CN111062098B - 提高高速抛光表面材料去除均匀性的抛光垫形状设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高高速抛光表面材料去除均匀性的抛光垫形状设计方法，依次计算铁笔摆动在抛光表面产生的线速度、零件转动在抛光表面产生的线速度和抛光盘转动在抛光表面产生的线速度；根据上述结果，计算零件抛光表面相对速度分布的均方根值RMS0；将抛光垫形状备选参数列表，排列组合，形成多个备选方案；将零件表面位于玫瑰曲线方程轮廓线外的区域的速度值置零，对应备选方案，重新计算相对速度分布的均方根值RMS，选取最小RMS值对应的抛光垫形状参数作为最终设计结果。本发明解决了光学透镜在生产准备阶段工艺试验时间长，研制成本高等问题，可以有效降低该类光学透镜的批量化生产前的工艺准备时间。
Description
技术领域
本发明属于光学加工技术领域，涉及一种提高高速抛光表面材料去除均匀性的抛光垫形状设计方法。
背景技术
高速抛光技术在光学透镜大规模生产领域发挥着重要作用。与传统沥青抛光盘不同，高速抛光采用的聚氨酯抛光盘热稳定性好，不易变形，所加工的表面一致性高。
制备抛光盘时，需要将聚氨酯抛光垫修剪成一定形状，粘贴在抛光盘基体上。作为与零件抛光表面直接接触的部分，抛光垫的形状决定了压力分布和驻留时间。通过改变形状，可以提高表面材料去除的均匀性，使得面形精度能够快速收敛，减少抛光时间。在实际生产中，工艺人员需要根据经验初步确定抛光垫形状，再通过多次试验对形状进行优化。这个过程需要耗费大量时间，反复进行加工、测量，修形等操作，特别是大口径透镜或单晶硅、蓝宝石等低磨耗度材料的光学透镜，每次抛光时间需要几十分钟，甚至于一个多小时，而且面形变化很慢，采用工艺试验优化抛光垫形状的效率很低。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种用于球面透镜高速抛光的聚氨酯抛光垫形状设计方法，解决光学透镜在生产准备阶段工艺试验时间长、研制成本高等问题，适用于光学透镜批量化生产的工艺设计过程。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种提高高速抛光表面材料去除均匀性的抛光垫形状设计方法，抛光垫形状轮廓为玫瑰曲线，高速抛光所用抛光机为平摆式高速抛光机，平摆式高速抛光机包括：铁笔、夹具和抛光盘，抛光盘包括抛光盘基体和抛光垫，铁笔上端连接摆动转动轴，铁笔下端连接夹具，夹具上安装待加工零件；抛光垫形状设计方法包括如下步骤：
步骤一、根据所加工零件表面半径和铁笔摆频，计算铁笔摆动在抛光表面产生的线速度；
步骤二、根据抛光机的主轴转速和零件口径，计算零件转动在抛光表面产生的线速度；
步骤三、根据主轴转速、铁笔初始摆角和摆幅、零件口径和半径、抛光盘口径，计算抛光盘转动在抛光表面产生的线速度；
步骤四、根据上述结果，计算零件抛光表面相对速度分布的均方根值RMS0；
步骤五、将抛光垫形状备选参数列表，排列组合，形成多个备选方案；
步骤六、将零件表面位于玫瑰曲线方程轮廓线外的区域的速度值置零，对应备选方案，重新计算相对速度分布的均方根值RMS，选取最小RMS值对应的抛光垫形状参数作为最终设计结果。
其中，所述步骤一中，所加工零件表面半径R和铁笔摆频f，铁笔摆动在抛光表面产生的线速度vA为：vA＝2πfR。
其中，所述步骤二中，抛光机主轴转速ωP和零件口径d，零件转动在抛光表面产生的线速度分布vL为：
vL＝ωP×r r＝0:step:d/2 step为计算步长。
其中，所述步骤三中，主轴转速ωP、铁笔初始摆角θ0和摆幅ψ、零件口径d和半径R、抛光盘口径D，计算抛光盘转动在抛光表面产生的线速度分布vP为：
vP＝ωP×rP
其中，θ＝θ0:step:(θ0+ψ)，α为零件球面与抛光盘球面的球心角之差，δ为角度自变量，不失一般性可选取δ＝0：0.1：2π。
其中，所述步骤四中，零件抛光表面相对速度分布的均方根值RMSO为：
其中，所述步骤五中，根据玫瑰曲线方程轮廓线形式L＝a sin(3β)2+b，a和b为常数，a代表花瓣径向长度，b代表花蕊中心半径，β为角度自变量，不失一般性可选取β＝0：0.1：2π，任意给出多组备选参数，将备选参数列表，组成若干方案。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的提高高速抛光表面材料去除均匀性的抛光垫形状设计方法，基于平摆式高速抛光表面材料去除速率数学模型，以提高抛光表面材料去除均匀性为原则设计，避免生产准备阶段的大量工艺试验。
附图说明
附图1为本发明所述的平摆式高速抛光机。
附图2为本发明步骤三计算示意图。
附图3为本发明所述的聚氨酯抛光垫形状和几何参数。
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。
为了实现本发明所述方法，需保证4个条件：1、抛光前，表面经过精密磨削，面形精度接近设计要求；2、所用抛光机床为平摆式高速抛光机；3、零件与夹具边缘接触；4、抛光垫形状轮廓为玫瑰曲线。
参照图1所示，本发明所采用的平摆式高速抛光机包括：铁笔、夹具和抛光盘，抛光盘包括抛光盘基体和抛光垫，铁笔上端连接摆动转动轴，铁笔下端连接夹具，夹具上安装待加工零件。
本发明提高高速抛光表面材料去除均匀性的抛光垫形状设计方法包括如下步骤：
步骤一、根据所加工零件表面半径和铁笔摆频，计算铁笔摆动在抛光表面产生的线速度。
步骤二、根据抛光机的主轴转速和零件口径，计算零件转动在抛光表面产生的线速度。
步骤三、根据主轴转速、铁笔初始摆角和摆幅、零件口径和半径、抛光盘口径，计算抛光盘转动在抛光表面产生的线速度。
步骤四、根据上述结果，计算零件抛光表面相对速度分布的均方根值RMS0。
步骤五、将抛光垫形状备选参数列表，排列组合，形成多个方案。
步骤六、将零件表面位于玫瑰曲线方程轮廓线外的区域的速度值置零，重新计算相对速度分布的均方根值RMS，选取最小RMS值对应的抛光垫形状参数作为最终设计结果。
实施例
以常规平摆式高速抛光机为例，提高抛光表面材料去除均匀性的抛光垫形状设计方法如下。
步骤一、根据所加工零件表面半径R和铁笔摆频f，计算铁笔摆动在抛光表面产生的线速度vA。
vA＝2πfR
步骤二、根据抛光机主轴转速ωP和零件口径d，计算零件转动在抛光表面产生的线速度分布vL。
vL＝ωP×r r＝0:step:d/2 step为计算步长
步骤三、根据主轴转速ωP、铁笔初始摆角θ0和摆幅ψ、零件口径d和半径R、抛光盘口径D，计算抛光盘转动在抛光表面产生的线速度分布vP，α为零件球面与抛光盘球面的球心角之差，δ为角度自变量，不失一般性可选取δ＝0：0.1：2π，如附图2所示。
vP＝ωP×rP
步骤四、根据上述结果，计算零件抛光表面相对速度分布的均方根值RMS0。
步骤五、参照图3所示，玫瑰曲线方程轮廓线形式的抛光垫轮廓曲线方程为L＝asin(3β)2+b，a和b为常数，β为角度自变量，不失一般性可选取β＝0：0.1：2π，任意给出多组备选参数，根据抛光盘的形状，a代表花瓣径向长度，b代表花蕊中心半径，将备选参数列表，组成若干方案，例如下表所示
| 方案 | a | b |
| 1 | 0.2 | 0 |
| 2 | 0.2 | 0.01 |
| 3 | 0.2 | 0.02 |
| 4 | 0.2 | 0.03 |
| 5 | 0.22 | 0 |
| 6 | 0.22 | 0.01 |
| 7 | 0.22 | 0.02 |
| 8 | 0.22 | 0.03 |
| 9 | 0.24 | 0 |
| 10 | 0.24 | 0.01 |
| 11 | 0.24 | 0.02 |
| 12 | 0.24 | 0.03 |
步骤六、将零件表面位于玫瑰曲线方程轮廓线外的区域的速度值置零，重新计算相对速度分布的均方根值RMS，列表如下。用备选参数来算RMS。
选取最小RMS值的抛光垫形状参数作为最终设计，即a＝0.24，b＝0.03。
本发明公开的提高抛光表面材料去除均匀性的抛光垫形状设计方法解决了光学透镜在生产准备阶段工艺试验时间长，研制成本高等问题，可以有效降低该类光学透镜的批量化生产前的工艺准备时间。
本发明不局限于上述实例中所描述的工艺参数值和备选方案个数。工艺技术人员可以根据所用机床的规格和所加工零件的特点对备选方案中的工艺参数进行修改或替换。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种提高高速抛光表面材料去除均匀性的抛光垫形状设计方法，其特征在于，抛光垫形状轮廓为玫瑰曲线，高速抛光所用抛光机为平摆式高速抛光机，平摆式高速抛光机包括：铁笔、夹具和抛光盘，抛光盘包括抛光盘基体和抛光垫，铁笔上端连接摆动转动轴，铁笔下端连接夹具，夹具上安装待加工零件；抛光垫形状设计方法包括如下步骤：
步骤一、根据所加工零件表面半径和铁笔摆频，计算铁笔摆动在抛光表面产生的线速度；
步骤二、根据抛光机的主轴转速和零件口径，计算零件转动在抛光表面产生的线速度；
步骤三、根据主轴转速、铁笔初始摆角和摆幅、零件口径和半径、抛光盘口径，计算抛光盘转动在抛光表面产生的线速度；
步骤四、根据上述结果，计算零件抛光表面相对速度分布的均方根值RMS0；
步骤五、将抛光垫形状备选参数列表，排列组合，形成多个备选方案；
步骤六、将零件表面位于玫瑰曲线方程轮廓线外的区域的速度值置零，对应备选方案，重新计算相对速度分布的均方根值RMS，选取最小RMS值对应的抛光垫形状参数作为最终设计结果；
所述步骤一中，所加工零件表面半径R和铁笔摆频f，铁笔摆动在抛光表面产生的线速度vA为：vA＝2πfR；
所述步骤二中，抛光机主轴转速ωP和零件口径d，零件转动在抛光表面产生的线速度分布vL为：
vL＝ωP×r r＝0:step:d/2 step为计算步长；
所述步骤三中，主轴转速ωP、铁笔初始摆角θ0和摆幅ψ、零件口径d和半径R、抛光盘口径D，计算抛光盘转动在抛光表面产生的线速度分布vP为：
vP＝ωP×rP
其中，θ＝θ0:step:(θ0+ψ)，α为零件球面与抛光盘球面的球心角之差，δ为角度自变量；
所述步骤四中，零件抛光表面相对速度分布的均方根值RMS0为：
所述步骤五中，根据玫瑰曲线方程轮廓线形式L＝asin(3β)2+b，a和b为常数，a代表花瓣径向长度，b代表花蕊中心半径，β为角度自变量，任意给出多组备选参数，将备选参数列表，组成若干方案。
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