一种多轴精密激光加工机床刻蚀不可展FSS曲面的方法与流程

本发明涉及激光刻蚀方法技术领域，具体涉及一种多轴精密激光加工机床刻蚀不可展fss曲面的方法。

背景技术：

频率选择表面(frequencyselectivesurface，fss)是一种具有空间频率选择性滤波作用的二维周期结构，其物理结构主要由支撑其机械性能的介质基底和金属薄膜单元阵列组成。由于其电磁传输特性，fss广泛应用于雷达罩及航天航空领域，能够使目标载体达到隐身或抗干扰的作用。但目前曲面fss制备以贴膜方式为主，这种方法存在以下缺点：

1、fss薄膜在不可展曲面上无法进行完整贴合。

2、高温、高速环境对fss薄膜性能会产生较大影响，甚至发生脱落现象，严重影响使用效果。

目前直接在金属涂层表面进行fss微结构加工还主要停留在研究层面，实现工程应用的加工工艺还有较大难度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种多轴精密激光加工机床刻蚀不可展fss曲面的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种多轴精密激光加工机床刻蚀不可展fss曲面的方法，包括以下步骤：

s1：制图与编程，将fss曲面工件的任一条母线进行分段，并求得每段母线的中心点，根据所述中心点的位置将平面标准fss图形投影到fss曲面上，并根据投影图形编写加工程序；

s2：工件装夹与找正，将所述fss曲面工件通过工装连接到激光加工机床上；

s3：坐标标定，分别标定所述fss曲面工件的x/y/z轴的坐标原点，记录并保存为加工坐标原点；

s4：加工参数导入，将步骤s1中的所述加工程序导入到所述激光加工机床的控制系统；

s5：导入平面标准fss图形，将平面标准fss图形导入所述激光加工机床的控制系统；

s6：加工，所述激光加工机床进行激光刻蚀加工。

上述的多轴精密激光加工机床刻蚀不可展fss曲面的方法，优选的，步骤s1中，将所述母线转化为一条首尾相连具有n段的折线，减去所述折线的首尾两端的不加工部分，设所述fss曲面工件大端第一段为x0段，加工从第x0段到第xn-1段止。

上述的多轴精密激光加工机床刻蚀不可展fss曲面的方法，优选的，将第x0段到第xn-1段折线向第一平面投影，将第x0段到第xn-1段分组为m个加工区。

上述的多轴精密激光加工机床刻蚀不可展fss曲面的方法，优选的，所述n段的折线≤15段，所述m个加工区内每段折线的投影长度的最大值减最小值≤0.005mm。

上述的多轴精密激光加工机床刻蚀不可展fss曲面的方法，优选的，将平面标准fss图形投影到每个所述加工区中心段的中垂线方向对应的fss曲面上，形成包覆图形，再将每区的包覆图形投影到检测平面，所述检测平面上的投影图形为检测图形。

上述的多轴精密激光加工机床刻蚀不可展fss曲面的方法，优选的，根据所述检测图形及激光刻蚀焦点圆的直径做fss图形偏置，并在所述fss曲面工件上试加工、检测和调整，得到不同加工区的fss图形偏置量，并生成相应加工区的加工用图形。

上述的多轴精密激光加工机床刻蚀不可展fss曲面的方法，优选的，将每段折线的中点绕所述fss曲面工件轴向旋转得到圆，按fss图形的加工周期在所述圆的圆周上分割圆弧弧长，得到各加工fss图形的中心点位置，所述圆周上最后小于一个加工周期的位置不加工，并根据所有fss图形中心点位置编写加工程序。

上述的多轴精密激光加工机床刻蚀不可展fss曲面的方法，优选的，步骤s2中，将所述fss曲面工件的大头用沉头螺钉与大头工装固定连接，所述沉头螺钉拧紧后旋松半圈；将所述大头工装安装到激光加工机床的三爪卡盘上；所述fss曲面工件的小头通过小头工装安装到激光加工机床的尾座并顶紧小头工装；将百分表测头置于所述fss曲面工件小端表面，转动所述fss曲面工件，以百分表读数在±0.15mm范围内为条件，调整三爪卡盘与大头工装的相对位置来校正同心度；将百分表测头置于所述fss曲面工件大端表面，转动所述fss曲面工件，以百分表读数在±0.15mm范围内为条件，通过调节沉头螺钉的松紧程度来校正同心度。

上述的多轴精密激光加工机床刻蚀不可展fss曲面的方法，优选的，步骤s3中，在所述fss曲面工件距大端端面20mm处的中垂面母线附近用激光打出点a，将百分表测头置于a点，转动y轴，百分表读数最大的位置对应中垂面母线，记录此时的y轴坐标(x，0，z)；移动所述fss曲面工件，使激光光点位于大端端面，移动x轴，确定加工起点位置(0，0，z)；沿z轴移动激光头，使得激光焦点位于曲面待加工位置，根据振镜的场镜焦距来定位，用置于工件表面的调光片试加工，微调z轴，加工火花最大的位置为焦点位置，即加工原点坐标(0，0，0)。

上述的多轴精密激光加工机床刻蚀不可展fss曲面的方法，优选的，步骤s5后，利用旁轴视觉测量加工fss图形特征尺寸，将测量值与该区检测图形特征尺寸对比，相差±0.02mm以内为合格；否则调整fss图形偏置量，重新加工一个fss图形再次比对，直至符合标准；利用数字万用表通断档位测量加工单元中心与外部参考点之间的导电性，显示不导电为合格；否则调整激光加工参数，新加工一个fss图形再次测量电阻值，直至符合标准。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的一种多轴精密激光加工机床刻蚀不可展fss曲面的方法，利用激光加工机床直接在金属涂层表面刻蚀fss微结构，该方法无需贴膜，得到的fss表面在高温高速环境下仍具有较好的使用效果。而且该方法适用于fss表面加工的工程应用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为多轴精密激光加工机床刻蚀不可展fss曲面的方法的设备结构示意图。

图2为多轴精密激光加工机床刻蚀不可展fss曲面的方法的激光光路示意图。

图3为fss曲面的母线分段示意图。

图例说明：

1、fss曲面工件；2、激光加工机床；3、平面标准fss图形。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1至图3所示，本实施例的多轴精密激光加工机床刻蚀不可展fss曲面的方法，包括以下步骤：

s1：制图与编程，将fss曲面工件1的任一条母线进行分段，并求得每段母线的中心点，根据中心点的位置将平面标准fss图形3投影到fss曲面上，并根据投影图形编写加工程序；

s2：工件装夹与找正，将fss曲面工件1通过工装连接到激光加工机床2上；

s3：坐标标定，分别标定fss曲面工件1的x/y/z轴的坐标原点，记录并保存为加工坐标原点；

s4：加工参数导入，将步骤s1中的加工程序导入到激光加工机床2的控制系统；

s5：导入平面标准fss图形3，将平面标准fss图形3导入激光加工机床2的控制系统；

s6：加工，激光加工机床2进行激光刻蚀加工。

本实施例中，步骤s1中，将母线转化为一条首尾相连具有n段的折线，减去折线的首尾两端的不加工部分，设fss曲面工件1大端第一段为x0段，加工从第x0段到第xn-1段止。

本实施例中，将第x0段到第xn-1段折线向第一平面投影，将第x0段到第xn-1段分组为m个加工区。

本实施例中，n段的折线≤15段，m个加工区内每段折线的投影长度的最大值减最小值≤0.005mm。

本实施例中，将平面标准fss图形3投影到每个加工区中心段的中垂线方向对应的fss曲面上，形成包覆图形，再将每区的包覆图形投影到检测平面，检测平面上的投影图形为检测图形。

本实施例中，根据检测图形及激光刻蚀焦点圆的直径做fss图形偏置，并在fss曲面工件1上试加工、检测和调整，得到不同加工区的fss图形偏置量，并生成相应加工区的加工用图形。

本实施例中，将每段折线的中点绕fss曲面工件1轴向旋转得到圆，按fss图形的加工周期在圆的圆周上分割圆弧弧长，得到各加工fss图形的中心点位置，圆周上最后小于一个加工周期的位置不加工，并根据所有fss图形中心点位置编写加工程序。

本实施例中，步骤s2中，将fss曲面工件1的大头用沉头螺钉与大头工装固定连接，沉头螺钉拧紧后旋松半圈；将大头工装安装到激光加工机床2的三爪卡盘上；fss曲面工件1的小头通过小头工装安装到激光加工机床2的尾座并顶紧小头工装；将百分表测头置于fss曲面工件1小端表面，转动fss曲面工件1，以百分表读数在±0.15mm范围内为条件，即激光加工机床2旋转轴与工件对称轴之间的夹角≤±x7°，调整三爪卡盘与大头工装的相对位置来校正同心度；将百分表测头置于fss曲面工件1大端表面，转动fss曲面工件1，以百分表读数在±0.15mm范围内为条件，通过调节沉头螺钉的松紧程度来校正同心度。

本实施例中，步骤s3中，在fss曲面工件1距大端端面20mm处的中垂面母线附近用激光打出点a，将百分表测头置于a点，转动y轴，百分表读数最大的位置对应中垂面母线，记录此时的y轴坐标(x，0，z)；移动fss曲面工件1，使激光光点位于大端端面，移动x轴，确定加工起点位置(0，0，z)；沿z轴移动激光头，使得激光焦点位于曲面待加工位置，根据振镜的场镜焦距来定位，用置于工件表面的调光片试加工，微调z轴，加工火花最大的位置为焦点位置，即加工原点坐标(0，0，0)。

本实施例中，步骤s5后，利用旁轴视觉测量加工fss图形特征尺寸，将测量值与该区检测图形特征尺寸对比，相差±0.02mm以内为合格；否则调整fss图形偏置量，重新加工一个fss图形再次比对，直至符合标准；利用数字万用表通断档位测量加工单元中心与外部参考点之间的导电性，显示不导电为合格；否则调整激光加工参数，新加工一个fss图形再次测量电阻值，直至符合标准。

本实施例的一种多轴精密激光加工机床刻蚀不可展fss曲面的方法，利用激光加工机床直接在金属涂层表面刻蚀fss微结构，该方法无需贴膜，得到的fss表面在高温高速环境下仍具有较好的使用效果。而且该方法适用于fss表面加工的工程应用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。