[发明专利]基于砂轮磨损预测的大口径反射镜迭代预补偿磨削方法

说明书

一种基于砂轮磨损预测的大口径反射镜迭代预补偿磨削方法，本发明涉及大口径反射镜迭代预补偿磨削方法。本发明为了解决现有技术是在固定名义磨削深度的情况下通过多次更换砂轮反复磨削来达到目标面形精度，导致砂轮损耗严重、面形精度差低以及磨削效率低的问题。本发明包括：一：建立砂轮磨削比G关于磨削参数的预测模型；二：建立磨削过程中砂轮磨削点处径向尺寸磨损量预测模型；三：建立非球面面形误差预测模型；四：通过迭代预补偿法计算非球面母线上各点磨削面形误差值，直至满足要求；步骤五：记录迭代过程中各接触点处名义磨削深度最终预测值，进行数控磨削加工编程及后续加工。本发明用于光学非球面反射镜磨削加工技术领域。

技术领域

本发明涉及光学非球面反射镜磨削加工技术领域，特别涉及大口径反射镜迭代预补偿磨削方法。

背景技术

随着宇航空间技术的迅速发展，人类对宇宙及太空的深远探索越来越频繁，对空间光学系统有了更高精度的需求，光学反射镜是空间光学设备(如空间望远镜等)关键部件，对反射镜基体的精度、稳定性及寿命等的要求更是越来越高，对材料性能要求更加苛刻，目前的空间镜片材料主要采用硅、光学玻璃、SiC陶瓷等，SiC陶瓷具有比强度、高比刚度、高耐腐蚀及高尺寸稳定性等优点，在航空航天光学系统反射镜中的应用越来越广泛，SiC陶瓷反射镜口径也越来越大，且由于它们较高的硬脆特性，使得超精密磨料加工成为当前这些空间镜片材料主要加工手段，高精度磨削成形在磨料加工过程中具有较高的去除效率，成为提高大镜加工效率和加工精度起着非常关键的作用。

由于由于SiC陶瓷具有高硬度高脆性的材料特性，在大口径反射镜加工过程中普通的陶瓷基金刚石砂轮磨损非常严重，在一次磨削成形过程中金刚石砂轮的径向磨损量高达数十微米，且需要频繁更换砂轮，使得非球面磨削面形误差大、磨削效率低。因此，需要设计开发具有较长使用寿命的砂轮及满足大口径SiC陶瓷反射镜磨削加工的新工艺、新方法。使大口径SiC陶瓷磨削过程中可以避免频繁更换砂轮，达到一片砂轮一次磨削即可完成非球面成形且具有较高面形精度的目的。

传统的非球面磨削一般采用陶瓷基金刚石砂轮进行磨削，由于陶瓷结合剂具有非常高的脆性，磨削过程中基体磨损快，砂轮尺寸及形状精度磨损严重，而金属结合剂砂轮因其具有磨粒把持力强、结合强度高、耐磨性好、能承受较大的磨削压力等特点，具有较长的使用寿命，可以用于大口径SiC陶瓷反射镜磨削过程。且金属结合剂金刚石砂轮可以使用ELID在线电解修锐技术，可以使砂轮在磨削过程中保持较高的锋锐度，以获得良好稳定的加工质量。

大口径SiC陶瓷反射镜磨削过程中砂轮磨损是不可避免的，且非球面磨削砂轮从非球面中心沿母线方向向边缘移动时材料去除量逐渐增大，导致砂轮磨损不均匀，面形误差也存在较大区别，传统磨削是在固定名义磨削深度的情况下通过多次更换砂轮反复磨削来达到目标面形精度，砂轮损耗严重，面形精度差，磨削效率低，因此，亟需对大口径非球面磨削加工方法及工艺进行优化和改进。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术是在固定名义磨削深度的情况下通过多次更换砂轮反复磨削来达到目标面形精度，导致砂轮损耗严重、面形精度差低以及磨削效率低的问题，而提出一种基于砂轮磨损预测的大口径反射镜迭代预补偿磨削方法。

一种基于砂轮磨损预测的大口径反射镜迭代预补偿磨削方法包括以下步骤：

本发明方法是在仅考虑有与砂轮尺寸磨损引起的非球面磨削面形误差的基础上实施的。本发明方法通过金刚石砂轮基础磨削磨损实验建立砂轮圆弧轮廓尺寸磨损预测模型，进而根据磨削原理及磨削过程中砂轮-工件几何接触模型建立一次磨削过程中非球面母线上各点的面形误差预测模型；将预测面形误差通过变换改变对应点处的名义磨削深度，并依据修正后的名义磨削深度对非球面磨削面形误差重新预测，以此方式对对应磨削点处的名义磨削深度进行多次迭代修正，直到预测非球面磨削面形误差最大值小于面形误差允许值。本发明方法以使用寿命长金属结合剂金刚石砂轮作为磨削工具，不进行大口径非球面磨削即可提出满足面形误差要求的砂轮磨削轨迹，避免了重复更换砂轮操作，提高了非球面磨削精度和磨削效率。