本發(fā)明屬于光學(xué)冷加工及超精密加工領(lǐng)域，涉及一種確定單點金剛石車削刀痕拋光去除特性的方法。

背景技術(shù)：

由于具備高效制造平面、球面、非球面和自由曲面等多種類型表面，并能夠獲得納米級表面粗糙度和亞微米級面形精度的加工精度等優(yōu)點，單點金剛石車削技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光學(xué)表面以及其它的超精密加工領(lǐng)域，但是受加工方式的限制，不可避免的會在被車削表面殘留規(guī)律性的微納刀痕結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)將會誘發(fā)衍射和散射效應(yīng)，從而表面質(zhì)量。在一些高分辨率、高精度的光學(xué)系統(tǒng)中，需要消除此類微納刀痕，其中拋光是去除刀痕最為常用技術(shù)手段之一。

在一般精磨表面拋光過程中，其材料去除量與拋光的壓力和相對運(yùn)動速度成正比，已經(jīng)成為表征拋光過程中材料去除數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)。但是與一般的精磨表面雜散紋路不同，單點金剛石車削表面殘留有規(guī)律性的微納刀痕結(jié)構(gòu)。前期研究表明，如附圖1所示，拋光去除車削刀痕過程中的材料去除量的多少與拋光方向和刀紋間的夾角α有明顯聯(lián)系，成為影響后續(xù)“確定性”拋光去除和面形精度控制的關(guān)鍵因素之一。但是目前的拋光過程中的材料去除數(shù)學(xué)模型中還未曾涉及到拋光角度的影響。因此，有必要提供一種確定拋光去除特性的方法，并建立一種拋光去除規(guī)律性單點金剛石刀痕理論模型，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是：提供一種確定單點金剛石車削刀痕拋光去除特性的方法，使其能夠快速的確定拋光特性，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種確定單點金剛石車削刀痕拋光去除特性的方法，其包括以下步驟：

S1：確定拋光區(qū)域半徑

根據(jù)所選擇的拋光用小工具的類型，以及拋光指標(biāo)，確定拋光區(qū)域的半徑及區(qū)域；

S2：原始數(shù)據(jù)測量

拋光區(qū)域及半徑確定后，對該區(qū)域的原始基面的微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量，得到原始數(shù)據(jù)；

S3：拋光試驗

應(yīng)用所選用小工具進(jìn)行定點拋光去除試驗，定義拋光時間為T；

S4：拋光后數(shù)據(jù)測量

經(jīng)過T時間的拋光結(jié)束后，選擇已測量原始數(shù)據(jù)的位置點進(jìn)行測量，并記錄數(shù)據(jù)；

S5：數(shù)據(jù)分析

將拋光前與拋光后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以拋光角為0°時的材料去除量為基礎(chǔ)，將各個點的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較整理得到拋光深度、拋光氣囊的球面半徑，并采用最小二乘法對各個點進(jìn)行擬合，插值，從而得到拋光方向與拋光特性的關(guān)系。

其中，所述步驟S1之前還包括：

步驟S0：確定拋光試驗參數(shù)

確定試驗中單點金剛石車削基底選擇恒轉(zhuǎn)速等進(jìn)給速度的車削方式，則基底表面車削刀痕為阿基米德螺旋線的形式；拋光過程采用定點拋光的方式，選用具有自轉(zhuǎn)功能的小工具進(jìn)行拋光，小工具與車削基面接觸區(qū)域的拋光直徑為d，定點拋光區(qū)域不應(yīng)覆蓋車削表面中心，即：d＜r，r為車削基面的半徑；

定義定點拋光的接觸區(qū)域的中心位置為Op，Op設(shè)在距車削基面回轉(zhuǎn)中心位置r/2處，小工具的回轉(zhuǎn)軸線與車削基面r/2處的法線同軸。

其中，所述步驟S2中，原始數(shù)據(jù)選用白光干涉儀進(jìn)行測量。

其中，所述步驟S2中，測量原始數(shù)據(jù)時，所選擇的測量點位于以O(shè)p為中心，半徑為rp的環(huán)帶上。

其中，所述測量點為均勻分布的不同的點。

其中，所述測量點選擇時，拋光方向和刀紋間的夾角α為0°、90°、180°、270°的四個位置為必選項，其余在各個區(qū)間任意取值。

其中，所述步驟S3中，拋光時間T的確定原則以刀紋去除最快區(qū)域未完全去除為準(zhǔn)。

其中，選用氣囊定點拋光去除進(jìn)行試驗確定，試驗件的口徑為30mm，材料為白銅。拋光區(qū)域中心Op選擇在距樣件中心距離為7.5mm的位置。

其中，所述拋光氣囊的球面半徑R_b為20mm，拋光深度d_th為0.3mm，得到拋光區(qū)域直徑d

應(yīng)用白光干涉儀對單點金剛石車削微納結(jié)構(gòu)確定拋光區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行測量，測量環(huán)帶的半徑選擇rp為3mm，所選的位置點分別為0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°的位置；

拋光時間為5分鐘。

其中，以拋光方向和刀紋間的夾角α為0°時的材料去除量為基礎(chǔ)，并將各個點的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較整理得到拋光深度、拋光氣囊的球面半徑，通過數(shù)據(jù)分析，得到角度關(guān)系式為cos(α)，即刀紋的材料去除量與拋光角度成余弦特性

(三)有益效果

上述技術(shù)方案所提供的確定單點金剛石車削刀痕拋光去除特性的方法，簡單有效，能夠提供0°～360°范圍內(nèi)任意拋光夾角的材料去除量，使得參數(shù)確定的過程準(zhǔn)確而有說服力，為后“確定性”拋光的實施奠定了基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例方法中拋光方向示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例方法的確定試驗流程圖；

圖3為本發(fā)明實施例方法中拋光及測試位置的確定示意圖。

圖3中，數(shù)字1、2、3、4所對應(yīng)的位置為α分別為0°、90°、180°、270°的四個必測位置。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是通過實驗確定的方式確定各個區(qū)域材料去除特性，

具體的確定確定流程如附圖2所示。確定試驗中單點金剛石車削基底選擇恒轉(zhuǎn)速等進(jìn)給速度的車削方式，則基底表面車削刀痕為阿基米德螺旋線的形式；拋光過程采用定點拋光的方式，一般選用具有自轉(zhuǎn)功能的小工具進(jìn)行拋光，且小工具與車削基面接觸區(qū)域的拋光直徑為d，為了保證確定方式的統(tǒng)一性，定點拋光區(qū)域不應(yīng)覆蓋車削表面中心，即

d＜r (1)

式中，r為車削基面的半徑。

假設(shè)定點拋光的接觸區(qū)域的中心位置為Op，為了使拋光區(qū)域能夠完全落在車削表面之上，一般情況下，Op設(shè)在距車削基面回轉(zhuǎn)中心位置r/2處，小工具的回轉(zhuǎn)軸線應(yīng)與車削基面r/2處的法線同軸。此時，以O(shè)p為回轉(zhuǎn)中心的拋光區(qū)域內(nèi)的每一個環(huán)帶上均涵蓋了0°～360°范圍內(nèi)的任意拋光夾角，具體示意圖如附圖3所示。

上述拋光試驗參數(shù)確定以后，進(jìn)行拋光試驗試驗確定，具體步驟為：

1、確定拋光區(qū)域半徑

根據(jù)所選擇的小工具的樣式，拋光深度等指標(biāo)，確定拋光區(qū)域的半徑及區(qū)域。

2、原始數(shù)據(jù)測量

拋光區(qū)域及半徑確定后，對該區(qū)域的原始基面的微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量，得到原始數(shù)據(jù)，測量儀器一般選用白光干涉儀等進(jìn)行測量；

進(jìn)一步地所選擇的測量點位于以O(shè)p為中心，半徑為rp的環(huán)帶上，根據(jù)需要均勻的選擇不同的點進(jìn)行測量，并做好標(biāo)記；

進(jìn)一步地，測量點選擇時，α為0°、90°、180°、270°的四個位置為必選項，其余在各個區(qū)間任意取值。

3、拋光試驗

應(yīng)用所選用小工具進(jìn)行定點拋光去除試驗，假設(shè)拋光時間為T；進(jìn)一步地，拋光時間T的確定原則以刀紋去除最快區(qū)域未完全去除為準(zhǔn)。

4、拋光后數(shù)據(jù)測量

經(jīng)過T時間的拋光結(jié)束后，選擇以測量原始數(shù)據(jù)的位置點進(jìn)行測量，并記錄數(shù)據(jù)；

5、數(shù)據(jù)分析，

將拋光前與拋光后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以拋光角為0°時的材料去除量為基礎(chǔ)，將各個點的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較整理得到拋光深度、拋光氣囊的球面半徑，并采用最小二乘法對各個點進(jìn)行擬合，插值，從而得到拋光方向與拋光特性的關(guān)系。

下面以一個具體的實例對上述方法過程作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實施例

以氣囊定點拋光去除進(jìn)行試驗確定，試驗件的口徑為30mm，材料為白銅。拋光區(qū)域中心Op選擇在距樣件中心距離為7.5mm的位置。具體實施方式如下：

1、拋光區(qū)域半徑的確定

假設(shè)拋光氣囊的球面半徑R_b為20mm，拋光深度d_th為0.3mm，得到拋光區(qū)域直徑d

2、原始數(shù)據(jù)測量

應(yīng)用白光干涉儀對單點金剛石車削微納結(jié)構(gòu)確定拋光區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行測量，測量環(huán)帶的半徑選擇rp為3mm，所選的位置點分別為0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°的位置。保留測試結(jié)果。

3、拋光試驗

應(yīng)用所選用氣囊拋光頭進(jìn)行定點拋光去除試驗，拋光時間為5分鐘；

4、拋光后數(shù)據(jù)測量

拋光結(jié)束后，選擇步驟2中測量原始數(shù)據(jù)的位置點進(jìn)行測量，并記錄數(shù)據(jù)；

5、數(shù)據(jù)分析，

將拋光前與拋光后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，計算出每一個測量點所平均材料去除量的數(shù)據(jù)，以α為0°時的材料去除量為基礎(chǔ)，并將各個點的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較整理得到式一中的各個參數(shù)。

通過此次數(shù)據(jù)分析，得到角度關(guān)系式為cos(α)。即刀紋的材料去除量與拋光角度成余弦特性。

需要進(jìn)一步說明的是，本發(fā)明中給定的實施案例僅僅代表了此次試驗條件下的數(shù)據(jù)和方程，而并非對其限制，其它采用同樣方式得到的方程和數(shù)據(jù)同樣在本發(fā)明限定的范疇內(nèi)；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。