羅珍珍

摘要：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和科技的進步，計算機技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會生產(chǎn)的各個行業(yè)，利用計算機控制拋光的方法對小型非球面進行數(shù)控拋光控制，通過計算模擬結(jié)果，得出研制的小型非球面光學(xué)元件有良好的精度，計算機控制技術(shù)能有效的提高小型非球面光學(xué)元件的生產(chǎn)效率，對企業(yè)生產(chǎn)有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：小型非球面；數(shù)控拋光；計算機控制技術(shù)

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和科技的進步，光學(xué)元件在社會生產(chǎn)和建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，利用計算機拋光控制技術(shù)對小型非球面數(shù)控拋光進行控制，生產(chǎn)出的小型非球面光學(xué)元件表面粗糙度很低，面形精度高，并且重復(fù)精度良好，計算機拋光控制技術(shù)能有效的提高小型非球面光學(xué)元件的生產(chǎn)效率，這企業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著很高的作用。

1. 計算機控制拋光技術(shù)

小型非球面光學(xué)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(chǎn)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(xué)技術(shù)發(fā)展的因素，傳統(tǒng)的手工修帶拋光技術(shù)生產(chǎn)周期比較長、生產(chǎn)效率低、重復(fù)精度很差，小型非球面光學(xué)元件批量成產(chǎn)效率低，嚴(yán)重的影響了企業(yè)的發(fā)展。計算機控制拋光技術(shù)可以將計算機的記憶性強、執(zhí)行能力高等優(yōu)點良好的發(fā)揮出來，計算機控制拋光技術(shù)是以定量的檢測結(jié)果作為加工指導(dǎo)，極大的提高了小型非球面光學(xué)元件的重復(fù)精度和生產(chǎn)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(shù)的理論

計算機控制非球面加工技術(shù)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(xué)元件進行打磨、拋光，計算機控制拋光技術(shù)主要是控制磨頭在光學(xué)元件表面的打磨、拋光時間和磨頭與光學(xué)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(xué)元件接觸的某一點材料在單位時間內(nèi)的去除量；k為光學(xué)元件在生成過程中的溫度比例常數(shù)；P（x，y）代表磨頭和光學(xué)元件接觸的某一點的相對壓力；V（x，y）代表磨頭在光學(xué)元件某一點的移動速度；x、y代表磨頭與光學(xué)元件接觸點的坐標(biāo)。

2.2 材料去除量的計算機模擬

當(dāng)磨頭在光學(xué)元件表面轉(zhuǎn)動時，繞被加工工件的對稱軸會產(chǎn)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(xué)元件進行加工，在加工過程中，拋光磨頭的旋轉(zhuǎn)軸、磨頭始終和光學(xué)元件接觸面中心點的切線保持垂直，光學(xué)元件隨著加工臺按一定的速度進行移動。當(dāng)磨頭工作函數(shù)中心與光學(xué)元件中心的距離大于磨頭工作半徑時，磨頭和光學(xué)元件在同一周期內(nèi)的接觸區(qū)域為環(huán)帶，當(dāng)磨頭工作函數(shù)中心與光學(xué)元件中心的距離小于磨頭工作半徑時，磨頭和光學(xué)元件在同一周期內(nèi)的接觸區(qū)域為園帶，此時磨頭工作函數(shù)中心到光學(xué)元件中心的距離與磨頭工作半徑的和值為磨頭的覆蓋區(qū)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(xué)元件上移動速度的影響，所以只需要求得磨頭在光學(xué)元件上的移動速度，就可以得出材料的去除量。根據(jù)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(shù)，r表示接觸點到光學(xué)元件中心的距離，v表示磨頭在光學(xué)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(shù)中心與光學(xué)元件中心的距離， 表示磨頭旋轉(zhuǎn)半徑。當(dāng)光學(xué)元件的旋轉(zhuǎn)角度同磨頭的旋轉(zhuǎn)角度比為定值1/5， ＞ 時，磨頭和光學(xué)元件在同一周期內(nèi)的接觸區(qū)域為環(huán)帶，磨頭的工作函數(shù)會隨著 和 比的變化而變化；當(dāng)光學(xué)元件的旋轉(zhuǎn)角度同磨頭的旋轉(zhuǎn)角度比為定值1/5， ＜ 時，磨頭和光學(xué)元件在同一周期內(nèi)的接觸區(qū)域為園帶，此時磨頭的工作函數(shù)會隨著 的變化而變化。在實際生產(chǎn)中，由于存在一定的誤差，因此要根據(jù)最接近磨頭工作函數(shù)的曲線進行材料的去除量計算。

2.3 光學(xué)元件整個工作面去除量函數(shù)的計算模擬

通過對磨頭工作函數(shù)進行優(yōu)化，將磨頭的駐留函數(shù)做成卷積，就可以得到光學(xué)元件整個工作面的去除量函數(shù)。當(dāng)磨頭工作函數(shù)在光學(xué)元件上的運行軌跡為螺旋線時，如果螺距比磨頭工作函數(shù)的直徑小，而光學(xué)元件的旋轉(zhuǎn)速度大于磨頭徑向移動速度，磨頭和光學(xué)元件的接觸點在圓形磨頭工作函數(shù)區(qū)域內(nèi)的接觸時間很短，因此可以近似的認(rèn)為光學(xué)元件的中心和磨頭工作中心相對稱。去除量函數(shù)曲線容易受磨頭工作函數(shù)中心與光學(xué)元件中心偏移度的影響，當(dāng)磨頭工作函數(shù)中心與光學(xué)元件中心偏移度大于磨頭工作函數(shù)時，接觸點在磨頭工作函數(shù)區(qū)域內(nèi)的運行軌跡為圓形，當(dāng)磨頭工作函數(shù)中心與光學(xué)元件中心偏移度小于磨頭工作函數(shù)時，接觸點在磨頭工作函數(shù)區(qū)域內(nèi)的運行軌跡為橢圓形，通過分析光學(xué)元件整個工作面的去除量函數(shù)曲線，可以發(fā)現(xiàn)元件的中間和邊緣部分的去除量不夠，因此，可以采用調(diào)整磨頭駐留時間來進行補償。

在實際生產(chǎn)中，小型非球面數(shù)控拋光是一個十分復(fù)雜的過程，數(shù)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(xué)元件的材料、幾何尺寸、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、磨頭與光學(xué)元件的接觸面積、壓力的大小、拋光環(huán)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(chǎn)過程中，要根據(jù)實際拋光的參數(shù)制作合理的材料去除量分布曲線，從而確定出光學(xué)元件的拋光材料去除量。

3. 結(jié)果

根據(jù)計算機控制拋光理論，對小型非球面數(shù)控拋光進行計算機模擬計算，得出的計算機模擬結(jié)果和理論計算結(jié)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(fù)精度高，計算機控制拋光技術(shù)能適用于小型非球面元件的批量生產(chǎn)，因此，利用計算機控制拋光技術(shù)能有效提高小型非球面光學(xué)元件的生產(chǎn)效率，促進企業(yè)的發(fā)展和建設(shè)。

4.參考文獻(xiàn)

[1] 漆亞梅，李鐵才，杜建軍.小型非球面超精密數(shù)控車床的現(xiàn)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(shù)研究[J].光學(xué)與光電技術(shù)，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(shù)[J].機械工程學(xué)報，2013，（17）：145-146.