机械轴与虚拟轴复合的磁流变抛光

张 韬，何建国，黄 文，樊 炜，张云飞

（中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳621900）

1 引 言

随着现代科学技术的不断发展，复杂曲面光学元件在科学实验和国防领域中的应用越来越广泛。面向科学实验和国防科技的光学产品和装置对复杂曲面光学元件的需求与日俱增［1］，大量高精度曲面镜被用来校正像差、改善像质、扩大视场、简化结构与减轻质量，以促进光学系统的性能提升。磁流变抛光技术可以实现光学元件的快速高精度低成本制造，因而在光学加工中应用广泛。为实现材料的确定性去除，需要实时保证抛光轮适应工件的面形，保持法向接触以保证去除函数的一致［2］。在加工曲面面形时，常规的方法是通过机床的机械轴联动控制工件的位姿和位置实现工具上的定点与工件法向接触。对于非球面和自由曲面抛光，机床需要更多的转动轴来保证加工自由度，而多自由度的机床造价昂贵、占用空间较大、结构复杂，实现高精度联动控制难度较大；其次，加工能力受限于机床转动轴的行程，当元件陡度较大时会出现超行程的问题；此外，机械轴本身的质量和惯量很大，在加工高陡度曲面元件时会接近其极限行程，运动产生的机构振动和定位误差大，导致面形精度恶化，影响加工质量［3］。由此可见，低自由度下曲面元件的加工和联动机械轴加工行程的扩大，对于提高磁流变抛光工艺的适用性有着重要的意义。

机床自由度是由机械轴数量决定的，因此在低自由度下加工曲面件本质上是降低对机械轴数量的要求。……