一种螺旋正弦式小工具抛光去除金刚石刀痕的方法与流程

本发明属于超精密加工技术领域，涉及一种螺旋正弦式小工具抛光去除金刚石刀痕的方法。

背景技术：

单点金刚石车削技术可以加工出高精度的光学表面而在超精密加工领域获得广泛应用。但是，该方法不可避免的会在被车削表面残留有规律性微纳刀痕，一般情况下为阿基米德螺旋线的样式，这些微纳刀痕将诱发衍射和散射效应，影响表面质量。因此在高分辨率、高精度的光学系统中需要对该类表面进行进一步处理，以消除规律性微纳刀痕，采用小工具抛光去除微纳刀痕是最为常用的手段之一。

一般情况下，小工具抛光有两种运动方式，即螺旋式和光栅式。其中螺旋式抛光轨迹与车削刀痕轨迹重叠，不利于中频误差的改善，并且在车削表面中心区域的驻留时间明显大于其它区域，导致去除量增大，不利于面形的控制；光栅式抛光轨迹与车削刀痕轨迹交叉，但是其不同位置交叉的角度不同，易造成去除不均匀。因此，为了更好的去处单点金刚石车削刀痕，需要专门规划一种高效均匀去除小工具抛光轨迹方法。

技术实现要素：

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种螺旋正弦式小工具抛光去除金刚石刀痕的方法，采用螺旋+正弦式连续抛光运动轨迹，对单点金刚石车削表面进行抛光，以达到快速均匀去除微纳刀痕轨迹的目的。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种螺旋正弦式小工具抛光去除金刚石刀痕的方法，其包括以下步骤：

步骤一：规划运动轨迹，确定抛光运动轨迹以及轨迹参数

抛光运动轨迹为在螺旋式运动轨迹的基础上叠加正弦运动方式，这种运动轨迹称之为连续螺旋正弦式运动轨迹；轨迹参数的设置以满足抛光运动轨迹与刀痕轨迹正交叉为准；

步骤二：根据步骤一中确定的抛光运动轨迹以及轨迹参数，编程得到抛光运动轨迹，并将运动各点的坐标值，输入数控机床，进行抛光，去除金刚石刀痕。

其中，所述步骤一中，连续螺旋正弦式运动轨迹参数的确定过程为：

a使用抛光小工具在被抛光表面定点抛光预设时间，得到小工具抛光去除区域以及去除量；

b测试小工具抛光去除区域的直径D；

c确定连续螺旋正弦轨迹中各个参数；

轨迹螺旋轴线螺距P为：

P＝0.5*D (1)

正弦轨迹幅值A为：

A＝0.5*P＝0.25D (2)

正弦轨迹弧长周期S为:

S＝D (3)

其中，所述步骤a中，小工具抛光方式包括：射流抛光、磁流变抛光、小磨头抛光、气囊抛光。

其中，所述步骤b中，采用轮廓仪或者干涉仪测试抛光去除区域的直径D。

其中，所述步骤二中，应用Matlab、VB、VC编程。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的螺旋正弦式小工具抛光去除金刚石刀痕的方法，克服了单一螺旋式抛光中中心区域驻留时间过大的缺点，有利于面形的控制；采用螺旋+正弦连续轨迹方式，最大限度的保证了抛光轨迹与车削刀痕交叉的一致性，使得去除更加均匀；此种组合的抛光方式打乱了单一螺旋式抛光轨迹，最大限度的避免了中频误差的产生，有利于提升光学表面的质量。

附图说明

图1为本发明的螺旋+正弦连续抛光轨迹示意图；

图2为本发明方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为了使单点金刚石车削表面刀痕能够均匀去除，本发明中摈弃了单一的阿基米德螺旋式轨迹和光栅式运动轨迹，而是在螺旋式运动轨迹的基础上叠加了正弦运动方式，其轨迹如图1所示，这种运动轨迹称之为连续螺旋正弦式运动轨迹，图中参数P为轨迹螺旋轴线螺距、S为正弦轨迹弧长周期、A为正弦轨迹幅值。这种轨迹避免了单一螺旋轨迹与刀痕轨迹的重叠引起的中频误差的增加，而且正弦的形式尽可能的实现了抛光轨迹与刀痕轨迹的正交叉，提高了去除效率，避免了光栅式轨迹去除不均匀的现象，通过调整周期S可以实现各个区域的均匀去除。

本发明中的抛光去除金刚石刀痕的方法过程如图2所示，分为两个步骤。

步骤一：规划运动轨迹，确定抛光运动轨迹以及轨迹参数；

抛光运动轨迹为在螺旋式运动轨迹的基础上叠加正弦运动方式，这种运动轨迹称之为连续螺旋正弦式运动轨迹。

连续螺旋正弦式运动轨迹参数的确定过程为：

a使用抛光小工具在被抛光表面定点抛光预设时间，得到小工具抛光去除区域以及去除量；

本实施例中采用的小工具抛光方式包括：射流抛光、磁流变抛光、小磨头抛光、气囊抛光。

b测试小工具抛光去除区域的直径D；

其中，采用轮廓仪或者干涉仪等仪器测试抛光去除区域的直径D。

c确定连续螺旋正弦轨迹中各个参数；

为了保证每一点上能够均匀敷盖，抛光区域中心点在正弦的任意一个峰(谷)点时，正好能够覆盖临近的两个螺旋轴线位置。据此，可以确定轨迹螺旋轴线螺距P为：

P＝0.5*D (1)

同理可得正弦轨迹幅值A的表达式为：

A＝0.5*P＝0.25D (2)

同理，在抛光区域中心在一个峰(谷)点时，其边缘亦能覆盖临近两个峰(谷)点，可以确定正弦轨迹弧长周期S的表达式为

S＝D (3)

步骤二：根据步骤一中确定的抛光运动轨迹以及轨迹参数，应用Matlab、VB、VC编程得到抛光运动轨迹，并将运动各点的坐标值，输入数控机床，进行抛光，去除金刚石刀痕。

以气囊抛光去除的口径为100mm CVD ZnSe基底单点金刚石车削光学平面为例进行规划，其车削刀痕间距FRP为0.004mm，假设气囊的球面半径为20mm。具体实施方式如下：

步骤一：对运动轨迹进行规划，确定抛光运动轨迹以及具体的参数。

a在一定压力和压深参数下，定点对基底表面进行抛光，以获得去除区域。

b假设抛光时间为5分钟，抛光结束后应用轮廓仪进行测量，得到去除函数接触区域为D＝5.6mm。

c根据测得的直径D和式(1)、(2)、(3)，这里确定抛光轨迹的各个参数为：

P＝0.5*D＝2.8mm

A＝0.5*P＝1.4mm

S＝D＝5.6mm

由此，根据步骤一的内容，完成各个参数值得设计。

步骤二：根据步骤一中得到的各个参数的数值，应用Matlab编程得到抛光运动轨迹，并将运动各点的坐标值，输入数控机床得到实际机床运动控制的NC代码。

需要进一步说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，螺旋+余弦连续运动轨迹、螺旋+余弦+正弦连续运动轨迹等规划的轨迹同样在本发明规范的范畴内；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。