一种确定单点金刚石车削刀痕抛光去除特性的方法与流程

本发明属于光学冷加工及超精密加工领域，涉及一种确定单点金刚石车削刀痕抛光去除特性的方法。

背景技术：

由于具备高效制造平面、球面、非球面和自由曲面等多种类型表面，并能够获得纳米级表面粗糙度和亚微米级面形精度的加工精度等优点，单点金刚石车削技术已经广泛应用于光学表面以及其它的超精密加工领域，但是受加工方式的限制，不可避免的会在被车削表面残留规律性的微纳刀痕结构，这些结构将会诱发衍射和散射效应，从而表面质量。在一些高分辨率、高精度的光学系统中，需要消除此类微纳刀痕，其中抛光是去除刀痕最为常用技术手段之一。

在一般精磨表面抛光过程中，其材料去除量与抛光的压力和相对运动速度成正比，已经成为表征抛光过程中材料去除数学模型的基础。但是与一般的精磨表面杂散纹路不同，单点金刚石车削表面残留有规律性的微纳刀痕结构。前期研究表明，如附图1所示，抛光去除车削刀痕过程中的材料去除量的多少与抛光方向和刀纹间的夹角α有明显联系，成为影响后续“确定性”抛光去除和面形精度控制的关键因素之一。但是目前的抛光过程中的材料去除数学模型中还未曾涉及到抛光角度的影响。因此，有必要提供一种确定抛光去除特性的方法，并建立一种抛光去除规律性单点金刚石刀痕理论模型，为后续研究奠定基础。

技术实现要素：

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种确定单点金刚石车削刀痕抛光去除特性的方法，使其能够快速的确定抛光特性，为后续研究奠定基础。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种确定单点金刚石车削刀痕抛光去除特性的方法，其包括以下步骤：

S1：确定抛光区域半径

根据所选择的抛光用小工具的类型，以及抛光指标，确定抛光区域的半径及区域；

S2：原始数据测量

抛光区域及半径确定后，对该区域的原始基面的微纳结构进行测量，得到原始数据；

S3：抛光试验

应用所选用小工具进行定点抛光去除试验，定义抛光时间为T；

S4：抛光后数据测量

经过T时间的抛光结束后，选择已测量原始数据的位置点进行测量，并记录数据；

S5：数据分析

将抛光前与抛光后的数据进行比较，以抛光角为0°时的材料去除量为基础，将各个点的数据进行分析比较整理得到抛光深度、抛光气囊的球面半径，并采用最小二乘法对各个点进行拟合，插值，从而得到抛光方向与抛光特性的关系。

其中，所述步骤S1之前还包括：

步骤S0：确定抛光试验参数

确定试验中单点金刚石车削基底选择恒转速等进给速度的车削方式，则基底表面车削刀痕为阿基米德螺旋线的形式；抛光过程采用定点抛光的方式，选用具有自转功能的小工具进行抛光，小工具与车削基面接触区域的抛光直径为d，定点抛光区域不应覆盖车削表面中心，即：d＜r，r为车削基面的半径；

定义定点抛光的接触区域的中心位置为Op，Op设在距车削基面回转中心位置r/2处，小工具的回转轴线与车削基面r/2处的法线同轴。

其中，所述步骤S2中，原始数据选用白光干涉仪进行测量。

其中，所述步骤S2中，测量原始数据时，所选择的测量点位于以Op为中心，半径为rp的环带上。

其中，所述测量点为均匀分布的不同的点。

其中，所述测量点选择时，抛光方向和刀纹间的夹角α为0°、90°、180°、270°的四个位置为必选项，其余在各个区间任意取值。

其中，所述步骤S3中，抛光时间T的确定原则以刀纹去除最快区域未完全去除为准。

其中，选用气囊定点抛光去除进行试验确定，试验件的口径为30mm，材料为白铜。抛光区域中心Op选择在距样件中心距离为7.5mm的位置。

其中，所述抛光气囊的球面半径R_b为20mm，抛光深度d_th为0.3mm，得到抛光区域直径d

应用白光干涉仪对单点金刚石车削微纳结构确定抛光区域范围内进行测量，测量环带的半径选择rp为3mm，所选的位置点分别为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°的位置；

抛光时间为5分钟。

其中，以抛光方向和刀纹间的夹角α为0°时的材料去除量为基础，并将各个点的数据进行分析比较整理得到抛光深度、抛光气囊的球面半径，通过数据分析，得到角度关系式为cos(α)，即刀纹的材料去除量与抛光角度成余弦特性

(三)有益效果

上述技术方案所提供的确定单点金刚石车削刀痕抛光去除特性的方法，简单有效，能够提供0°～360°范围内任意抛光夹角的材料去除量，使得参数确定的过程准确而有说服力，为后“确定性”抛光的实施奠定了基础。

附图说明

图1为本发明实施例方法中抛光方向示意图；

图2为本发明实施例方法的确定试验流程图；

图3为本发明实施例方法中抛光及测试位置的确定示意图。

图3中，数字1、2、3、4所对应的位置为α分别为0°、90°、180°、270°的四个必测位置。

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。

本发明提供的技术方案是通过实验确定的方式确定各个区域材料去除特性，

具体的确定确定流程如附图2所示。确定试验中单点金刚石车削基底选择恒转速等进给速度的车削方式，则基底表面车削刀痕为阿基米德螺旋线的形式；抛光过程采用定点抛光的方式，一般选用具有自转功能的小工具进行抛光，且小工具与车削基面接触区域的抛光直径为d，为了保证确定方式的统一性，定点抛光区域不应覆盖车削表面中心，即

d＜r (1)

式中，r为车削基面的半径。

假设定点抛光的接触区域的中心位置为Op，为了使抛光区域能够完全落在车削表面之上，一般情况下，Op设在距车削基面回转中心位置r/2处，小工具的回转轴线应与车削基面r/2处的法线同轴。此时，以Op为回转中心的抛光区域内的每一个环带上均涵盖了0°～360°范围内的任意抛光夹角，具体示意图如附图3所示。

上述抛光试验参数确定以后，进行抛光试验试验确定，具体步骤为：

1、确定抛光区域半径

根据所选择的小工具的样式，抛光深度等指标，确定抛光区域的半径及区域。

2、原始数据测量

抛光区域及半径确定后，对该区域的原始基面的微纳结构进行测量，得到原始数据，测量仪器一般选用白光干涉仪等进行测量；

进一步地所选择的测量点位于以Op为中心，半径为rp的环带上，根据需要均匀的选择不同的点进行测量，并做好标记；

进一步地，测量点选择时，α为0°、90°、180°、270°的四个位置为必选项，其余在各个区间任意取值。

3、抛光试验

应用所选用小工具进行定点抛光去除试验，假设抛光时间为T；进一步地，抛光时间T的确定原则以刀纹去除最快区域未完全去除为准。

4、抛光后数据测量

经过T时间的抛光结束后，选择以测量原始数据的位置点进行测量，并记录数据；

5、数据分析，

将抛光前与抛光后的数据进行比较，以抛光角为0°时的材料去除量为基础，将各个点的数据进行分析比较整理得到抛光深度、抛光气囊的球面半径，并采用最小二乘法对各个点进行拟合，插值，从而得到抛光方向与抛光特性的关系。

下面以一个具体的实例对上述方法过程作进一步详细描述。

实施例

以气囊定点抛光去除进行试验确定，试验件的口径为30mm，材料为白铜。抛光区域中心Op选择在距样件中心距离为7.5mm的位置。具体实施方式如下：

1、抛光区域半径的确定

假设抛光气囊的球面半径R_b为20mm，抛光深度d_th为0.3mm，得到抛光区域直径d

2、原始数据测量

应用白光干涉仪对单点金刚石车削微纳结构确定抛光区域范围内进行测量，测量环带的半径选择rp为3mm，所选的位置点分别为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°的位置。保留测试结果。

3、抛光试验

应用所选用气囊抛光头进行定点抛光去除试验，抛光时间为5分钟；

4、抛光后数据测量

抛光结束后，选择步骤2中测量原始数据的位置点进行测量，并记录数据；

5、数据分析，

将抛光前与抛光后的数据进行比较，计算出每一个测量点所平均材料去除量的数据，以α为0°时的材料去除量为基础，并将各个点的数据进行分析比较整理得到式一中的各个参数。

通过此次数据分析，得到角度关系式为cos(α)。即刀纹的材料去除量与抛光角度成余弦特性。

需要进一步说明的是，本发明中给定的实施案例仅仅代表了此次试验条件下的数据和方程，而并非对其限制，其它采用同样方式得到的方程和数据同样在本发明限定的范畴内；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。