[发明专利]可重构少轴超精密大型光学镜面磨削系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学镜面加工领域的磨削系统，特别是涉及一种可重构少轴超精密大型光学镜面磨削系统。

背景技术

近年来，随着对地、对空观测对大型望远镜需求的不断增加，制造大尺寸、高面形精度、低亚表面损伤的光学镜面成为迫切的要求。离轴非球面是当前光学镜面的主要形式。对于超精密大型光学镜面磨削来说，一般光学镜面的口径要在1m以上，加工后光学镜面的面形精度要好于10微米。

目前，超精密离轴非球面磨削的形式主要有五轴定接触点磨削和三轴变接触点磨削。三轴变接触点磨削也称为少轴磨削。定接触点磨削轨迹规划较为简单，但使用的机床结构复杂，刚性差；在固定接触点处，砂轮磨损非常严重；对于SiC等硬脆材料，难以加工。少轴磨削则可以使机床机构简单，减少机床部件之间的结合面，大大提高磨床结构的刚性和阻尼。少轴磨削中砂轮磨损均匀，从而能延长砂轮的使用寿命。目前，少轴磨削还没有得到广泛的应用。超精密磨床所具备的最重要的特性是高刚度和大阻尼，磨床的高刚度和大阻尼的特性可有效抑制振动，变形等影响机床精度的不利因素。磨削系统的可重构是指根据系统当前的状态和待加工工件的不同特征，对磨床的结构、砂轮几何参数、轨迹规划等进行重新设置，以满足工件曲面加工的可行性，提高工件曲面的加工效率。

经文献检索发现，英国Cranfield大学的Xavier Tonnellier在其博士论文《针对大型光学元件快速制造的超精密磨削》(Precision Grinding for Rapid Manufacturing of Large Optics，Xavier Tonnellier，Cranfield University，may 2009)一文中描述了一种典型的三轴超精密磨床-BOX，BOX磨床采用了两移动轴一旋转轴的配置形式，磨床主轴倾斜角度固定。BOX磨床的缺点是对旋转轴径向跳动的要求非常高，导致旋转轴轴承元件难以制造，无法满足2m口径空间超精密光学镜面的加工要求。且其主轴倾斜角度固定，遇到不同的待加工工件，不能改变该角度以获得最好的加工效果，不具有可重构性。日本的Tsunemoto Kuriyagawa等人在《一种非球陶瓷镜面的新磨削方法》(Tsunemoto Kuriyagawa，Mohammad Saeed Sepasy Zahmaty，Katsuo Syoji，A new grinding method for aspheric ceramic mirrors，Journal of Materials Processing Technology62(1996)387-392)文中给出了一种少轴磨削系统，但该系统只适合小口径光学镜面的加工，且其轨迹规划方法只能针对特定机床构型，工件必须具有对称中心，且算法复杂，不具有通用性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可重构少轴超精密大型光学镜面磨削系统，包括磨床参数数据库模块、磨削工艺数据库模块、人机交互模块、约束条件构造模块，砂轮几何参数重构模块，虚拟轴生成模块，少轴轨迹规划与局部干涉检查模块，砂轮磨损预测与轨迹修正模块、少轴加工代码生成模块、工艺步骤与工艺参数生成模块、少轴超精密数控磨床执行模块、镜面质量检测模块、砂轮整形修锐模块。本发明系统可针对任意曲面形式(包括离轴非球面)的光学镜面，对砂轮磨损进行补偿，通过生成虚拟轴，充分利用五轴磨床的灵活性、同时发挥了少轴磨床高刚性大阻尼的优势，可加工光学镜面口径大、少轴、可重构，计算简单、精度高、稳定性好、通用性强。