起的现象。当该第一段非球面工件的半径值(R`)等于图纸要求的非球面工件半径值(R)，则可以视为铣磨机不会形成自由刀路，可以直接使用。

步骤4、将检测数据导入软件內，可以看到边缘部分有明显的塌边或者翘边现象，去除这一部分，将补正曲线数据外接拟合球面曲线或者切向延长，将刀路延长到略大于工件加工直径(根据实际需要延长1mm到2mm)，使得刀路光顺，不会产生突变，从而撞刀，影响到工件面型精度。

步骤5、使用补正刀路进行加工，加工完成后送去检测，，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、再次修正塌边翘边后使用新的补正刀路进行加工，加工完成后送去检测，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边缘塌边或翘边现象，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为补偿之前的塌边检测图(塌边约为0.04mm)

图3为补偿之后的检测图(塌边被修正至3μm以下)

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，加工完后送去检测。

步骤2.通过轮廓仪X,Y方向自动找寻最高点来确定工件的中心，之后利用轮廓仪对标准方程加工后的工件面型进行检测以获取面型测量数据。

步骤3、将该测量数据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＝138.47<理论直径D＝140。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2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、人工检查第一次使用生成的补正刀路，以保证不会出现突变点影响加工走刀的刀路，因为加工时砂轮磨损较大，所以选择再根据实际情况，添加复合一根指数函数曲线(y＝e^x)对刀路进行再修正，从而减小砂轮半径变化产生的误差。

步骤6、第一次使用修改后的补正刀路对工件进行补正刀路加工，利用轮廓仪对补正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，我们需要将起始点向X正方向(也就是将刀具向右侧靠拢)进行偏移。

步骤7、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 (2)

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、通过轮廓仪X,Y方向自动找寻最高点来确定半径陡峭的工件的中心或通过三坐标测量外圆来确定平缓的工件中心并加以标记后，利用轮廓仪对标准方程加工后的工件面型进行检测以获取面型测量数据；

步骤3、将测量数据导入软件內，对边缘部分出现的塌边或者翘边现象，通过数据修正软件内的高斯函数修正来获得补正曲线数据，将补正曲线数据外接拟合球面曲线或者切向延长，将刀路延长到大于工件加工直径，使得刀路光顺，不产生突变；

步骤4、使用补正刀路进行加工，加工完成后送去检测，观察检测到的偏差曲线，对刀具X轴方向的正负进行调整；

步骤5、再次修正塌边翘边后使用新的补正刀路进行加工，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5、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，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(根据加工方向决定正方向)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(根据加工方向决定负方向)进行偏移。