[发明专利]基于刀具磨损补偿的迭代式超大口径反射镜铣磨加工方法

说明书

本发明公开了一种基于刀具磨损补偿的迭代式超大口径反射镜铣磨加工方法，属于大口径光学曲面镜加工技术领域。本发明的方法是检测上一次磨削后反射镜镜面的面型误差并假设以上误差均来自于刀具磨损，通过主动地调整磨削加工的名义磨削深度，来补偿刀具磨损造成的面型误差；本发明的铣磨加工方法不存在传统加工方法的未磨削走刀距离，从而提高了磨削效率；并且由于其不需要重复对刀，能够明显提高铣磨的加工精度。

技术领域

本发明涉及一种补偿刀具磨损的迭代式超大口径反射镜精密铣磨加工方法，属于光学曲面镜加工技术领域。

背景技术

随着地面天文光学观测技术以及空间光学技术的不断发展，对于光学系统的集光能力、视场范围和分辨率等提出了越来越高的要求。而增大反射镜有效口径作为提高光学系统性能最为核心和根本的技术手段，使得超大口径反射镜越来越广泛地被用于各种光学系统中。随着反射镜口径的不断增大，对光学加工效率和精度都提出了越来越高的要求。

大型和超大口径反射镜由于自重较大，要求镜体结构一般为超轻型轻量化结构。碳化硅复合陶瓷材料拥有性能稳定、热膨胀系数低、密度低、比强度和比刚度大等良好的物理力学性能，是超轻反射镜的理想材料之一。但是，由于碳化硅材料极高的硬度(SiC：维氏硬度23.1-24.6GPa)和耐磨性，在其铣磨加工中，存在剧烈的刀具磨损，降低了磨削精度和效率较低。这一问题在大口径和超大口径反射镜的铣磨加工中更为突出。大口径和超大口径反射镜，单次走刀的磨削长度达到数公里，毛坯的总体去除量往往达到数千万立方毫米。这使得单次进给的磨削深度往往无法完成一次走刀，刀具磨损严重影响着磨削效率和精度。

传统的碳化硅复合陶瓷材料铣磨是通过在磨削起始位置不断进给，多次重复铣削来完成的，铣磨加工中由于刀具磨损，单次走到不能完全切到整个镜面；后一次走到需要在起始位置重新对刀，在开始磨削位置真正切到镜面；随着不断地重复走刀，空走距离不断加长，未切削的长度不断减小，以最终完成整个精密的磨削。这种加工方式存在大量的未去除加工时间，且需要在磨削起始位置多次对刀，降低了磨削精度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于刀具磨损补偿的迭代式超大口径反射镜铣磨加工方法，既检测上一次磨削后反射镜镜面的面型误差并假设以上误差均来自于刀具磨损，通过主动地调整磨削加工的名义磨削深度，来补偿刀具磨损造成的面型误差；该铣磨加工方法不存在传统加工方法的未磨削走刀距离，从而提高了磨削效率；并且由于其不需要重复对刀，能够明显提高铣磨的加工精度。

基于刀具磨损补偿的迭代式超大口径反射镜铣磨加工方法，该铣磨加工方法使用的设备主要包括五轴龙门铣磨机床、接触式面型测量探头、面型误差和加工程序处理计算机；

实现该方法的步骤如下：

第一步：使用五轴铣磨机床对反射镜面进行没有刀具补偿的传统铣磨加工走刀一次；

第二步：通过面型测量探头对磨削镜面进行测量；

第三步：通过面型误差和加工程序处理计算机对测量数据进行分析，确定当前磨削参数下砂轮磨损速率；

第四步：预估磨损速率置信系数，使用面型误差和加工程序处理计算机生成带有刀具磨损补偿的加工程序；

第五步：重新磨削镜面并检测面型误差，通过残留误差重新估计置信系数，并重复以上过程直到面型误差分布满足反射面要求为止。

进一步地，所述第二步中的测量过程为：

测量未加工表面，测量轨迹与结果由下式表示：

zk＝f(xk，yk)