CN112207877A - 一种环形抛光中沥青抛光盘表面螺旋槽的生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环形抛光中沥青抛光盘表面螺旋槽的生成方法，规划螺旋路径，螺旋路径包括逆时针和顺时针两组，首先确定单条螺旋路径的两个端点分别对应抛光盘表面的半径，同组螺旋路径中相邻螺旋路径的夹角，以及单条螺旋路径的扫描角度；然后设定逆时针和顺时针两组螺旋路径中第一条螺旋路径起点的极角均为零度，计算每条逆时针螺旋路径和顺时针螺旋路径起点的极角；最后设定铣刀开槽时抛光盘的转速，计算铣刀在半径方向的移动速度，通过机床控制铣刀以规划的螺旋路径在沥青抛光盘表面铣削生成螺旋槽。

Description

一种环形抛光中沥青抛光盘表面螺旋槽的生成方法
技术领域
本发明涉及光学加工技术领域，更具体的说是涉及一种环形抛光中沥青抛光盘表面螺旋槽的生成方法。
背景技术
环形抛光是加工大口径平面光学元件的关键技术之一。环形抛光机床通常采用大尺寸、热稳定性良好的天然花岗岩制成抛光盘基盘，基盘表面浇制环形的沥青胶层作为抛光盘。沥青抛光盘的环带表面依次放有修正盘和工件盘，其中修正盘用于修正和控制抛光盘的形状误差，而工件盘则用于把持光学元件。加工时抛光盘、修正盘、工件盘均以一定的转速绕逆时针方向匀速旋转，放在工件盘内的光学元件在沥青抛光盘及其承载的抛光颗粒作用下产生材料去除从而形成光学表面。
沥青抛光盘表面通常开有沟槽来改善抛光液的分布均匀性，抛光盘表面的开槽图案对材料去除均匀性和面形误差具有非常重要的影响。传统方法主要采用环形开槽图案，但是由于环形结构特征叠加光学元件的旋转运动使得光学元件表面产生环形纹理，从而影响低频面形误差和中频波纹度误差。
因此，如何在环形抛光中抵消光学元件的旋转运动特征，改善光学元件的匀滑性和面形误差是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种环形抛光中沥青抛光盘表面螺旋槽的生成方法，规划螺旋路径，所述螺旋路径包括逆时针和顺时针两组，首先确定单条螺旋路径的两个端点分别对应抛光盘表面的半径，同组螺旋路径中相邻螺旋路径的夹角，以及单条螺旋路径的扫描角度；然后设定逆时针和顺时针两组螺旋路径中第一条螺旋路径起点的极角均为零度，计算每条逆时针螺旋路径和顺时针螺旋路径起点的极角；最后设定铣刀开槽时抛光盘的转速，计算铣刀在半径方向的移动速度，通过机床控制铣刀以规划的螺旋路径在沥青抛光盘表面铣削生成螺旋槽。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种环形抛光中沥青抛光盘表面螺旋槽的生成方法，具体包括以下步骤：
步骤1：规划螺旋路径，所述螺旋路径包括逆时针螺旋路径和顺时针螺旋路径；
步骤2：设定所述逆时针螺旋路径和所述顺时针螺旋路径的极角；
步骤3：设定所述机床铣刀的移动速度和所述沥青抛光盘的转速，通过所述机床控制所述铣刀在所述沥青抛光盘表面移动以规划的所述螺旋路径铣削生成螺旋槽。
优选的，所述步骤1中规划所述螺旋路径时，确定单条所述螺旋路径的起点和终点分别对应抛光盘表面的半径为内半径ri和外半径ro，同组所述螺旋路径中相邻螺旋路径的夹角Ф，以及单条所述螺旋路径的扫描角度θ。
优选的，所述步骤2中设定所述逆时针螺旋路径和所述顺时针螺旋路径中第一条螺旋路径起点的所述极角均为零度，第一条逆时针螺旋路径起点的所述极角u1＝0°，第一条顺时针螺旋路径起点的所述极角v1＝0°；计算第i个逆时针螺旋路径起点的所述极角为ui＝(i-1)Ф，第i个顺时针螺旋路径起点的所述极角为vi＝(1-i)Ф。
优选的，所述步骤3中设定所述铣刀开槽时所述沥青抛光盘的所述转速为w，所述铣刀在所述沥青抛光盘半径方向的所述移动速度为k＝(ro-ri)w/θ，以及所述铣刀的开槽深度；通过所述机床控制所述铣刀以规划的第i个逆时针螺旋路径或第i个顺时针螺旋路径生成螺旋槽的具体过程为：
步骤31：通过所述机床控制所述铣刀上升至所述沥青抛光盘上方，并移至所述第i个逆时针螺旋路径或所述第i个顺时针螺旋路径的起点径向位置，同时控制所述沥青抛光盘旋转至当前所述螺旋路径的起点角度位置Ui或Vi，开启所述铣刀进行高速旋转运动，控制所述铣刀下降至开槽深度位置；
步骤32：联动控制所述铣刀以所述移动速度k移动至终点径向位置以及所述沥青抛光盘以所述转速w按顺时针方向旋转所述扫描角度θ或者按逆时针方向旋转所述扫描角度θ；
步骤34：控制铣刀上升至抛光盘上方，生成第i个逆时针螺旋槽或第i个顺时针螺旋槽；
步骤35：循环所述步骤31至所述步骤34，依次生成其他各条逆时针螺旋槽或顺时针螺旋槽。
优选的，确定同组所述螺旋路径中所述相邻螺旋路径的所述夹角Ф时，所述夹角Ф被360度整除，所述夹角Ф取值范围为5-30度，从而确保整个圆周上各条螺旋路径的夹角一致。
优选的，确定单条所述螺旋路径的所述扫描角度θ时，所述夹角Ф为所述扫描角度θ的整数倍，倍数取值范围为4-8倍，从而确保所述逆时针螺旋槽和所述顺时针螺旋槽在所述沥青抛光盘外侧的终点位置闭合。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种环形抛光中沥青抛光盘表面螺旋槽的生成方法，规划螺旋路径，所述螺旋路径包括逆时针和顺时针两组，首先确定单条螺旋路径的起点和终点分别对应抛光盘表面的半径，同组螺旋路径中相邻螺旋路径的夹角，以及单条螺旋路径的扫描角度；然后设定逆时针和顺时针两组螺旋路径中第一条螺旋路径起点的极角均为零度，计算每条逆时针螺旋路径和顺时针螺旋路径起点的极角；最后设定铣刀开槽时沥青抛光盘的转速，计算铣刀在半径方向的移动速度，通过机床控制铣刀在沥青抛光盘表面以规划的螺旋路径铣削生成螺旋槽。本发明在沥青抛光盘表面设置螺旋形开槽，从而抵消光学元件的旋转运动特征，改善光学元件的匀滑性和面形误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的沥青抛光盘表面螺旋槽示意图；
图2附图为本发明提供的实施例中沥青抛光盘表面生成螺旋槽以后加工的光学元件面形误差示意图；
图3附图为本发明提供的沥青抛光盘表面环形槽示意图；
图4附图为本发明提供的实施例中沥青抛光盘表面生成环形槽以后加工的光学元件面形误差示意图。
图5附图为本发明提供的环形抛光机床结构示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种环形抛光中沥青抛光盘表面螺旋槽的生成方法，应用在一台大型环抛机100上，如图5所示。环抛机100设置有环形沥青抛光盘101，环形沥青抛光盘101的内径、外径和厚度分别为700mm、2500mm、20mm。环形沥青抛光盘101的上方设置有多工位桥架机构102和水平直线导轨103。水平直线导轨103的溜板上设置有垂直直线导轨104，垂直直线导轨104的溜板上设置有高速旋转电机105，高速旋转电机105上设置有开槽铣刀。环抛机100配置有西门子840D数控系统，可以控制开槽铣刀的升降和沿环形沥青抛光盘101径向的移动，以及环形沥青抛光盘101的旋转运动。
沥青抛光盘表面螺旋槽的生成方法具体包括以下步骤：
S1：规划螺旋路径，所述螺旋路径包括逆时针和顺时针两组，确定单条螺旋路径的起点和终点分别对应沥青抛光盘表面的半径，起点半径ri＝700mm，终点半径ro＝2500mm，确定同组螺旋路径中相邻螺旋路径的夹角Ф＝10°，并且确定单条螺旋路径的扫描角度θ＝60°；
S2：设定第一条逆时针螺旋路径起点极角u1＝0°，第一条顺时针螺旋路径起点极角v1＝0°，计算第i个逆时针螺旋路径起点的极角为ui＝(i-1)×10°，第i个顺时针螺旋路径起点的极角为vi＝(1-i)×10°；
S3：设定铣刀开槽时抛光盘的转速为w＝1/18rpm，计算得到铣刀在半径方向的移动速度为k＝600mm/min，通过机床控制铣刀以规划的螺旋路径生成螺旋槽；
首先设定铣刀开槽的深度为4mm，通过机床控制铣刀上升至沥青抛光盘上方，开启铣刀以转速2000rpm进行高速旋转运动，然后依次生成逆时针和顺时针两组螺旋路径的沟槽。生成第1条逆时针螺旋路径的沟槽时，首先控制铣刀移至该条螺旋路径的起点径向位置ri＝700mm，同时控制抛光盘旋转至该条螺旋路径的起点角度位置U1＝0，控制铣刀下降至开槽深度位置；然后联动控制铣刀以速度k＝600mm/min移动至终点径向位置ro＝2480mm，以及抛光盘以转速w＝1/18rpm绕顺时针方向旋转扫描角度θ＝60°，控制铣刀上升至抛光盘上方，完成生成该条螺旋槽；依此即可生成其他各条逆时针螺旋路径的沟槽。生成顺时针螺旋槽与生成逆时针螺旋槽类似，仅在联动控制铣刀的移动和沥青抛光盘的旋转时，沥青抛光盘的旋转方向为逆时针方向。
生成的螺旋槽如图1所示。生成螺旋槽以后进行抛光实验，加工的光学元件的面形误差如图2所示。
传统的环形槽如图3所示，并且进行了抛光实验，加工的光学元件的面形误差如图4所示。可以看出，采用传统的环形槽时，光学元件产生了环带特征，容易影响光学元件的面形误差和中频波纹度误差，而采用螺旋槽时，光学元件表面较为光滑，从而改善了光学元件的面形误差和波纹度误差。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种环形抛光中沥青抛光盘表面螺旋槽的生成方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1：规划螺旋路径，所述螺旋路径包括逆时针螺旋路径和顺时针螺旋路径；
步骤2：设定所述逆时针螺旋路径和所述顺时针螺旋路径的极角；
步骤3：设定机床铣刀的移动速度和沥青抛光盘的转速，通过所述机床控制所述铣刀在所述沥青抛光盘表面移动以规划的所述螺旋路径铣削生成螺旋槽。
2.根据权利要求1所述的一种环形抛光中沥青抛光盘表面螺旋槽的生成方法，其特征在于，所述步骤1中规划所述螺旋路径时，确定单条所述螺旋路径的起点和终点分别对应抛光盘表面的半径为内半径ri和外半径ro，同组所述螺旋路径中相邻螺旋路径的夹角Ф，以及单条所述螺旋路径的扫描角度θ。
3.根据权利要求2所述的一种环形抛光中沥青抛光盘表面螺旋槽的生成方法，其特征在于，所述步骤2中设定所述逆时针螺旋路径和所述顺时针螺旋路径中第一条螺旋路径起点的所述极角均为零度；计算第i个逆时针螺旋路径起点的所述极角为ui＝(i-1)Ф，第i个顺时针螺旋路径起点的所述极角为vi＝(1-i)Ф。
4.根据权利要求3所述的一种环形抛光中沥青抛光盘表面螺旋槽的生成方法，其特征在于，所述步骤3中设定所述铣刀开槽时所述沥青抛光盘的所述转速为w，所述铣刀在所述沥青抛光盘半径方向的所述移动速度为k＝(ro-ri)w/θ，以及所述铣刀的开槽深度；通过所述机床控制所述铣刀以规划的第i个逆时针螺旋路径或第i个顺时针螺旋路径生成螺旋槽的具体过程为：
步骤31：通过所述机床控制所述铣刀上升至所述沥青抛光盘上方，并移至所述第i个逆时针螺旋路径或所述第i个顺时针螺旋路径的起点径向位置，同时控制所述沥青抛光盘以顺时针方向或逆时针方向旋转至当前所述螺旋路径的起点角度位置Ui或Vi，开启所述铣刀进行高速旋转运动，控制所述铣刀下降至开槽深度位置；
步骤32：联动控制所述铣刀以所述移动速度k移动至终点径向位置以及所述沥青抛光盘以所述转速w按顺时针方向旋转所述扫描角度θ或者按逆时针方向旋转所述扫描角度θ；
步骤34：控制铣刀上升至抛光盘上方，生成第i个逆时针螺旋槽或第i个顺时针螺旋槽；
步骤35：循环所述步骤31至所述步骤34，依次生成其他各条逆时针螺旋槽或顺时针螺旋槽。
5.根据权利要求2所述的一种环形抛光中沥青抛光盘表面螺旋槽的生成方法，其特征在于，确定同组所述螺旋路径中所述相邻螺旋路径的所述夹角Ф时，所述夹角Ф被360度整除，所述夹角Ф取值范围为5-30度。
6.根据权利要求2所述的一种环形抛光中沥青抛光盘表面螺旋槽的生成方法，其特征在于，确定单条所述螺旋路径的所述扫描角度θ时，所述夹角Ф为所述扫描角度θ的整数倍，倍数取值范围为4-8倍。
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