一种基于超精密车削的光学曲面表面形貌仿真方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114996975A(43)申请公布日2022.09.02(21)申请号202210844329.0(22)申请日2022.07.19(71)申请人中国科学院光电技术研究所地址610209四川省成都市双流350信箱申请人成都同力精密光电仪器制造有限公司(72)发明人唐林峰李云林妩媚谢强青建宏雷茸粮(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251专利代理师李晓莉(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06F30/10(2020.01)权利要求书2页说明书4页附图5页(54)发明名称一种基于超精密车削的光学曲面表面形貌仿真方法(57)摘要本发明涉及一种基于超精密车削的光学曲面表面形貌仿真方法，属于超精密加工技术领域。基于已规划超精密刀具轨迹模型，对仿真区域进行网格点划分，计算网格点在径向截面上所有的刀具轨迹刀触点，并进行刀具半径补偿，得到对应刀触点的刀位点，根据网格点和已规划刀位点的几何位置关系计算出仿真区域内所有网格点的最小残留高度坐标数据，实现了整个仿真区域内光学曲面的表面形貌仿真，将表面形貌仿真数据去除光学曲面理论设计的形状成分可实现对光学曲面的加工面形误差分布情况的预测。本发明考虑了已规划刀具轨迹的刀具半径补偿对形貌仿真的影响，可以在车削实验前预测实际加工工件的表面形貌，无需进行多次昂贵费时的试错实验。CN114996975ACN114996975A权利要求书1/2页1.一种基于超精密车削的光学曲面表面形貌仿真方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤（1）：对仿真区域进行网格点划分，设定表面形貌仿真区域Lx×Ly，Lx代表仿真区域的长度，Ly代表仿真区域的宽度，mx和my分别代表x和y方向的仿真区域分辨率，将仿真区域的中心设置为光学曲面加工的圆心，仿真区域内第(i,j)网格点的坐标表示为(Xi,j,Yi,j)，并将网格点(Xi,j,Yi,j)转换为极坐标(ρ,θ)，其中，ρ表示网格点(Xi,j,Yi,j)在极坐标系下的极径，θ表示网格点(Xi,j,Yi,j)在极坐标系下的极角；步骤（2）：计算网格点(Xi,j,Yi,j)在θ径向截面上所有的刀具轨迹刀触点的极坐标半径ρk；步骤（3）：对求得的网格点(Xi,j,Yi,j)在θ径向截面上所有的刀具轨迹刀触点(ρk,θk,zk)进行与已规划刀具轨迹模型相同的刀具半径补偿，得到网格点(Xi,j,Yi,j)在θ径向截面上所有的刀具轨迹刀位点(ρk',θk',zk')；其中，θk表示在柱坐标系下刀具轨迹刀触点的极角，zk表示在柱坐标系下刀具轨迹刀触点的Z坐标值，ρk'为刀具轨迹刀位点的极坐标半径，θk'为柱坐标系下刀具轨迹刀位点的极角，zk'为柱坐标系下刀具轨迹刀位点的Z坐标值，k=́0,1,…,(Rw/f)，f为刀具进给速度，Rw为工件半径；步骤（4）：根据残留高度计算方法，分别计算网格点(Xi,j,Yi,j)在θ径向截面上所有的刀具轨迹刀位点在网格点(Xi,j,Yi,j)产生的残留高度hk，并且取其中最小值作为网格点(Xi,j,Yi,j)处的Z坐标值Zi,j；计算出仿真区域内所有网格点的最小残留高度坐标数据即可实现整个仿真区域内光学曲面的表面形貌仿真；步骤（5）：将表面形貌仿真数据去除光学曲面理论设计的形状成分，从而实现对光学曲面的加工面形误差分布情况的预测。2.根据权利要求1所述的一种基于超精密车削的光学曲面表面形貌仿真方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述仿真区域内第(i,j)网格点的坐标(Xi,j,Yi,j)为：式中，i=1,2,3,…(Lx/mx)，j=1,2,3,…(Ly/my)；以及所述将网格点(Xi,j,Yi,j)转换为极坐标(ρ,θ)的表达式为：。3.根据权利要求2所述的一种基于超精密车削的光学曲面表面形貌仿真方法，其特征在于，所述步骤（2）中，计算网格点(Xi,j,Yi,j)在θ径向截面上所有的刀具轨迹刀触点的极坐标半径ρk的表达式为：2CN114996975A权利要求书2/2页上式中，θ∈(0,2π)，k=0,1,…(Rw/f)，f为刀具进给速度，Rw为工件半径。4.根据权利要求3所述的一种基于超精密车削的光学曲面表面形貌仿真方法，其特征在于，所述步骤（4）中，计算网格点(Xi,j,Yi,j)在θ径向截面上所有的刀具轨迹刀位点在网格点(Xi,j,Yi,j)产生的残留高度hk的表达式为：式中，Rt为刀具刀尖圆弧半径；并且取其中最小值作为网格点(Xi,j,Yi,j)处的Z坐标值Zi,j：Zi,j=min(hk)。5.根据权利要求4所述的一种基于超精密车削的光学曲面表面形貌仿真方法，其特征在于，所述步骤（5）中，将表面形貌仿真数据去除光学曲面理论设计的形状成分，从而实现