[发明专利]一种超精密车削刀具中心与B轴回转中心对正方法

说明书

本发明涉及一种超精密车削刀具中心与B轴回转中心对正方法，所采用的超精密车削装置包括X轴运动导轨、Z轴运动导轨、主轴、旋转平台，考虑到需要满足旋转平台回转中心与刀具中心完全对正，引入虚拟轴，即不需完全对正旋转平台回转中心和刀具中心，只需得到两者之间的位置关系，通过X轴运动导轨和Z轴运动导轨的运动进行补偿，达到完全对正。

技术领域

本发明属于先进制造中的超精密车削加工领域，可以达到刀具中心与旋转轴回转中心对正的效果。

背景技术

光学自由曲面相对于传统平面、球面、非球面等面形来说，无规律的面形表达，可以根据性能需求控制光线走向，是新一代理想光学元件，由于光学自由曲面且无规律对称性，加工难度较大。随着科学技术的发展，对自由曲面加工精度的要求日益严苛，对此发展出了严格的单点超精密车削技术，在加工自由曲面不同区域时，需要保证刀具接触的位置相同。另外，许多光学晶体材料的光学元件需求也在增长，而这些材料在进行超精密切削过程中对刀具磨损很严重，致使刀具寿命严重缩短。针对此情况，可引入旋转轴旋转使得刀具在加工时同步回转从而使得刀触点均匀分布，缓解刀具集中磨损。

上述的诸多方案要求刀具中心与旋转轴回转中心必须对正，否则会出现很大偏差。常规采用的方法是用对刀仪将刀具刃口进行反复偏置，使得旋转轴过程中刃口位置保持不变，达到中心对正效果。然而，该方法费时费力，因此需要引入自动对刀策略或是通过软件手段实现对刀矫正，从而达到快速对刀效果。

发明内容

本发明针对将刀具中心与旋转轴回转中心对正困难这一问题，提出一种基于软件矫正的刀具中心与旋转轴回转中心对正方法，通过计算补偿刀具中心与旋转轴回转中心的偏差达到对正的效果，免去对正过程中繁杂操作。技术方案如下：

一种超精密车削刀具中心与B轴回转中心对正方法，所采用的超精密车削装置包括X轴运动导轨、Z轴运动导轨、主轴、旋转平台，考虑到需要满足旋转平台回转中心与刀具中心完全对正，引入虚拟轴，即不需完全对正旋转平台回转中心和刀具中心，只需得到两者之间的位置关系，通过X轴运动导轨和Z轴运动导轨的运动进行补偿，达到完全对正。包括步骤如下：

(1)安装好超精密车削装置，装置包括X轴运动导轨、Z轴运动导轨、主轴、旋转平台，其中，被加工件固定在主轴上，刀具安装在刀架并放置在旋转平台上；

(2)在不使用旋转平台的情况下按照超精密车削的方式计算加工路径，进行加工并对刀触点分布情况进行分析，路径方程为

Z＝z

C＝mod(atan 2(y,x),2π)

其中，X、Z、C分别表示X轴运动导轨、Z轴运动导轨、主轴的运动量，(x,y,z)表示被加工件表面上点的坐标，x，y，z分别表示被加工件表面上点的坐标，mod为同余函数；

(3)采用刀具与旋转平台中心对正方法，获取刀具中心相对旋转平台的回转中心的笛卡尔坐标(x₀,z₀)，方法如下：

第1步：选用试切件，采用超精密车削的方法按照平面轮廓形式进行试切，得到试切件；

第2步：对试切件进行测量，获得试切件上的轮廓线各点坐标(x₁,z₁)；

第3步：根据测量所得到的试切件轮廓进行逆运算即可得到对应的刀具中心轨迹，在已知X轴运动导轨、Z轴运动导轨、主轴和旋转平台的运动量和试切件面形的基础上，计算刀具中心相对旋转平台回转中心为坐标原点的笛卡尔坐标(x₀,z₀)，并转化为相应极坐标方法为：