[发明专利]一种光学硬脆材料抛光加工表面形貌的预测方法

说明书

本发明属于材料加工技术领域，尤其涉及一种光学硬脆材料抛光加工表面形貌的预测方法。该方法包括如下步骤：确定微凸峰‑工件间的接触信息；获取磨粒尺寸分布函数；根据接触信息及预先获得的抛光液浓度，获取有效磨粒数；结合接触信息和磨粒尺寸分布函数，确定磨粒‑工件间的相对运动方式；根据磨粒‑工件间的相对运动方式，确定工件表面材料的去除方式及产生的痕迹轮廓；根据单颗磨粒受力情况，并结合抛光头相对工件的运动情况，获得磨粒的运动轨迹；根据磨粒‑工件间的相对运动方式、磨粒的运动轨迹，获得工件表面的形貌轮廓。本发明提供的预测方法的预测结果更加准确，同时为光学硬脆材料抛光加工过程中的参数设置提供参考，提高抛光效率。

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，尤其涉及一种光学硬脆材料抛光加工表面形貌的预测方法。

背景技术

面向国防安全、航空航天、新一代信息技术等领域对光电系统的重大需求，光学元件的加工精度、加工效率的要求日益增高。而抛光工艺作为光学元件加工过程中的最后一道工序，对保证加工质量和使用寿命至关重要。

为满足光学元件加工精度，加工过程中通常需反复检测被加工表面形貌是否满精度要求，进而调整加工参数，确定继续加工或终止加工，严重影响了工件的加工效率。因此，通过分析模型，根据加工参数，预测加工表面形貌，进而调整加工参数，对指导加工、提高加工效率意义重大。

然而，现有硬脆材料抛光加工预测模型大多是对材料去除率进行预测，预测大多是基于Preston经验方程开展的。在建立加工表明形貌的预测模型时，未考虑磨粒因滑动、滚动不同运动方式产生的不同的材料去除方式及抛光头驱动磨粒运动过程中磨粒产生的离心运动对加工形貌的影响，导致预测相对误差较大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供一种光学硬脆材料抛光加工表面形貌的预测方法。该预测方法考虑了磨粒滑动、滚动不同运动方式产生的不同的材料去除方式及抛光头驱动磨粒运动过程中磨粒产生的离心运动对加工形貌的影响，预测结果更加准确。

(二)技术方案

本发明提供一种光学硬脆材料抛光加工表面形貌的预测方法，利用抛光头和抛光液中的磨粒对工件表面进行抛光，包括如下步骤：

S1、借助于计算机程序获取通过设备扫描统计的抛光头微凸峰数量及尺寸，确定微凸峰-工件间的接触信息，所述接触信息包括各个微凸峰与工件的接触面积及接触压强；

S2、借助于计算机程序获取通过设备扫描统计的磨粒尺寸分布函数；

S3、根据步骤S1得到的微凸峰-工件间的接触面积及预先获得的抛光液浓度，获取接触面积内的有效磨粒数；

S4、借助于计算机程序，结合步骤S1得到的微凸峰-工件间的接触压强和步骤S2得到的磨粒尺寸分布函数，分析单颗磨粒受力情况，确定单颗磨粒在工件表面和抛光头表面的压入深度，进而确定磨粒-工件间的相对运动方式；

所述相对运动方式包括滚动运动和滑动运动；

S5、根据磨粒-工件间的相对运动方式，确定工件表面材料的去除方式及产生的痕迹轮廓；

S6、根据步骤S4得到的单颗磨粒受力情况，并结合抛光头相对工件的运动情况，获得磨粒的运动轨迹；

S7、借助于计算机程序，根据磨粒-工件间的相对运动方式、产生的痕迹轮廓及磨粒的运动轨迹，获得单颗磨粒在工件表面产生的形貌轮廓，结合所述有效磨粒数进行叠加，获得工件表面的形貌轮廓。

作为优选地，所述步骤S1中，首先建立抛光头微凸峰顶部分布函数：