大型平面的超精密自動化加工裝置，包括工作臺，臥式磨頭機構，橫向驅動機構和縱向驅動機構；臥式磨頭機構包括磨頭和與磨頭連接的磨頭電機；橫向驅動機構包括沿工件橫向設置的絲杠機構，和與絲杠機構的螺母固接的托板；托板上設有氣缸，氣缸推桿的頂推動與連接件固接，連接件與磨頭電機固接，；縱向驅動機構包括沿工件縱向設置的導軌，與導軌滑動連接的滑座，和推動滑座沿導軌滑動的動力機構；橫向驅動機構固定于滑座上。加工大型平面的方法包括制作臥式定壓磨頭；獲取待加工工件的所需加工面的平面面型誤差；磨頭去除函數的建模和磨頭駐留時間函數的計算；加工工件表面。本發明專利技術具有加工效率高，加工精度高，且對加工機床精度要求不高的優點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種。
技術介紹
大型平面在精密測量、精密機械等領域得到廣泛應用。如精密測量平臺、機床導軌平面、機床工作臺、大型精密光學平面、大型精密平面磨具等。這些精密的大型平面零件對表面精度和表面質量要求極高。如激光核聚變裝置所用的大口徑光學元件KDP晶體 (450mm X 450mm)要求表面PV值達到λ/4 (λ = 0. 63 μ m)。用于加工塑料薄膜的精密模具核心部件-大型擠出平模頭要求每100平方毫米平面度要求為0. 02 μ m，表面粗糙度在 Ο.ΟΙμ 以內。大型平面的加工精度受制于加工裝備本身的精度，而大型平面加工裝備的尺寸往往較大，因此要做出高精度的加工設備代價極高。國外發達國家在高精度的大型加工裝備和技術上對我國嚴格封鎖，導致國內大型平面精密加工技術嚴重滯后，不具備高精度的大型平面批量生產能力。目前，國內大型平面的超精密加工是在精密平面銑磨基礎上，再采用人工研磨或刮研的方法，來實現最終的平面度要求。而這些人工的加工方法存在的普遍問題是(1)對工人的技術要求高；( 工藝的穩定性差；C3)產品的一致性差；(4)生產效率低。這制約了大型平面高精度加工的穩定性，加工成本居高。數控加工技術具有閉環控制、執行速度快、記憶準確等優勢，可使加工的重復精度及效率大幅度提高。現有的磨粒數控加工(如CCOS加工技術)是根據檢測的平面面形誤差數據，建立加工過程的控制模型，用計算機控制一個小磨頭對光學零件進行研磨或拋光， 通過控制小磨頭在工件表面的駐留時間來控制材料的去除量，實現向理想平面收斂。但是這種磨粒加工中，小磨頭在某一瞬時都是一加工區域面積，而非逐點加工。CCOS加工中向理想面形收斂的必要條件是其磨頭去除函數趨向S函數。這兒磨頭去除函數定義為單位周期內磨頭加工區域內的材料去除率分布。因此不能采用繞磨頭軸線旋轉的磨頭結構(其瞬時加工區域中心速度為零)。現有的磨粒數控加工方法其磨頭結構和運動形式主要為行星式或平動式，其磨頭結構復雜，去除中心的相對速度不高，即去除中心的去除率不大，因此這些磨頭結構的加工方法向理想平面的收斂速度不高或不能收斂，使加工成本和加工精度上難以實現。
技術實現思路
為克服現有技術的上述缺點，本專利技術提供了一種加工效率高，加工精度高的。大型平面的超精密自動化加工裝置，包括放置工件的工作臺，傾斜設置的、用于研磨工件的臥式磨頭機構，帶動所述的臥式磨頭機構沿工件的橫向往復移動的橫向驅動機構和帶動所述的磨頭機構沿工件的縱向往復移動的縱向驅動機構；所述的臥式磨頭機構包括磨頭和與所述的磨頭連接的磨頭電機；3所述的橫向驅動機構包括沿工件橫向設置的絲杠機構，和與絲杠機構的螺母固接的托板；所述的托板上設有氣缸，氣缸推桿的頂推動與氣缸連接件固接，所述的氣缸連接件與所述的磨頭電機固接；所述的縱向驅動機構包括沿工件縱向設置的導軌，與所述的導軌滑動連接的滑座，和推動所述的滑座沿所述的導軌滑動的動力機構；所述的橫向驅動機構固定于所述的滑座上。進一步，所述的磨頭呈球形。進一步，所述的磨頭電機的外殼通過轉軸與所述的氣缸連結鉸接，所述的氣缸連結件上設有鎖定電機與待加工工件夾角的定位銷及鎖緊螺母。使用所述的大型平面的超精密自動化加工裝置加工大型平面的方法，包括以下步驟1)、制作臥式定壓磨頭；2)、獲取待加工工件的所需加工面的平面面型誤差對被測平面劃定多條不同方向的直線，在各條直線方向上，測量每一節點相對于測量起始點的高度差值，并連同每一節點的二維坐標值進行計算，求出平臺表面的最小二乘平面作為理想平面。將各直線每一節點相對于最小二乘平面的差值作為被測平面的面形誤差模型；3)、磨頭去除函數的建模和磨頭駐留函數的計算對給定被加工工件，測量磨頭在不同載荷、轉速以及工作平面的夾角參數下、加工前后的材料去除量分布，建立磨頭在瞬時加工區域半徑內的磨頭去除函數，根據磨頭去除函數和被測平面的面形誤差模型，磨頭駐留時間函數為平面度誤差與磨頭去除函數的反卷積，即W (x, y) = R (χ, y) **T (χ, y)式中**表示兩維卷積；W(χ，y)表示(X，y)點材料的去除量，即為平面度誤差； R(x, y)表示小磨頭在(x, y)點的磨頭去除函數；T(x, y)表示小磨頭在(x, y)點上的磨頭駐留時間函數；4)、固定待加工工件，氣缸推動臥式磨頭機構向工件壓緊，并根據磨頭駐留時間函數，控制橫向驅動機構和縱向驅動機構帶動磨頭按給設定路徑和給定加工量進行加工。本專利技術的技術構思是由于臥式磨頭機構在加工區域對工件的相對速度是以圓周線速度，磨頭機構在橫向驅動機構和縱向驅動機構的帶動下作平移運動，且磨頭在磨頭電機的帶動下自轉，磨頭的速度很高。且磨頭是球形結構，加工時接觸區域半徑小，且在接觸圓心接觸應力最大，往邊沿迅速衰減。根據I^reston方程，材料的去除率正比磨頭相對工件的壓力和速度，由下式給出Δ Z (X，y) = CP (χ, y) V (χ, y)因此CCFMT磨頭去除函數如圖5所示，即趨向于δ函數。通過多直線度測量及數據處理，得到大型平面的面形誤差，從而計算出磨頭駐留函數。由計算機控制臥式磨頭按給定路徑加工，使大型平面快速收斂于理想平面。磨頭的加工路徑可依據經驗選擇。本專利技術所述的大型平面加工方法的有益效果主要表現在(1)采用球形臥式小磨頭，可使磨頭去除函數趨向于δ函數；(2)臥式小磨頭相對于工件的線速度高，加工效率高；(3)采用多直線度測量及數據處理技術，檢測出大型平面的面形誤差，并以此進行加工，對機床本身精度要求不高；通過對臥式小磨頭加工路徑、駐留時間的數字控制，實現對大型平面超精密加工的自動化。附圖說明圖1是本專利技術一種大型平面的超精密自動化方法的流程圖。圖2是本專利技術中大型平面面型誤差檢測示意圖。圖3是本專利技術的大型平面精密加工設備結構示意圖。圖4是本專利技術臥式定壓小磨頭加工區域壓力分布。圖5是本專利技術臥式定壓小磨頭磨頭去除函數。圖6是本專利技術大型平面不同方向的直線度誤差檢測。圖7是本專利技術小磨頭的加工路徑。具體實施例方式實施例一參照圖3大型平面的超精密自動化加工裝置，包括放置工件的工作臺，傾斜設置的、用于研磨工件的臥式磨頭機構，帶動所述的臥式磨頭機構沿工件的橫向往復移動的橫向驅動機構和帶動所述的磨頭機構沿工件的縱向往復移動的縱向驅動機構；所述的臥式磨頭機構包括磨頭和與所述的磨頭連接的磨頭電機；所述的橫向驅動機構包括沿工件橫向設置的絲杠機構，和與絲杠機構的螺母固接的托板；所述的托板上設有氣缸，氣缸推桿的頂推動與氣缸連接件固接，所述的氣缸連接件與所述的磨頭電機固接；所述的縱向驅動機構包括沿工件縱向設置的導軌，與所述的導軌滑動連接的滑座，和推動所述的滑座沿所述的導軌滑動的動力機構；所述的橫向驅動機構固定于所述的滑座上。所述的磨頭呈球形。所述的磨頭電機的外殼通過轉軸與所述的氣缸連結鉸接，所述的氣缸連結件上設有鎖定電機與待加工工件夾角的定位銷及鎖緊螺母。本專利技術的技術構思是由于臥式磨頭機構在加工區域對工件的相對速度是以圓周線速度，磨頭機構在橫向驅動機構和縱向驅動機構的帶動下作平移運動，且磨頭在磨頭電機的帶動下自轉，磨頭的速度很高。且磨頭是球形結構，加工時接觸區域半徑小，且在接觸圓心接觸應力最大，往邊沿迅速衰減。根據 Preston方程本文檔來自技高網...
【技術保護點】
１．大型平面的超精密自動化加工裝置，其特征在于：包括放置工件的工作臺，傾斜設置的、用于研磨工件的臥式磨頭機構，帶動所述的臥式磨頭機構沿工件的橫向往復移動的橫向驅動機構和帶動所述的磨頭機構沿工件的縱向往復移動的縱向驅動機構；所述的臥式磨頭機構包括磨頭和與所述的磨頭連接的磨頭電機；所述的橫向驅動機構包括沿工件橫向設置的絲杠機構，和與絲杠機構的螺母固接的托板；所述的托板上設有氣缸，氣缸推桿的頂推動與氣缸連接件固接，所述的氣缸連接件與所述的磨頭電機固接；所述的縱向驅動機構包括沿工件縱向設置的導軌，與所述的導軌滑動連接的滑座，和推動所述的滑座沿所述的導軌滑動的動力機構；所述的橫向驅動機構固定于所述的滑座上。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：呂迅，袁巨龍，譚大鵬，
申請(專利權)人：浙江工業大學，
類型：發明
國別省市：86
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