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《数控抛光中不同运动方式下小抛光盘抛光特性之比较》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第7卷第5期光学精密工程Vol.7,No.51999年10月OPTICSANDPRECISIONENGINEERINGOctober,1999文章编号1004-924X(1999)05-0073-07数控抛光中不同运动方式下小抛光盘抛光特性之比较王权陡余景池张峰(中国科学院长春光学精密机械研究所应用光学国家重点实验室长春130022)刘民才(成都精密光学工程研究中心成都610041)摘要阐述行星运动与平转动两种运动方式下数控抛光中小抛光盘的工作函数,论述了抛光盘本身在不同运动方式下的材料磨损情况。通过采用计算机对抛光盘工作函
2、数及磨损曲线的模拟将抛光盘的两种运动方式进行了分析与比较。关键词数控抛光工作函数行星运动平转动中图分类号TQ171.684文献标识码A1引言随着非球面元件越来越多的使用在光学系统中,光学非球面元件的制造技术也随之不断的发展与进步。其中,小抛光盘数控抛光技术是70年代兴起的一门新兴技术,这一技术手段主要是针对口径较大的高精度非球面元件,特别是应用在空间光学系统中轻量化的非球面元件的加工与制造。它是根据定量的面形检测数据,在加工过程控制模型的基础上,依靠计算机控制一个小抛光盘(直径通常小于工件直径的1/4)对光学元件表面进行修抛
3、,通过控制抛光盘[1～2]在元件表面的驻留时间及抛光盘与元件间的相对压力来控制材料的去除量。在加工过程中,由于小抛光盘能够比较有效的跟踪非球面表面各点曲率的变化,因而能与非球面面形实现良好的吻合从而获得很高的加工精度。同时由于小抛光盘工作压力较小,避免加工中“印痕”现[3]象的出现,因而适合轻量化反射镜的加工。收稿日期:1999-04-30修稿日期:1999-05-2174光学精密工程7卷小磨盘抛光过程的数学描述是:表面材料去除量等于抛光盘工作函数在运动轨迹上对停[4]留时间函数的卷积。即:W(x,y)=R(x,y)**T(
4、x,y)(1)式中**表示两维卷积;W(x,y)表示(x,y)点材料的去除量;R(x,y)表示抛光盘的工作函数;T(x,y)表示抛光盘运动轨迹上的时间停留函数;由上式可以看出抛光盘工作函数R(x,y)(也称作材料去除函数)是控制加工过程的基本函数。根据运动方式的不同,抛光盘的工作函数R(x,y)也不同,这样在加工过程中,面形误差的收敛效率、收敛精度也有所不同。目前比较多的为人们所采用的运动方式有两种,一种是抛光盘在自转的同时围绕公转轴转动,即行星运动;另一种是抛光盘在平动的同时围绕定轴转动,这里称作平转动。不论是传统的抛光技
5、术也好,现代的计算机控制抛光技术也好,描述材料去除量的最基本[3]方程是Preston在1927年提出的Preston方程,他指出材料的去除率正比于抛光盘与工件间的压力和相对速度,由下式给出:HLs=C(2)tAt式中H表示材料表面去除量;t表示抛光盘与工件表面的作用时间;C表示比例系数,有时也称作Preston系数,与被抛光材料、抛光膜层材料、抛光粉种类、抛光液浓度与PH值以及抛光温度有关;L表示抛光盘作用在工件表面的负载;A表示抛光盘的工作面积;s表示抛光盘相对工件的作用距离;由于抛光盘在与工件表面相互作用
6、时,负载L、抛光盘工作面积A及比例系数C一般保持不变,将(2)简化并积分后得到:H(x,y)=CP∫V(x,y)dt(3)T(x,y)式中H(x,y)表示(x,y)点单位时间内材料表面的去除量;C表示比例系数;P等于L/A,表示(x,y)点的瞬时正压强;V(x,y)等于s/t,表示(x,y)点的瞬时相对速度;T(x,y)表示点(x,y)在一个抛光周期中的抛光总时间。[5]对(3)式归一化后得到抛光盘的工作函数,表示为:1R(x,y)=CPV(x,y)dt(4)T∫T(x,y)5期王权陡等:数控抛光中不同运动方式下小抛光盘
7、抛光特性之比较75在小抛光盘数控抛光中,被加工表面易出现“小波纹”误差,这是抛光函数卷积效应、抛光[6]盘与被加工面存在不吻合的结果。本文在论述两种运动方式下抛光盘工作函数的基础上,仅从抛光过程中抛光盘磨损情况的不同使得抛光盘与被抛光表面的吻合程度不同的角度出发,讨论了小抛光盘两种运动方式下的抛光特性。2抛光工作函数2.1行星运动方式下抛光盘的工作函数抛光盘行星运动方式如图1所示:为便于推导将图1简化如图2所示。O1为公转中心,O2为抛光盘中心,为抛光盘半径,0为偏心Fig.1Principlemapofplanetmo
8、tionmodel距。设抛光盘自转的角速度为2,公转的角速度为1,V1,V2分别是抛光盘上对应于A点的点相对于O1及O2点运动的线速度。工作函数R(x,y)覆盖区域的半径为0+。由式(4)可知,当压力及其它工艺条件不变的情况下,抛光盘的工作函数与相对运动速度V成正比。所以求得抛光盘
