一種螺旋正弦式小工具拋光去除金剛石刀痕的方法與流程
2023-12-11 08:11:07 2
本發明屬於超精密加工技術領域，涉及一種螺旋正弦式小工具拋光去除金剛石刀痕的方法。
背景技術：
單點金剛石車削技術可以加工出高精度的光學表面而在超精密加工領域獲得廣泛應用。但是，該方法不可避免的會在被車削表面殘留有規律性微納刀痕，一般情況下為阿基米德螺旋線的樣式，這些微納刀痕將誘發衍射和散射效應，影響表面質量。因此在高解析度、高精度的光學系統中需要對該類表面進行進一步處理，以消除規律性微納刀痕，採用小工具拋光去除微納刀痕是最為常用的手段之一。
一般情況下，小工具拋光有兩種運動方式，即螺旋式和光柵式。其中螺旋式拋光軌跡與車削刀痕軌跡重疊，不利於中頻誤差的改善，並且在車削表面中心區域的駐留時間明顯大於其它區域，導致去除量增大，不利於面形的控制；光柵式拋光軌跡與車削刀痕軌跡交叉，但是其不同位置交叉的角度不同，易造成去除不均勻。因此，為了更好的去處單點金剛石車削刀痕，需要專門規劃一種高效均勻去除小工具拋光軌跡方法。
技術實現要素：
(一)發明目的
本發明的目的是：提供一種螺旋正弦式小工具拋光去除金剛石刀痕的方法，採用螺旋+正弦式連續拋光運動軌跡，對單點金剛石車削表面進行拋光，以達到快速均勻去除微納刀痕軌跡的目的。
(二)技術方案
為了解決上述技術問題，本發明提供一種螺旋正弦式小工具拋光去除金剛石刀痕的方法，其包括以下步驟：
步驟一：規劃運動軌跡，確定拋光運動軌跡以及軌跡參數
拋光運動軌跡為在螺旋式運動軌跡的基礎上疊加正弦運動方式，這種運動軌跡稱之為連續螺旋正弦式運動軌跡；軌跡參數的設置以滿足拋光運動軌跡與刀痕軌跡正交叉為準；
步驟二：根據步驟一中確定的拋光運動軌跡以及軌跡參數，編程得到拋光運動軌跡，並將運動各點的坐標值，輸入數控工具機，進行拋光，去除金剛石刀痕。
其中，所述步驟一中，連續螺旋正弦式運動軌跡參數的確定過程為：
a使用拋光小工具在被拋光表面定點拋光預設時間，得到小工具拋光去除區域以及去除量；
b測試小工具拋光去除區域的直徑D；
c確定連續螺旋正弦軌跡中各個參數；
軌跡螺旋軸線螺距P為：
P＝0.5*D (1)
正弦軌跡幅值A為：
A＝0.5*P＝0.25D (2)
正弦軌跡弧長周期S為:
S＝D (3)
其中，所述步驟a中，小工具拋光方式包括：射流拋光、磁流變拋光、小磨頭拋光、氣囊拋光。
其中，所述步驟b中，採用輪廓儀或者幹涉儀測試拋光去除區域的直徑D。
其中，所述步驟二中，應用Matlab、VB、VC編程。
(三)有益效果
上述技術方案所提供的螺旋正弦式小工具拋光去除金剛石刀痕的方法，克服了單一螺旋式拋光中中心區域駐留時間過大的缺點，有利於面形的控制；採用螺旋+正弦連續軌跡方式，最大限度的保證了拋光軌跡與車削刀痕交叉的一致性，使得去除更加均勻；此種組合的拋光方式打亂了單一螺旋式拋光軌跡，最大限度的避免了中頻誤差的產生，有利於提升光學表面的質量。
附圖說明
圖1為本發明的螺旋+正弦連續拋光軌跡示意圖；
圖2為本發明方法流程圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、內容和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。
為了使單點金剛石車削表面刀痕能夠均勻去除，本發明中擯棄了單一的阿基米德螺旋式軌跡和光柵式運動軌跡，而是在螺旋式運動軌跡的基礎上疊加了正弦運動方式，其軌跡如圖1所示，這種運動軌跡稱之為連續螺旋正弦式運動軌跡，圖中參數P為軌跡螺旋軸線螺距、S為正弦軌跡弧長周期、A為正弦軌跡幅值。這種軌跡避免了單一螺旋軌跡與刀痕軌跡的重疊引起的中頻誤差的增加，而且正弦的形式儘可能的實現了拋光軌跡與刀痕軌跡的正交叉，提高了去除效率，避免了光柵式軌跡去除不均勻的現象，通過調整周期S可以實現各個區域的均勻去除。
本發明中的拋光去除金剛石刀痕的方法過程如圖2所示，分為兩個步驟。
步驟一：規劃運動軌跡，確定拋光運動軌跡以及軌跡參數；
拋光運動軌跡為在螺旋式運動軌跡的基礎上疊加正弦運動方式，這種運動軌跡稱之為連續螺旋正弦式運動軌跡。
連續螺旋正弦式運動軌跡參數的確定過程為：
a使用拋光小工具在被拋光表面定點拋光預設時間，得到小工具拋光去除區域以及去除量；
本實施例中採用的小工具拋光方式包括：射流拋光、磁流變拋光、小磨頭拋光、氣囊拋光。
b測試小工具拋光去除區域的直徑D；
其中，採用輪廓儀或者幹涉儀等儀器測試拋光去除區域的直徑D。
c確定連續螺旋正弦軌跡中各個參數；
為了保證每一點上能夠均勻敷蓋，拋光區域中心點在正弦的任意一個峰(谷)點時，正好能夠覆蓋臨近的兩個螺旋軸線位置。據此，可以確定軌跡螺旋軸線螺距P為：
P＝0.5*D (1)
同理可得正弦軌跡幅值A的表達式為：
A＝0.5*P＝0.25D (2)
同理，在拋光區域中心在一個峰(谷)點時，其邊緣亦能覆蓋臨近兩個峰(谷)點，可以確定正弦軌跡弧長周期S的表達式為
S＝D (3)
步驟二：根據步驟一中確定的拋光運動軌跡以及軌跡參數，應用Matlab、VB、VC編程得到拋光運動軌跡，並將運動各點的坐標值，輸入數控工具機，進行拋光，去除金剛石刀痕。
以氣囊拋光去除的口徑為100mm CVD ZnSe基底單點金剛石車削光學平面為例進行規劃，其車削刀痕間距FRP為0.004mm，假設氣囊的球面半徑為20mm。具體實施方式如下：
步驟一：對運動軌跡進行規劃，確定拋光運動軌跡以及具體的參數。
a在一定壓力和壓深參數下，定點對基底表面進行拋光，以獲得去除區域。
b假設拋光時間為5分鐘，拋光結束後應用輪廓儀進行測量，得到去除函數接觸區域為D＝5.6mm。
c根據測得的直徑D和式(1)、(2)、(3)，這裡確定拋光軌跡的各個參數為：
P＝0.5*D＝2.8mm
A＝0.5*P＝1.4mm
S＝D＝5.6mm
由此，根據步驟一的內容，完成各個參數值得設計。
步驟二：根據步驟一中得到的各個參數的數值，應用Matlab編程得到拋光運動軌跡，並將運動各點的坐標值，輸入數控工具機得到實際工具機運動控制的NC代碼。
需要進一步說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制，螺旋+餘弦連續運動軌跡、螺旋+餘弦+正弦連續運動軌跡等規劃的軌跡同樣在本發明規範的範疇內；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換，而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。