[发明专利]基于加工精度控制的伞叶面超精密车削刀具轨迹生成方法

说明书

本发明公开了一种基于加工精度控制的伞叶面超精密车削刀具轨迹生成方法，以解决现有加工方法无法满足加工较大的复杂特征曲面并且有效控制加工曲面精度的问题，依次进行推导伞叶面表达式、生成等角度分布的伞叶面车削的刀触点轨迹、预测基础的伞叶面车削刀触点轨迹的加工误差、基于加工误差预测方法生成加工精度控制的伞叶面车削刀触点轨迹、进行刀具半径补偿以生成伞叶面车削刀位点轨迹、生成伞叶面车削的实际数控加工代码。本发明可有效加工得到满足加工精度要求的伞叶面。

技术领域

本发明涉及超精密数控加工技术领域，具体涉及一种基于加工精度控制的伞叶面超精密车削刀具轨迹生成方法。

背景技术

微纳结构功能曲面具有许多优异的性能，广泛应用于光学、生物学等领域。微纳结构功能曲面的表面结构复杂，通常用于系统中实现特定的功能，需要达到亚微米级的精度以及纳米级的表面粗糙度，故而传统的加工方法难以完成微纳结构功能曲面的加工。由于单点金刚石超精密车削技术不需要后续处理就能使微纳结构功能曲面达到光学质量要求，故该技术已成为目前国内加工微纳结构功能曲面的主要加工方法。单点金刚石超精密车削加工的刀具轨迹规划方法目前普遍采用等角度、等弧长的布点方式，若要提高工件的加工精度只能通过缩小相邻两布点之间的中心角度值或相邻两布点之间的圆弧长度来实现，但这种方法不能达到确定的加工精度，并且加工效率较低。

为了使微纳结构功能曲面达到确定的加工精度，提高加工效率，本发明提出了一种基于加工精度控制的伞叶面超精密车削刀具轨迹生成方法。

发明内容

本发明提出了一种基于加工精度控制的伞叶面超精密车削刀具轨迹生成方法，根据误差预测计算提出了伞叶面加工精度控制方法，以解决现有加工方法无法满足加工较大的复杂特征曲面并且有效控制加工曲面精度的问题，有助于提高加工效率。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于加工精度控制的伞叶面超精密车削刀具轨迹生成方法，包括以下步骤：

步骤1：推导伞叶面表达式：首先，在圆柱坐标系(ρ,θ,z)下，将θ轴进行刻度划分，推导出伞叶面圆周方向曲线方程即正弦波纹曲线的方程；然后，将圆柱坐标系中的ρ轴进行刻度划分，令正弦波纹曲线的幅值与ρ值呈线性关系，得到幅值渐变的正弦波纹面表达式F₁；将得到的正弦波纹面与高度相同的一个圆锥面F₂进行复合来获取伞叶面，得到伞叶面表达式；

步骤2：生成等角度分布的伞叶面车削的刀触点轨迹：采用等角度的方法生成平面螺旋线轨迹，根据所述步骤1得到的伞叶面表达式，将平面螺旋线轨迹上的点投影到伞叶面上，生成基础伞叶面车削刀触点轨迹；

步骤3：预测基础伞叶面车削刀触点轨迹的加工误差：径向相邻两刀触点之间残留误差δ₁的计算，获取刀触点轨迹的径向布点圈数m₀，刀具半径r，并计算所求误差点处曲率的大小，判断求解残留误差需要采用的方法，求解残留物差δ₁；弓高误差δ₂的计算，计算周向相邻两刀触点之间的距离l，将两点间的曲线近似看成是圆弧曲线，求解该段圆弧曲线的曲率半径R_QL，通过圆弧曲线的曲率和弦长求得弓高误差δ₂；