CN110814930A - 一种用于SiC材料光学元件加工的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于SiC材料光学元件加工的装置及方法，其中，该方法包括如下步骤：(1)将SiC材料光学元件镜坯放置到回转工作台上，镜面筋位置朝上；(2)通过专用工装给SiC材料光学元件镜坯定位；(3)根据SiC材料光学元件镜坯选择金刚石砂带的砂带型号、磨削接触力、砂带线速度和机器人的进给速度；(4)根据偶次项非球面方程得到三维模拟加工轨迹；(5)将金刚石砂带安装在末端执行器砂带机上，使镜面筋与金刚石砂带接触，并按步骤(3)中的磨削接触力、砂带线速度和机器人的进给速度及步骤(4)中的三维模拟加工轨迹对镜面筋进行磨削加工。本发明解决了加工过程风险大，易产生崩边、裂纹等质量缺陷、加工可靠性差，加工效率低的技术问题。

Description

一种用于SiC材料光学元件加工的装置及方法
技术领域
本发明属于光学制造技术领域，尤其涉及一种用于SiC材料光学元件加工的装置及方法。
背景技术
空间光学元件一般是指空、天环境下的机载和星载的平面、球面和非球面光学元件。SiC光学元件具有密度低、抗辐照性能好、热学性能稳定、比强度和比刚度高等特点，大大降低了光学元件主镜的重量，是迄今为止最理想的超轻主镜光学元件镜体材料之一。但是，相比于传统光学玻璃，SiC材料光学元件存在材料脆性、硬度大等特性，因而难以实现SiC光学元件高效、高可靠、高精度的加工。特别是大口径、轻质、薄型空间光学元件的加工，精度高、难度大、周期长，是世界先进光学制造技术领域的研究热点。
SiC材料光学元件，尤其是反射镜一般采用烧结工艺制作成形，工艺复杂、烧结面形精度低，镜坯反射面往往留有3～5mm的加工余量，同时，为防止烧结成形过程开裂，大口径镜坯上分布多条工艺筋以满足成形要求。由于成形工艺方法的限制，光学元件在成形后无法直接作为零件使用，需要进行大量的机械加工去除余量，才能满足高精密光学元件的使用要求。尤其航天领域应用中，光学元件的结构形式、尺寸精度、形位精度要求比较严苛，元件在材料制备后的机械加工工作量较多，加工周期长，而且现有加工方法多以刚性加工为主，加工过程存在效率低、风险高、难度大等问题。
国外在大口径非球面光学元件加工技术领域，先后发展了超精密砂轮磨削技术、确定平面面形数控抛光技术、非球面小工具数控抛光技术、磁流体抛光技术、等离子体抛光技术、离子束抛光技术等新技术，已经掌握了相关工艺设备、单项工艺技术及应用的工艺技术。但这些技术设备成本高，操作难度大，要求操作人员具有较高技术水平和相当长行业内加工经验。
我国中大口径非球面光学元件加工技术领域，制造装备普遍比较落后，粗加工阶段大量采用单轴摆式的古典法研磨系统，加工精度极度依赖于操作人员的经验，产品精度重复性较差、效率低，加工一片φ500mm非球面镜需要半年以上时间。精加工阶段随着数控机床研抛加工系统的引进，利用超精密砂轮磨削技术、可用于铣磨、抛光加工非球面，但对机床的刚度和强度要求高，尤其是大口径光学元件、受数控机床限制，对设备性能要求极高，设备昂贵，通用性不强，同时需要带有特殊防护的专用加工设备，对操作人员的技能水平要求也较高。
对于大口径非球面光学工件而言，由于加工材料的脆性，光学元件镜面余量除加工过程要避免刚性磨削产生崩边、裂纹等灾难性质量问题，提高加工的可靠性；同时，解决加工周期长、加工阶段提高生产效率，减少对操作人员的要求。现有的加工设备和刚性加工手段，加工质量稳定性差、加工效率低，需要寻找更加安全有效的加工方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于SiC材料光学元件加工的装置及方法，根据光学元件本身的成分，材料特性，结构形状和性能，集成安全有效、行程合适的柔性加工装置，合理的磨削参数、以及磨削程序，包括砂带特性，磨削接触力、砂带转速，工业机器人加砂带磨削末端执行器运动速度，机器人路径等，通过装置的集成和工艺方法的选用，解决了SiC光学元件陶瓷基硬脆材料加工过程风险大，易产生崩边、裂纹等质量缺陷、加工可靠性差，加工效率低的技术问题。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种用于SiC材料光学元件加工的方法，所述方法包括如下步骤：(1)将SiC材料光学元件镜坯放置到回转工作台上，镜面筋位置朝上；(2)通过专用工装给SiC材料光学元件镜坯定位；(3)根据SiC材料光学元件镜坯选择金刚石砂带的砂带型号、磨削接触力、砂带线速度和机器人的进给速度；(4)根据偶次项非球面方程得到三维模拟加工轨迹；(5)将金刚石砂带安装在末端执行器砂带机上，启动工业机器人柔性加工装置，使镜面筋与金刚石砂带接触，并按步骤(3)中的磨削接触力、砂带线速度和机器人的进给速度及步骤(4)中的三维模拟加工轨迹对镜面筋进行磨削加工，其中，回转工作台协调转动，力控浮动法兰控制恒力加工，冷却除尘系统对加工部位进行冷却。
上述用于SiC材料光学元件加工的方法中，在步骤(2)中，所述专用工装包括固定螺母、双头螺柱、侧向支撑板、调整架、第一连接螺钉、第二连接螺钉、侧向支撑柱、背部可调工装和底部衬垫；其中，回转工作台上相对应SiC材料光学元件镜坯最大外径的位置处加工安装点螺孔；所述固定螺母和双头螺柱将侧向支撑柱和侧向支撑板安装并固定在回转工作台上，侧向支撑板的内侧面与SiC材料光学元件镜坯最大外径接触；所述调整架的一个壁通过第一连接螺钉与侧向支撑板相连接，所述调整架的另一个壁通过第二连接螺钉与侧向支撑柱相连接，第一连接螺钉的松紧调整调整架，从侧向限位侧向支撑板的轴向位置；回转工作台和SiC材料光学元件镜坯之间设置底部衬垫，背部可调工装与SiC材料光学元件镜坯的底部接触。
上述用于SiC材料光学元件加工的方法中，在步骤(3)中，金刚石砂带的砂带基材选用聚酯树脂薄膜基材，厚度为2mm～2.5mm，断裂强度为1200N/5cm～3000N/5cm；金刚石砂带采用波浪式平接接头，断裂强度≥1800N/5cm。
上述用于SiC材料光学元件加工的方法中，在步骤(3)中，金刚石砂带的砂带型号为40目～200目，磨削接触力为0～800N，砂带线速度为10n/min～3000n/min，机器人的进给速度为1mm/s～30mm/s。
上述用于SiC材料光学元件加工的方法中，在步骤(4)中，偶次项非球面方程为：
Figure BDA0002253454190000031
其中，Z为镜面的凹陷度，r为镜面的孔径半径，即光线在非球面入射高，c为曲率半径的倒数，
Figure BDA0002253454190000042
R0为顶点处曲率半径，k为圆锥系数，即偏心率的倒数，k＝-e2，e为偏心率，a1、a2、a3、A均为高次非球面系数。
上述用于SiC材料光学元件加工的方法中，在步骤(5)中，所述工业机器人柔性加工装置包括重载型工业机器人、末端执行器砂带机、力控浮动法兰、数控回转工作台、冷却除尘系统和控制系统；其中，所述重载型工业机器人上设置有轴调节机械臂，在调节机械臂的末端接口有转接支架，通过转接支架将末端执行器砂带机、力控浮动法兰与调节机械臂连接；所述控制系统用于控制重载型工业机器人和末端执行器砂带机的轨迹运动及位姿，同时控制力控浮动法兰的力控数值；所述数控回转工作台用于放置SiC材料光学元件镜坯；所述金刚石砂带设置于所述末端执行器砂带机上；所述冷却除尘系统与所述数控回转工作台相连接，所述冷却除尘系统用于冷却末端执行器砂带机的金刚石砂带与SiC材料光学元件镜坯接触加工区域。
一种用于SiC材料光学元件加工的装置，包括：重载型工业机器人、末端执行器砂带机、力控浮动法兰、数控回转工作台、冷却除尘系统和控制系统；其中，所述重载型工业机器人上设置有轴调节机械臂，在调节机械臂的末端接口有转接支架，通过转接支架将末端执行器砂带机、力控浮动法兰与调节机械臂连接；所述控制系统用于控制重载型工业机器人和末端执行器砂带机的轨迹运动及位姿，同时控制力控浮动法兰的力控数值；所述数控回转工作台用于放置SiC材料光学元件镜坯；金刚石砂带设置于所述末端执行器砂带机上；所述冷却除尘系统与所述数控回转工作台相连接，所述冷却除尘系统用于冷却末端执行器砂带机的金刚石砂带与SiC材料光学元件镜坯接触加工区域。
上述用于SiC材料光学元件加工的装置中，金刚石砂带的砂带基材选用聚酯树脂薄膜基材，厚度为2mm～2.5mm，断裂强度为1200N/5cm～3000N/5cm；金刚石砂带采用波浪式平接接头，断裂强度≥1800N/5cm。
上述用于SiC材料光学元件加工的装置中，金刚石砂带的砂带型号为40目～200目，磨削接触力为0～800N，砂带线速度为10n/min～3000n/min，机器人的进给速度为1mm/s～30mm/s。
一种专用工装，包括：固定螺母、双头螺柱、侧向支撑板、调整架、第一连接螺钉、第二连接螺钉、侧向支撑柱、背部可调工装和底部衬垫；其中，回转工作台上相对应SiC材料光学元件镜坯最大外径的位置处加工安装点螺孔；所述固定螺母和双头螺柱将侧向支撑柱和侧向支撑板安装并固定在回转工作台上，侧向支撑板的内侧面与SiC材料光学元件镜坯最大外径接触；所述调整架的一个壁通过第一连接螺钉与侧向支撑板相连接，所述调整架的另一个壁通过第二连接螺钉与侧向支撑柱相连接，第一连接螺钉的松紧调整调整架，从侧向限位侧向支撑板的轴向位置；回转工作台和SiC材料光学元件镜坯之间设置底部衬垫，背部可调工装与SiC材料光学元件镜坯的底部接触。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明通过工业机器人抓取加砂带磨削末端执行器，砂带机上弹性接触轮、柔性砂带等柔性加工工具与SiC材料光学元件表面接触，通过砂带高速运转进行磨削加工，柔性接触砂带磨削加工的方式解决刚性接触砂轮磨削易造成的崩边，裂纹问题，确保加工的可靠性；
(2)本发明针对光学元件待加工表面的结构特性，试验总结出安全高效的工艺参数，机器人路径优化的沿工艺筋去除的加工轨迹，逐层层扫式整体加工方式，对比传统刚性加工断续磨削，可有效提高加工效率，并确保加工过程安全可靠。
(3)利用本发明的工业机器人加砂带磨削末端执行器装置及方法，砂带周长远远大于砂轮，参与加工区面积大、材料去除率大，加工效率高。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的专用工装的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的用于SiC材料光学元件加工的装置示意图；
图3是本发明实施例提供的柔性加工方法的立体示意图一；
图4是本发明实施例提供的柔性加工方法的立体示意图二；
图5是本发明实施例提供的柔性加工方法的立体示意图三。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图2是本发明实施例提供的用于SiC材料光学元件加工的装置示意图。如图2所示，该用于SiC材料光学元件加工的装置包括重载型工业机器人1、末端执行器砂带机2、力控浮动法兰3、数控回转工作台4、冷却除尘系统5和控制系统；其中，
所述重载型工业机器人1上设置有6轴调节机械臂，在调节机械臂的末端接口有转接支架，通过转接支架将末端执行器砂带机2、力控浮动法兰3与调节机械臂连接；所述控制系统用于控制重载型工业机器人1和末端执行器砂带机2的轨迹运动及位姿，同时控制力控浮动法兰3的力控数值；所述数控回转工作台4用于放置SiC材料光学元件镜坯；所述金刚石砂带设置于所述末端执行器砂带机2上；所述冷却除尘系统5与所述数控回转工作台4相连接，所述冷却除尘系统5用于冷却末端执行器砂带机2的金刚石砂带与SiC材料光学元件镜坯接触加工区域。
重载型工业机器人1上设置有6轴调节机械臂，在调节机械臂的末端接口有转接支架，通过转接支架将末端执行器砂带机2、力控浮动法兰3与机械臂连接，控制系统用于控制工业机器人1、末端执行器砂带机2的轨迹运动及位姿，同时控制力控浮动法兰3的力控数值，精度可控在±2.2N，数控回转工作台4用于放置SiC材料光学元件镜坯、既可自控转动，也可通过控制系统集成联动，冷却除尘系统5根据数控回转工作台4和工业机器人1的工作位置，排布在周边、并设置有冷却循环水槽，冷却除尘系统5冷却水喷头端与工业机器人1连接，随工业机器人1、末端执行器砂带机2的运动轨迹随动，冷却水喷射在末端执行器砂带机2砂带与镜坯接触加工区域。
控制系统控制工业机器人、末端执行器、力控浮动法兰、数控回转工作台、冷却系统实现相互联动，光学元件镜坯放置在回转工作台上、在回转工作台上定位，控制系统控制工业机器人驱动末端执行器砂带机按离线编程预设的运行轨迹、位姿及特定工艺参数，在光学元件表面移动，数控回转工作台协调转动，并通过自适应力补偿执行器力控浮动法兰、采用恒力磨削方式对光学元件镜面筋等余量进行磨削加工，冷却系统对加工部位进行冷却、同时收集加工过程产生的粉尘。
该装置将数控工作台构造成位置固定保持该光学元件定位不动(或以工作台为圆心转动)，将可驱动砂带运行的末端执行器安装在工业机器人的多关节可调机械臂的末端，末端执行器包括三角形支撑框架、驱动轮、张紧轮、接触轮、驱动电机、张紧气缸、纠偏机构，驱动轮、张紧轮、接触轮分别位于三角形的三个顶点，轮外圆包裹砂带，通过驱动电机驱动轮系与砂带转动，通过张紧气缸和纠偏装置控制砂带张紧和调偏，通过接触轮驱动砂带与工件接触磨削加工。该装置通过力控浮动法兰控制接触轮磨削接触力，通过冷却系统对装置和光学元件加工过程进行冷却。
通过机器人加砂带末端执行器带动柔性的砂带高速旋转，以安全高效的工艺参数和优化的加工轨迹，逐层层扫式整体加工方式，相对于该光学元件移动，以便通过所述砂带末端执行器对所述光学元件的表面进行磨削加工。
本实施还提供了一种用于SiC材料光学元件加工的方法，该方法包括如下步骤：
(1)将SiC材料光学元件镜坯放置到回转工作台4上，镜面筋位置朝上；
(2)通过专用工装给SiC材料光学元件镜坯定位；
(3)根据SiC材料光学元件镜坯选择金刚石砂带的砂带型号、磨削接触力、砂带线速度和机器人的进给速度；
(4)根据偶次项非球面方程得到三维模拟加工轨迹；
(5)将金刚石砂带安装在末端执行器砂带机2上，启动工业机器人柔性加工装置，使镜面筋与金刚石砂带接触，并按步骤3中的磨削接触力、砂带线速度和机器人的进给速度及步骤4中的三维模拟加工轨迹对镜面筋进行磨削加工，其中，回转工作台4协调转动，力控浮动法兰3控制恒力加工，冷却除尘系统5对加工部位进行冷却。
在步骤(2)中，如图1所示，专用工装包括固定螺母100、双头螺柱800、侧向支撑板200、调整架300、第一连接螺钉410、第二连接螺钉420、侧向支撑柱500、背部可调工装600和底部衬垫700；其中，回转工作台上相对应SiC材料光学元件镜坯最大外径的位置处加工安装点螺孔；所述固定螺母100和双头螺柱800将侧向支撑柱500和侧向支撑板200安装并固定在回转工作台上，侧向支撑板200的内侧面与SiC材料光学元件镜坯最大外径接触；所述调整架300的一个壁通过第一连接螺钉410与侧向支撑板200相连接，所述调整架300的另一个壁通过第二连接螺钉420与侧向支撑柱500相连接，第一连接螺钉410的松紧调整调整架300，从侧向限位侧向支撑板200的轴向位置；回转工作台和SiC材料光学元件镜坯之间设置底部衬垫700，背部可调工装600与SiC材料光学元件镜坯的底部接触。
由于SiC材料光学元件镜坯为硬脆材料，专用工装需保证镜坯在加工过程中位置稳定，无明显振颤和窜动，工装主要起限位和防止振颤的功能，因此针对镜坯特点，在非加工区域的镜坯圆周和底部，设计专用的在侧向限位和底部支撑、防震颤的专用工装。
金刚石砂带特征要求如下：
1)砂带基材选用聚酯树脂薄膜基材，厚度2mm～2.5mm、断裂强度1200N/5cm～3000N/5cm，具有防水功能。
2)砂带砂粒材质选用金刚石材料，目数40目～200目，采用电镀的方式附着在基材上。
3)砂带宽度要求：
Figure BDA0002253454190000091
4)砂带长度要求：与三角砂带机匹配，长度允差±5mm。
5)砂带接头要求：采用波浪式平接接头，断裂强度≥1800N/5cm，具有防水功能。
在步骤(3)中，金刚石砂带的砂带型号为40目～200目，磨削接触力为0～800N，砂带线速度为10n/min～3000n/min，机器人的进给速度为1mm/s～30mm/s。
在步骤(4)中，偶次项非球面方程为：
Figure BDA0002253454190000092
其中，Z为镜面的凹陷度，r为镜面的孔径半径，
Figure BDA0002253454190000093
即光线在非球面入射高，c为曲率半径的倒数，
Figure BDA0002253454190000094
R0为顶点处曲率半径，k为圆锥系数，即偏心率的倒数，k＝-e2，e为偏心率，a1、a2、a3、A均为高次非球面系数。
实施例
一种基于工业机器人的SiC材料光学元件加工方法，该方法的步骤包括：
1)实验材料：SiC材料镜坯，中600mm口径、中1500mm口径镜坯，工艺筋宽6mm～10mm，十字网格和三角形网格排列。
2)采用的工业机器人柔性加工装置可参见图1。该工业机器人柔性加工装置包括重载型工业机器人1、末端执行器砂带机2、力控浮动法兰3、数控回转工作台4、冷却除尘系统5和控制系统6。所述的重载型工业机器人1上设置有6轴调节机械臂，在调节机械臂的末端接口有转接支架，通过转接支架将末端执行器砂带机2、力控浮动法兰3与机械臂连接，控制系统6用于控制工业机器人1、末端执行器砂带机2的轨迹运动及位姿，同时控制力控浮动法兰3的力控数值，精度可控在±2.2N，数控回转工作台4用于放置SiC材料光学元件镜坯、既可自控转动，也可通过控制系统6集成联动，冷却除尘系统5根据数控回转工作台4和工业机器人1的工作位置，排布在周边、并设置有冷却循环水槽，冷却除尘系统5冷却水喷头端与工业机器人1连接，随工业机器人1、末端执行器砂带机2的运动轨迹随动，冷却水喷射在末端执行器砂带机2砂带与镜坯接触加工区域。
3)将SiC材料光学元件镜坯放置到回转工作台4上，镜面筋位置朝上，保证位置在工业机器人1、末端执行器砂带机2臂展可加工范围内，利用工装定位。
4)S1设定合理的磨削参数：磨削砂带型号40目～200目，接触力小于500N，砂带转动速度10～3000n/min，加工位姿与光学元件非球面理论球体半径一致，接触位置与镜面筋垂直，机器人的进给速度1mm/s～30mm/s。
5)S2编制机器人柔性加工装置离线编程及加工轨迹:加工轨迹示意图可以参见图3、图4和图5；通过控制系统内的计算机设备模型预存模块调入镜坯3D模型、设备3D模型、根据输入的模型编制沿工艺筋方向的加工轨迹，加工方向沿工艺筋、接触部位垂直于加工筋表面、空间角度与光学元件非球面球底半径SR一致，轨迹设定生成工业机器人1、末端执行器砂带机2运动轨迹，机器人运动仿真模块根据运动轨迹虚拟模拟机器人运动，并检查机器人运动过程有无机械限位、与镜坯干涉和碰撞产生，直至机器人运动轨迹合理。
6)操作人员通过工件坐标工作原点，校准工业机器人1、末端执行器砂带机2模拟运动轨迹的原点和实际砂带机与镜坯加工的工具坐标，校准机器人运动轨迹的加工准确度，校准后，手工操作示教器，操作工业机器人1、末端执行器砂带机2位于加工区域外、数控回转工作台外的起始位置。
7)启动工业机器人柔性加工装置控制系统，使镜坯筋与砂带接触，并按S1中的数据及S2中的加工轨迹进行加工，回转工作台协调转动，力控浮动法兰控制恒力加工，冷却系统对加工部位进行冷却、冷却液可覆盖整个镜坯面，加工的粉尘可溶在冷却液中，随冷却液通过冷却液循环水槽，回流至循环利用的装置，直至加工完成，工业机器人1、末端执行器砂带机2离开加工区域，返回起始位置。
本实施例根据光学元件本身的成分，材料特性，结构形状和性能，集成安全有效、行程合适的柔性加工装置，合理的磨削参数、以及磨削程序，包括砂带特性，磨削接触力、砂带转速，工业机器人加砂带磨削末端执行器运动速度，机器人路径等，通过装置的集成和工艺方法的选用，旨在解决SiC光学元件陶瓷基硬脆材料加工过程风险大，易产生崩边、裂纹等质量缺陷、加工可靠性差，加工效率低等技术问题。
本实施例通过工业机器人抓取加砂带磨削末端执行器，砂带机上弹性接触轮、柔性砂带等柔性加工工具与SiC材料光学元件表面接触，通过砂带高速运转进行磨削加工，柔性接触砂带磨削加工的方式解决刚性接触砂轮磨削易造成的崩边，裂纹问题，确保加工的可靠性。
本实施例针对光学元件待加工表面的结构特性，试验总结出安全高效的工艺参数，机器人路径优化的沿工艺筋去除的加工轨迹，逐层层扫式整体加工方式，对比传统刚性加工断续磨削，可有效提高加工效率，并确保加工过程安全可靠。
本实施例的砂带周长远远大于砂轮，参与加工区面积大、材料去除率大，加工效率高。
本实施例与传统数控机床相比，装置灵活、具有开放式、针对大口径光学元件加工装置可模块化扩展、利用多台组合加工，较传统数控机床模式节省设备成本1/10-1/8，可明显提高加工效率。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于SiC材料光学元件加工的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将SiC材料光学元件镜坯放置到回转工作台(4)上，镜面筋位置朝上；
(2)通过专用工装给SiC材料光学元件镜坯定位；
(3)根据SiC材料光学元件镜坯选择金刚石砂带的砂带型号、磨削接触力、砂带线速度和机器人的进给速度；
(4)根据偶次项非球面方程得到三维模拟加工轨迹；
(5)将金刚石砂带安装在末端执行器砂带机(2)上，启动工业机器人柔性加工装置，使镜面筋与金刚石砂带接触，并按步骤(3)中的磨削接触力、砂带线速度和机器人的进给速度及步骤(4)中的三维模拟加工轨迹对镜面筋进行磨削加工，其中，回转工作台(4)协调转动，力控浮动法兰(3)控制恒力加工，冷却除尘系统(5)对加工部位进行冷却。
2.根据权利要求1所述的用于SiC材料光学元件加工的方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述专用工装包括固定螺母(100)、双头螺柱(800)、侧向支撑板(200)、调整架(300)、第一连接螺钉(410)、第二连接螺钉(420)、侧向支撑柱(500)、背部可调工装(600)和底部衬垫(700)；其中，
回转工作台上相对应SiC材料光学元件镜坯最大外径的位置处加工安装点螺孔；
所述固定螺母(100)和双头螺柱(800)将侧向支撑柱(500)和侧向支撑板(200)安装并固定在回转工作台上，侧向支撑板(200)的内侧面与SiC材料光学元件镜坯最大外径接触；
所述调整架(300)的一个壁通过第一连接螺钉(410)与侧向支撑板(200)相连接，所述调整架(300)的另一个壁通过第二连接螺钉(420)与侧向支撑柱(500)相连接，第一连接螺钉(410)的松紧调整调整架(300)，从侧向限位侧向支撑板(200)的轴向位置；
回转工作台和SiC材料光学元件镜坯之间设置底部衬垫(700)，背部可调工装(600)与SiC材料光学元件镜坯的底部接触。
3.根据权利要求1所述的用于SiC材料光学元件加工的方法，其特征在于：在步骤(3)中，金刚石砂带的砂带基材选用聚酯树脂薄膜基材，厚度为2mm～2.5mm，断裂强度为1200N/5cm～3000N/5cm；金刚石砂带采用波浪式平接接头，断裂强度≥1800N/5cm。
4.根据权利要求1所述的用于SiC材料光学元件加工的方法，其特征在于：在步骤(3)中，金刚石砂带的砂带型号为40目～200目，磨削接触力为0～800N，砂带线速度为10n/min～3000n/min，机器人的进给速度为1mm/s～30mm/s。
5.根据权利要求1所述的用于SiC材料光学元件加工的方法，其特征在于：在步骤(4)中，偶次项非球面方程为：
Figure FDA0002253454180000021
其中，Z为镜面的凹陷度，r为镜面的孔径半径，
Figure FDA0002253454180000022
即光线在非球面入射高，c为曲率半径的倒数,
Figure FDA0002253454180000023
R0为顶点处曲率半径，k为圆锥系数，即偏心率的倒数，k＝-e2,e为偏心率，a1、a2、a3、A均为高次非球面系数。
6.根据权利要求1所述的用于SiC材料光学元件加工的方法，其特征在于：在步骤(5)中，所述工业机器人柔性加工装置包括重载型工业机器人(1)、末端执行器砂带机(2)、力控浮动法兰(3)、数控回转工作台(4)、冷却除尘系统(5)和控制系统；其中，
所述重载型工业机器人(1)上设置有6轴调节机械臂，在调节机械臂的末端接口有转接支架，通过转接支架将末端执行器砂带机(2)、力控浮动法兰(3)与调节机械臂连接；
所述控制系统用于控制重载型工业机器人(1)和末端执行器砂带机(2)的轨迹运动及位姿，同时控制力控浮动法兰(3)的力控数值；
所述数控回转工作台(4)用于放置SiC材料光学元件镜坯；
所述金刚石砂带设置于所述末端执行器砂带机(2)上；
所述冷却除尘系统(5)与所述数控回转工作台(4)相连接，所述冷却除尘系统(5)用于冷却末端执行器砂带机(2)的金刚石砂带与SiC材料光学元件镜坯接触加工区域。
7.一种用于SiC材料光学元件加工的装置，其特征在于包括：重载型工业机器人(1)、末端执行器砂带机(2)、力控浮动法兰(3)、数控回转工作台(4)、冷却除尘系统(5)和控制系统；其中，
所述重载型工业机器人(1)上设置有6轴调节机械臂，在调节机械臂的末端接口有转接支架，通过转接支架将末端执行器砂带机(2)、力控浮动法兰(3)与调节机械臂连接；
所述控制系统用于控制重载型工业机器人(1)和末端执行器砂带机(2)的轨迹运动及位姿，同时控制力控浮动法兰(3)的力控数值；
所述数控回转工作台(4)用于放置SiC材料光学元件镜坯；
金刚石砂带设置于所述末端执行器砂带机(2)上；
所述冷却除尘系统(5)与所述数控回转工作台(4)相连接，所述冷却除尘系统(5)用于冷却末端执行器砂带机(2)的金刚石砂带与SiC材料光学元件镜坯接触加工区域。
8.根据权利要求7所述的用于SiC材料光学元件加工的装置，其特征在于：金刚石砂带的砂带基材选用聚酯树脂薄膜基材，厚度为2mm～2.5mm，断裂强度为1200N/5cm～3000N/5cm；金刚石砂带采用波浪式平接接头，断裂强度≥1800N/5cm。
9.根据权利要求7所述的用于SiC材料光学元件加工的装置，其特征在于：金刚石砂带的砂带型号为40目～200目，磨削接触力为0～800N，砂带线速度为10n/min～3000n/min，机器人的进给速度为1mm/s～30mm/s。
10.一种专用工装，其特征在于包括：固定螺母(100)、双头螺柱(800)、侧向支撑板(200)、调整架(300)、第一连接螺钉(410)、第二连接螺钉(420)、侧向支撑柱(500)、背部可调工装(600)和底部衬垫(700)；其中，
回转工作台上相对应SiC材料光学元件镜坯最大外径的位置处加工安装点螺孔；
所述固定螺母(100)和双头螺柱(800)将侧向支撑柱(500)和侧向支撑板(200)安装并固定在回转工作台上，侧向支撑板(200)的内侧面与SiC材料光学元件镜坯最大外径接触；
所述调整架(300)的一个壁通过第一连接螺钉(410)与侧向支撑板(200)相连接，所述调整架(300)的另一个壁通过第二连接螺钉(420)与侧向支撑柱(500)相连接，第一连接螺钉(410)的松紧调整调整架(300)，从侧向限位侧向支撑板(200)的轴向位置；
回转工作台和SiC材料光学元件镜坯之间设置底部衬垫(700)，背部可调工装(600)与SiC材料光学元件镜坯的底部接触。
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