本发明涉及超精密加工，具体而言，涉及一种降低半球谐振子端面崩边的超精密磨削加工方法。
背景技术：
1、应用于武器装备、卫星导航、航空航天等领域的关键核心部件半球谐振子是一种典型的复杂薄壁曲面构件，由熔石英制成。对于该工件的加工，通常采用粗磨成型、超精密磨削、抛光等工艺来满足其加工形位精度要求。对于该工件的磨削加工，由于其特殊的结构特征与材料特性，半球谐振子的端面(球壳唇缘所在平面)在加工过程中极易产生崩边，如图1(a)所示。因此，在毛胚成型阶段会对半球谐振子的端面唇缘进行倒角处理，如图1(b)所示。目前，对于半球谐振子毛胚端面倒角的加工，通常采用的做法是对半球谐振子内外表面成型加工结束后，在另外一台机床上单独对端面进行倒角处理，由于二次装卡以及对刀误差，导致端面唇缘处倒角的尺寸不可控。在后续的超精密磨削加工中，当半球谐振子毛胚唇缘的初始倒角较大，磨削过程无法完全去除毛胚唇缘倒角，唇缘倒角产生的亚表面损伤无法被后续的抛光工艺完全去除，倒角区域存在大量的表面裂纹，如图2所示。当半球谐振子毛胚唇缘无初始倒角或初始倒角尺寸较小，随着磨削深度的增加，在端面的进刀和退刀过程中容易产生崩边，如图3所示。为了提高半球谐振子唇缘质量，一方面，需要完全去除半球谐振子毛胚成型过程中的唇缘倒角产生的亚表面损伤，即需要减小毛胚倒角尺寸；另一方面，当倒角尺寸太小或消失时，在磨削端面时会产生崩边。因此需要在半球谐振子内、外表面的磨削轨迹中增加唇缘倒角的磨削轨迹。使端面与内外球面一次性磨削加工，实现半球谐振子唇缘倒角尺寸的可控加工。
技术实现思路
0、
技术实现要素：
1、本发明要解决的技术问题是：
2、现有的半球谐振子唇缘倒角加工方法中，无法有效控制倒角加工质量，易出现无法完全去除倒角区域的亚表面损伤，或者产生崩边的问题。
3、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案：
4、本发明提供了一种降低半球谐振子端面崩边的超精密磨削加工方法，包括如下步骤：
5、步骤s1：建立机床坐标系，将球头砂轮装夹到砂轮主轴上，通过ccd相机和放大镜头观察球头砂轮的球心位置，测量半球谐振子尺寸，在制图软件中绘制过回转轴线的截面轮廓线，记为半球谐振子毛胚轮廓a0，进一步构建砂轮与工件相切时的砂轮球心轨迹a1；
6、步骤s2：基于砂轮球心轨迹a1选取试切点；
7、步骤s3：将半球谐振子装卡在工件主轴上，借助ccd相机进行对刀，并标定机床坐标原点；
8、步骤s4：操作机床，使球头砂轮球心靠近各试切点进行试切，记录试切点与机床坐标原点之间的坐标值，得到修正后的试切点；基于修正后的试切点，对砂轮球心轨迹a1进行修正，得到修正后的砂轮球心轨迹a2；
9、步骤s5：对半球谐振子端面的磨削轨迹进行倒角处理，获得含倒角的半球谐振子超精密磨削加工砂轮球心轨迹，包括如下步骤：
10、步骤s5-1：将修正后的砂轮球心轨迹a2向工件实体内部方向偏移r的距离，得到半球谐振子超精密磨削前的理论轮廓a3；将修正后的砂轮球心轨迹a2向工件实体内部方向偏移r+d的距离，得到半球谐振子超精密磨削后的理论轮廓a4，其中，d为半球谐振子超精密磨削加工的总磨削深度；
11、步骤s5-2：在半球谐振子超精密磨削加工后的理论轮廓a4上，对端面与内外球面的交点进行倒角处理，倒角记为c0，得到含倒角的半球谐振子超精密磨削后的理论轮廓a4；
12、步骤s5-3：利用ccd相机对磨削前工件唇缘倒角进行观测，根据图像中每个像素点代表的实际尺寸，测量半球谐振子毛胚唇缘倒角的实际尺寸，半球谐振子超精密磨削前的理论轮廓a3的端面进行45°倒角处理，记为倒角c1；
13、步骤s5-4：测量倒角c0与倒角c1之间的垂直距离d，该距离d对应半球谐振子唇缘倒角在超精密磨削过程中的总磨削深度；
14、步骤s5-5：比较d与半球谐振子毛胚亚表面损伤深度ssd的大小，若d<ssd，则对端面进行磨削，累计磨削深度为ap，磨削结束后，将砂轮球心轨迹a2中的端面磨削轨迹向实体内部偏移ap；
15、步骤s5-6：重复步骤s5-1至s5-5的操作，至d≥ssd，对得到含倒角的半球谐振子超精密磨削后的理论轮廓a4进行修正；
16、步骤s5-7：将修正后的含倒角的半球谐振子超精密磨削后的理论轮廓a4向工件实体外部方向偏移r+d+a的距离，得到含倒角的半球谐振子超精密磨削加工砂轮球心轨迹a5，其中，a为对刀误差与磨削加工预留量；
17、步骤s5-8：若砂轮球心轨迹a5的倒角区域与半球谐振子超精密磨削前的理论轮廓a3倒角区域的最短距离dmin≤r+δmax，δmax为球头砂轮的最大跳动量，则令a＝a+0.01mm，再重复执行步骤s5-7至s5-8，至dmin＞r+δmax；若dmin＞r+δmax，则结束本步骤；
18、步骤s6：采用含倒角的半球谐振子超精密磨削加工球头砂轮球心轨迹a5加工含唇缘倒角的半球谐振子。
19、进一步地，步骤s1包括如下步骤：
20、步骤s1-1：建立机床坐标系，机床水平工作台和xoy平面平行，工件主轴和x轴垂直和y轴平行；
21、步骤s1-2：将球头砂轮装夹到砂轮主轴上，设置砂轮主轴转速，使用激光位移传感器测量球头砂轮的最大跳动量δmax，使最大跳动量小于5μm，若跳动超过5μm，则重复本步骤进行重新装夹；
22、步骤s1-3：通过ccd相机和放大镜头观察球头砂轮的球心位置，通过沿u轴的直线运动调整球头砂轮的球心位置，使其位于c轴转台的回转中心线上；操作机床，移动z轴，使得球头砂轮的球心高度与砂轮主轴回转轴线高度保持一致；
23、步骤s1-4：使用三坐标测量机测量半球谐振子尺寸，在制图软件中绘制过回转轴线的截面轮廓线，记为半球谐振子毛胚轮廓a0；
24、步骤s1-5：将半球谐振子毛胚回转轴线一侧的轮廓线向实体外部方向偏移距离r，其中r为球头砂轮半径，得到砂轮与工件相切时的砂轮球心轨迹a1。
25、进一步地，步骤s2中试切点的选取方法为：分别在砂轮球心轨迹a1每段直线加工轨迹和半径小于等于2mm的正圆弧加工轨迹上任选一点；在每段半径大于2mm的圆弧加工轨迹上任选两点，且两点之间的圆弧加工轨迹长度不低于本段圆弧加工轨迹长度的1/2。
26、进一步地，步骤s3包括如下步骤：
27、步骤s3-1：将半球谐振子装卡在工件主轴上，并使用千分表测量工件不同位置的径向圆跳动，使跳动维持在0～5μm，若跳动超过5μm，则重复本步骤重新装夹；
28、步骤s3-2：借助ccd相机进行对刀，基于机床坐标系中砂轮和工件主轴的相对位置，操作机床，移动x轴，使球头砂轮的球心与工件主轴的回转轴线重合；移动y轴，使球头砂轮刚好与半球谐振子内杆端面接触；
29、步骤s3-3：操作机床，使砂轮球心沿y轴向远离工件的方向运动，沿x轴负方向移动工作台，将此位置的x轴坐标和y轴坐标定为机床坐标原点；
30、步骤s3-4：测量每个试切点与机床坐标原点之间的x、y坐标值。
31、进一步地，步骤s4包括如下过程：
32、步骤s4-1：半球谐振子的磨削轨迹分为内杆、内圆角、内球面、端面、外球面、外圆角和外杆7个部分，试切顺序为：内球面→内杆→内圆角→外球面→外杆→外圆角→端面；
33、步骤s4-2：操作机床，使球头砂轮球心靠近试切点进行试切；
34、步骤s4-3：手动旋转球头砂轮与工件，若未产生磨削声音，则再次执行步骤s4-2；若出现周期性磨削声音，则直接执行步骤s4-4；
35、步骤s4-4：记录当前试切点与机床坐标原点之间的x、y坐标值；
36、步骤s4-5：操作机床，移动球头砂轮的球心至下一个试切点，重复步骤s4-2至步骤s4-4的操作，至所有试切点都进行修正；
37、步骤s4-6：基于修正后的试切点，对砂轮球心轨迹a1进行修正，得到修正后的砂轮球心轨迹a2。
38、进一步地，步骤s5-2中所述倒角c0尺寸为15-30μm。
39、相较于现有技术，本发明的有益效果是：
40、本发明提供了一种降低半球谐振子端面崩边的超精密磨削加工方法，使倒角尺寸处于15-20μm，并控制半球谐振子唇缘倒角在超精密磨削过程中的总磨削深度大于等于毛胚亚表面损伤深度ssd；有效解决了半球谐振子在磨削过程中端面出现崩边的问题，并显著减小半球谐振子毛胚唇缘倒角的亚表面损伤，大幅度提高了此类工件的加工质量，有助于提高此类工件后续的抛光等加工效率。
41、本发明方法具有一定普适性，可推广用于厚度小于1mm的小口径(φ20-φ50mm)回转体薄壁工件的高效、低损伤、高质量超精密磨削加工。
1.一种降低半球谐振子端面崩边的超精密磨削加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的降低半球谐振子端面崩边的超精密磨削加工方法，其特征在于，步骤s1包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的降低半球谐振子端面崩边的超精密磨削加工方法，其特征在于，步骤s2中试切点的选取方法为：分别在砂轮球心轨迹a1每段直线加工轨迹和半径小于等于2mm的正圆弧加工轨迹上任选一点；在每段半径大于2mm的圆弧加工轨迹上任选两点，且两点之间的圆弧加工轨迹长度不低于本段圆弧加工轨迹长度的1/2。
4.根据权利要求3所述的降低半球谐振子端面崩边的超精密磨削加工方法，其特征在于，步骤s3包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的降低半球谐振子端面崩边的超精密磨削加工方法，其特征在于，步骤s4包括如下过程：
6.根据权利要求5所述的降低半球谐振子端面崩边的超精密磨削加工方法，其特征在于，步骤s5-2中所述倒角c0尺寸为15-30μm。
