本發明涉及基于變去除函數的射流拋光面形誤差控制方法，屬于光學制造技術領域。本發明根據待加工面形，通過控制射流拋光去除函數的工藝參數實時調節去除函數，從而實現面形誤差控制。

背景技術：

射流拋光技術是一種新型超精密拋光加工技術。射流拋光技術于上世紀末由荷蘭Delft大學的Oliver W. F?hnle和HedserVan Brug等人提出，其主要原理為利用混合有微/納米尺度磨料粒子的拋光液經供壓系統提供初始壓力，流經噴嘴而形成射流束，以一定的速度到達材料表面，利用磨料粒子對材料的剪切作用力而達到去除作用。與傳統拋光技術以及其它超精密加工技術相比，射流拋光的主要特點與優勢體現在針對高陡度曲面工件，利用射流束可以深入工件內部，從而避免機械干涉，進行內表面的加工并獲得較高的加工精度，因此已成為一項新興拋光方法被廣泛關注。

面形誤差控制方法是射流拋光技術的核心，是決定面形的收斂效果和拋光效率的關鍵。當前的射流拋光工藝通過求解射流拋光斑在各個軌跡點的駐留時間，實現面形收斂。這種工藝面形誤差控制方法較為成熟，在多種確定性拋光方式中得以廣泛應用，但還存在以下幾個問題：

1)機床頻繁的加減速造成的振動影響加工精度。機床各個運動軸的頻繁加減速造成較大振動，影響去除函數的穩定性和軌跡精度，從而影響拋光精度；

求解的駐留時間受限于機床本身的動力學性能（如各運動軸的最大加速度、加加速度），駐留時間實現精度低。當計算的駐留時間與機床的加減速能力不匹配時，造成工件“欠拋”或“過拋”，使得面形誤差惡化。

技術實現要素：

為解決當前射流拋光工藝方法導致的問題，本發明提出一種基于變去除函數的射流拋光面形誤差控制方法，使得拋光不受限于機床的動力學性能，減小復雜軌跡拋光帶來的沖擊，提升面形收斂效率。

本發明的基于變去除函數的射流拋光面形誤差控制方法，依次包括如下步驟：

（1）獲取拋光工藝的去除函數：給定采斑時間，將與軸線形成傾斜角θ的噴嘴以角速度繞軸線回轉，獲取多組不同的工藝參數下的拋光斑，通過擬合建立去除函數工藝參數η與去除函數形態之間的映射關系。

其中，是關于 QUOTE 的多項式， 為常數，是以拋光斑中心為原點的坐標系下的面形位置坐標；

（2） 檢測面形誤差分布：采用干涉儀測量待加工光學鏡面的面形誤差分布，將檢測得到的面形誤差分布記為。

（3）建立拋光工藝的加工過程模型：在所述的光學鏡面上等距選取個加工軌跡點，第 個加工軌跡點 的坐標記為 ，設第個加工軌跡點的駐留時間為，按順序形成駐留時間向量；同時選取個加工控制點，第個加工控制點的坐標記為，各加工控制點的期望去除量為，按順序形成期望的去除量向量；加工控制點的材料去除量為，所有的按順序組成材料去除向量，加工模型為，其中是的影響矩陣，其第行第 列元素為；設射流拋光的工藝參數的上限為，下限為，計算在下的影響矩陣；

（4）求解工藝參數實現變去除函數修形：設機床最大速度為 ，通過內點法，求解如下的二次規劃問題獲得工藝參數下的駐留時間：

，subjected to ；

計算勻速 拋光時各軌跡點間的時間 , 計算駐留時間釋放比 ；記 為第個軌跡點處的工藝參數，求解方程在區間的實根，若方程的根小于，取，若方程的根大于，??；

（5）通過數控加工控制面形精度：生成包含刀具軌跡點、進給速度、各軌跡點對應的工藝參數 的數控程序，將數控程序加載到帶工藝參數控制的數控系統中執行加工，利用干涉儀測量加工后的面形，如果精度滿足要求，則完成拋光；否則返回至步驟（2）。

本發明與現有的射流拋光工藝相比的優點是：

（1）機床在加工過程當中一直保持勻速進給，這有利于保持減輕機床的振動，保持射流拋光去除函數的穩定，提升拋光精度。

（2）拋光不在受限于機床的動力學性能，能更為精確地實現對面形的去除要求，提升去除收斂效率，降低“欠拋”和“過拋”產生的面形誤差。

（3）建立了基于射流拋光工藝參數的去除函數調節機制，既能通過調節去除函數實現面形精度的收斂，同時能夠根據面形精度需求，調整去除函數的形態，便于提升面形的收斂效率。

附圖說明

圖1為本發明的待加工工件測量的面形誤差分布圖；

圖2為本發明的射流噴嘴壓強在加工面形上的分布圖；

圖3為本發明的加工后測量的面形誤差分布圖。

具體實施方式

為使本發明的目的技術方案和優點更加清楚明白,以下結合具體實施例,并參照公式和附圖，對本發明進一步詳細說明。本發明通過調控噴嘴壓強這一拋光工藝參數實現去除函數的控制。

拋光設備為一臺普通的射流拋光工藝機床，基本的加工參數為：機床最大進給速度=4000mm/min，噴嘴傾角θ=20°，噴頭轉速1000r/min，機床拋光過程保持勻速進給 =50mm/min，拋光頭編程位置距離工件表面距離為50mm，噴嘴直徑為1mm，噴嘴壓強上限為=1MPa，下限為=0.286MPa。加工試件為口徑為50mm×50mm的K9工件，目標精度為PV=0.14，RMS=0.09。

通過下述方法對所述的K9工件進行射流拋光工藝：

1. 獲取拋光工藝的去除函數：設采斑時間為10分鐘，將噴嘴傾斜20°并以角速度1000r/min繞軸線回轉，分別獲取噴嘴壓強=0.3MPa,0.4MPa,0.5MPa,0.6MPa,0.7MPa, 0.8MPa,0.9MPa,1MPa下的拋光斑；建立噴嘴壓強η與去除函數形態之間的映射關系：令，去除函數的形態為

對多組實驗數據擬合獲得系數：a=10^-12,b=-2.86×10^-7,=0.20500047；

2. 檢測面形誤差分布：采用Zygo干涉儀測量待加工光學鏡面的面形誤差分布，將檢測得到的面形誤差分布記為，如圖1所示；

3.建立拋光工藝的加工過程模型：設光學鏡面的加工軌跡步距為=0.5mm，從工件的邊界開始沿著光柵路徑等步距共選取10201個加工軌跡點，第個加工軌跡點的坐標記為，設第個加工軌跡點的駐留時間為(1≤QUOTE ≤10201)，按順序形成駐留時間向量；在每兩個相鄰軌跡點之間選取8個加工控制點，共計81600個加工控制點，第個加工控制點的坐標記為 ，各加工控制點的期望去除量為,1≤ ≤81600，按順序形成期望去除量向量；加工控制點的材料去除量為，所有的 按順序組成材料去除向量 ，加工模型為，其中是81600×10201的影響矩陣，其第行第列元素為；計算在=0.643MPa下的影響矩陣 ；

4. 求解噴嘴壓強實現變去除函數修形：通過內點法，求解如下的二次規劃問題獲得噴嘴壓強下的駐留時間：

，subjected to7.5ms，=1…10201；

計算機床勻速進給=50mm/min時各軌跡點間的時間0.6s，計算駐留時間釋放比；第個加工軌跡點處的噴嘴壓強的計算公式是：

計算的結果如圖2所示；

5. 通過數控加工控制面形精度：生成包含刀具軌跡點、進給速度 、各軌跡點對應的噴嘴壓強的如下數控程序，

X0.000 Y0.000 Z0.000 F50 P537455

X0.000 Y0.500 Z0.000 F50 P513616

X0.000 Y1.000 Z0.000 F50 P652319

X0.000 Y1.500 Z0.000 F50 P604405

X0.000 Y2.000 Z0.000 F50 P647327

…

將數控程序加載到帶噴嘴壓強控制的數控系統中，執行加工。本次加工時間為102分鐘，利用激光干涉儀測量加工后的面形，如圖3所示。加工后的PV為0.135，RMS為0.084，滿足精度需求，完成加工。

以上所述，僅為本發明中的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的包含范圍之內，因此本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。