[发明专利]一种数控成形高次非球面控制方法及硬件系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种以速度插补原理三轴联动来实现切线法成形高次非球面数字控制方法及硬件系统。

背景技术

数控技术目前已广泛应用于各种控制领域，如航空航天、汽车、交通、通讯、电子、定位跟踪系统、机器人、高精密加工设备以及装配线等。在光学零件加工领域，已用数控车削、数控磨削和数控抛光等技术来加工出高精度非球面光学零件。国内外已研发出的多种数控加工光学非球面机床以得到应用，目前数控加工光学非球面技术，其加工效率比起传统手工加工非球面技术有了较大的提高，但加工效率仍然很低，只适用单件少量生产，随着光产业的迅速发展光学非球面光学零件需求量不断增加，迫切需要加工效率高，能够批量和变批量生产光学非球面零件的设备。

目前数控成形光学非球面机床加工效率低的主要原因是不论车削、磨削还是抛光成形后的非球面表面总是产生微小波纹误差，而去除这种波纹误差花费较长时间，所以加工效率低，加工成本高。造成这种情况的原因有数控成形原理、加工方法的几何因素和物理因素等。其中数控成形原理造成的误差是理论性误差。当前国内外已有的加工非球面机床的数控成形原理均是二轴联动的位置插补数控原理，这种数控成形原理本身存在形成表面波纹的理论性误差。位置插补数控原理有三种插补方法，即脉冲增量插补、数字采样插补及数字采样插补和脉冲增量插补混合的插补方法。根据以上三种插补方法得到的轨迹曲线都是一条接近光学设计给定的非球面轨迹曲线的微小折线。这种折线，其插补间格取得越小，可使接近误差越小，但理论上总是一条折线，而折线在整个表面上总是形成微小波纹。在这种理论性微小波纹基础上，叠加上几何因素和物理因素的波纹，将得到更为复杂的不同频带的微小波纹。针对上述的现状，提出一种新的数控成形高次非球面控制方法，以达到非球面成形表面上消除产生微小波纹的目的。提出的具体控制方法是以速度插补原理三轴联动来实现切线法成形高次非球面数字控制方法。

发明内容

本发明的目的在于为了提高非球面光学零件的加工效率，提出速度插补原理的三轴联动切线法成形数控方法，所指三轴联动是在同一时间段内磨轮轴以转动轴Z轴转动、磨轮轴沿X轴移动和磨轮轴沿Y轴移动的三轴数控联动，所指速度插补是三轴中每一轴的运动均由光学设计给定的轨迹曲线方程中分解出的单轴运动方程进行不同角度的转动和不同距离的移动，所指切线法是磨轮上的磨削点始终沿曲线上的每个点的切线方向移动。

速度插补原理的三轴联动是采用具有多轴联动功能的UMAC控制器硬件来实现，每一个轴的速度插补控制是采用UMAC控制器携带的PVT速度插补方法来实现，准确的运动控制时间是采用电子凸轮算法。

具体联动的参数，即加工参数是对给定零件方程式的工件口径进行N等分，通过程序计算出磨轮轴沿x轴和y轴移动Δx_mi、Δy_mi线位移量和磨轮轴绕转动轴Z轴旋转的Δθ_mi角位移。按加工工艺的要求给定磨轮轴转动角速度ω_m、那么由程序计算可得到加工的时间Δt_i，其中Δt_i＝(Δθ_mi×60)/(ω_m×2π)；t_i＝t_i-1+Δt_i，t₀＝0。再通过程序计算得到各分割节点速度v_mxi、v_myi和加速度a_mxi，其中v_mxi＝v_mx(i-1)+a_mxiΔt_i，如果z轴以ω_m匀速旋转，其速度变化规律是一条恒速直线，x轴分段为匀加速运动，速度时间曲线单调上升；y轴为分段匀速运动，速度时间曲线单调下降。通过以上编程计算，最终获得曲线上各节点的位置、速度、加速度、时间以及各变量的单调变化关系。