小型非球面數控拋光的計算機控制技術分析

羅珍珍

摘要：隨著經濟的快速發展和科技的進步，計算機技術已經廣泛應用于社會生產的各個行業，利用計算機控制拋光的方法對小型非球面進行數控拋光控制，通過計算模擬結果，得出研制的小型非球面光學元件有良好的精度，計算機控制技術能有效的提高小型非球面光學元件的生產效率，對企業生產有十分重要的意義。

關鍵詞：小型非球面；數控拋光；計算機控制技術

隨著經濟的快速發展和科技的進步，光學元件在社會生產和建設中發揮著越來越重要的作用，利用計算機拋光控制技術對小型非球面數控拋光進行控制，生產出的小型非球面光學元件表面粗糙度很低，面形精度高，并且重復精度良好，計算機拋光控制技術能有效的提高小型非球面光學元件的生產效率，這企業生產中發揮著很高的作用。

1. 計算機控制拋光技術

小型非球面光學元件是光電傳感器件的主要組成部分，對光電傳感器的生產有十分重要的作用，一直以來，小型非球面的拋光是影響紅外熱成像光學技術發展的因素，傳統的手工修帶拋光技術生產周期比較長、生產效率低、重復精度很差，小型非球面光學元件批量成產效率低，嚴重的影響了企業的發展。計算機控制拋光技術可以將計算機的記憶性強、執行能力高等優點良好的發揮出來，計算機控制拋光技術是以定量的檢測結果作為加工指導，極大的提高了小型非球面光學元件的重復精度和生產效率。

2. 計算機控制拋光的理論和方法

2.1 計算機控制非球面加工技術的理論

計算機控制非球面加工技術是利用計算機控制一個小于元件直徑四分之一的小磨頭，對小型非球面光學元件進行打磨、拋光，計算機控制拋光技術主要是控制磨頭在光學元件表面的打磨、拋光時間和磨頭與光學元件的壓力，從而確定材料的去除量。用公式表示為：ΔZ（x，y）=kP（x，y）V（x，y），ΔZ（x，y）代表磨頭和光學元件接觸的某一點材料在單位時間內的去除量；k為光學元件在生成過程中的溫度比例常數；P（x，y）代表磨頭和光學元件接觸的某一點的相對壓力；V（x，y）代表磨頭在光學元件某一點的移動速度；x、y代表磨頭與光學元件接觸點的坐標。

2.2 材料去除量的計算機模擬

當磨頭在光學元件表面轉動時，繞被加工工件的對稱軸會產生一個擺動運動，從而保磨頭用合適的壓力和接觸面積對光學元件進行加工，在加工過程中，拋光磨頭的旋轉軸、磨頭始終和光學元件接觸面中心點的切線保持垂直，光學元件隨著加工臺按一定的速度進行移動。當磨頭工作函數中心與光學元件中心的距離大于磨頭工作半徑時，磨頭和光學元件在同一周期內的接觸區域為環帶，當磨頭工作函數中心與光學元件中心的距離小于磨頭工作半徑時，磨頭和光學元件在同一周期內的接觸區域為園帶，此時磨頭工作函數中心到光學元件中心的距離與磨頭工作半徑的和值為磨頭的覆蓋區域。

在加工過程中如果壓力和其他加工工藝保持不變，則材料的去除量只受磨頭在光學元件上移動速度的影響，所以只需要求得磨頭在光學元件上的移動速度，就可以得出材料的去除量。根據公式， 可以計算出材料的去除量。其中R（r）表示磨頭工作函數，r表示接觸點到光學元件中心的距離，v表示磨頭在光學元件的移動速度， 表示在加工中磨頭對材料去除作用的角度， 表示磨頭工作函數中心與光學元件中心的距離， 表示磨頭旋轉半徑。當光學元件的旋轉角度同磨頭的旋轉角度比為定值1/5， ＞ 時，磨頭和光學元件在同一周期內的接觸區域為環帶，磨頭的工作函數會隨著 和 比的變化而變化；當光學元件的旋轉角度同磨頭的旋轉角度比為定值1/5， ＜ 時，磨頭和光學元件在同一周期內的接觸區域為園帶，此時磨頭的工作函數會隨著 的變化而變化。在實際生產中，由于存在一定的誤差，因此要根據最接近磨頭工作函數的曲線進行材料的去除量計算。

2.3 光學元件整個工作面去除量函數的計算模擬

通過對磨頭工作函數進行優化，將磨頭的駐留函數做成卷積，就可以得到光學元件整個工作面的去除量函數。當磨頭工作函數在光學元件上的運行軌跡為螺旋線時，如果螺距比磨頭工作函數的直徑小，而光學元件的旋轉速度大于磨頭徑向移動速度，磨頭和光學元件的接觸點在圓形磨頭工作函數區域內的接觸時間很短，因此可以近似的認為光學元件的中心和磨頭工作中心相對稱。去除量函數曲線容易受磨頭工作函數中心與光學元件中心偏移度的影響，當磨頭工作函數中心與光學元件中心偏移度大于磨頭工作函數時，接觸點在磨頭工作函數區域內的運行軌跡為圓形，當磨頭工作函數中心與光學元件中心偏移度小于磨頭工作函數時，接觸點在磨頭工作函數區域內的運行軌跡為橢圓形，通過分析光學元件整個工作面的去除量函數曲線，可以發現元件的中間和邊緣部分的去除量不夠，因此，可以采用調整磨頭駐留時間來進行補償。

在實際生產中，小型非球面數控拋光是一個十分復雜的過程，數控拋光的影響因素很多，如拋光摸的運行方式、拋光元件的材料、光學元件的材料、幾何尺寸、結構構造、磨頭與光學元件的接觸面積、壓力的大小、拋光環境的溫度、拋光材料的濃度等都會對拋光造成影響，因此，在實際生產過程中，要根據實際拋光的參數制作合理的材料去除量分布曲線，從而確定出光學元件的拋光材料去除量。

3. 結果

根據計算機控制拋光理論，對小型非球面數控拋光進行計算機模擬計算，得出的計算機模擬結果和理論計算結果很接近，并且拋光非球面元件的表面粗糙度很低，面形精度良好，重復精度高，計算機控制拋光技術能適用于小型非球面元件的批量生產，因此，利用計算機控制拋光技術能有效提高小型非球面光學元件的生產效率，促進企業的發展和建設。

4.參考文獻

[1] 漆亞梅，李鐵才，杜建軍.小型非球面超精密數控車床的現狀與研究[J].伺服控制，2010，（04）：63-68.

[2] 劉軍漢，熊長新，閆德全，周楊.高精度中小口徑非球面修拋技術研究[J].光學與光電技術，2010，（01）：126-127.

[3] 尹韶輝，徐志強，陳逢軍，余劍武.小口徑非球面斜軸磁流變拋光技術[J].機械工程學報，2013，（17）：145-146.