[发明专利]基于多轴联动的大离轴量非球面磨削刀具路径规划方法

说明书

本发明公开了一种基于多轴联动的大离轴量非球面磨削刀具路径规划方法，首先将该面型离散成三维点云，之后对该点云进行简化，提取关键点以生成“S”状弧形加工路径，求出弧线上每一点在径向母线上的法向量，并在该法向量上确定砂轮位置，最后再通过关键参数限制边界条件，自动生成所需加工路径。通过本方法，能够充分发挥多轴机床的加工优势，大幅度减少该类零件的加工周期，并降低加工中撞刀的可能性。最终同时提高加工中的效率和可靠性，有效地解决目离轴非球面高精度制造中面临的实际问题，满足现代及未来光学工业的发展需求。

技术领域

本发明属于复杂曲面工件的加工制造技术领域，具体涉及一种基于多轴联动的大离轴量非球面磨削刀具路径规划方法。

背景技术

随着现代光学技术的发展，在光学系统中采用非球面元件，不但能够增加其设计自由度，减少元件使用数量，还有利于矫正相差，提高系统成像质量，最重要的是还可以减小仪器的尺寸和重量，这一点在航空航天及空间光学系统中具有重大的意义。而在非球面光学系统中，其成像质量与非球面镜的口径大小及工件表面质量息息相关。但受限于目前的精密、超精密制造能力，对于大型乃至超大型非球面镜片，还无法做到整体加工一次成型。从而需要采用以小拼大的方法，通过中大型离轴非球面对整片镜子进行拼接制造。

而在离轴非球面中，难以用简单的参数对其面型进行表征，所以在加工中，特别是磨削加工中，其路径规划及工艺编写便成为了一大难点。在传统离轴非球面加工中，通常是将工件放置在与转台中心相距为离轴量的距离，并使用与同轴非球面加工相同的螺旋线方式进行加工，这不但严重限制了加工中的离轴量，而且由于空刀行程大大降低了加工效率，甚至还容易因为切削量过大造成砂轮和工件的烧毁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于多轴联动的大离轴量非球面磨削刀具路径规划方法。

本发明采用以下技术方案：

基于多轴联动的大离轴量非球面磨削刀具路径规划方法，将镜坯置于机床转台上，并使镜坯与转台中心点相切，然后连接切点与镜坯圆心，在该条半径的方向上，以待加工的离轴量为距离，确定待加工非球面工件的坐标系原点，再以待加工非球面工件坐标原点为圆心，将待加工非球面工件表面划分为数个半径不等的同心弧，并将这些弧形以S状首尾相连，作为待加工非球面工件表面加工轨迹；再通过加工精度要求，确定加工步距与每条加工轨迹之间的行距，将加工轨迹离散为独立的加工点S(x_i,y_i,z_i)；计算砂轮对于加工点的包络线，完成磨削中的整个路径规划。

具体的，设转台中心点为机床坐标系的原点，使工件边缘与转台坐标系原点相切，并沿切点的法方向，以离轴量为长度，确定待加工非球面工件坐标系原点。

进一步的，设待加工非球面工件坐标系的原点为理论回转中心点O’，得到机床坐标系OXYZ和工件坐标系O’X’Y’Z’之间的关系为：

O'X'Y'Z'＝OXYZ-[0,d,0,0]

其中，O为转台中心，d为工件离轴量。

具体的，非球面上的圆弧为原点为O’的同心圆弧，以离轴非球面的最低点作为起始点，采用S型路线进行进给，并通过多轴联动的手段，使每一条弧线均在加工中位于同一高度，确定加工步长和行距，对待加工非球面工件表面的S型加工轨迹进行离散化，在离散化中，通过砂轮截面圆半径、非球面参数以及面型精度加工要求计算出离散点之间的最大误差ξ，得到加工点S(x_i,y_i,z_i)。

进一步的，加工步长为两个连续刀位点之间的距离，第i段刀具路径长度L_i为：

其中，ρ_i为第i个刀具接触点处的曲率半径，δ为允许的最大弦偏差。