本發(fā)明涉及光學(xué)元件的確定性拋光，具體涉及一種超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代制造業(yè)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品的表面質(zhì)量對其性能和使用壽命產(chǎn)生了重要影響。尤其是在光學(xué)、航空航天、微電子等領(lǐng)域，表面粗糙度的控制顯得尤為關(guān)鍵。傳統(tǒng)的拋光方法通常依賴于物理磨削或化學(xué)腐蝕等手段，但這些方法在精度、效率和適應(yīng)性方面存在一定的局限性。近年來，超聲振動技術(shù)作為一種新興的加工手段，逐漸引起了研究者的關(guān)注。超聲振動輔助的工作原理是壓電陶瓷片在諧振頻率下產(chǎn)生共振，帶動負(fù)載以超聲頻率往復(fù)振動，確定性磁流變拋光技術(shù)(magnetorheological?finishing,?mrf)通過計(jì)算機(jī)控制磁流變拋光液緞帶以特定的軌跡、速度在工件表面運(yùn)動，以光學(xué)元件的誤差面形分布為參考控制每一區(qū)域內(nèi)的駐留時(shí)間，達(dá)到修正面形誤差、提高面型精度的目的。結(jié)合超聲振動技術(shù)與確定性磁流變拋光技術(shù)(magnetorheological?finishing,?mrf)，可以有效地增強(qiáng)磨料與工件之間的相互作用，提高加工效率并改善拋光效果。在拋光過程中，粗糙度是評估表面質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)。目前，針對拋光粗糙度的優(yōu)化研究仍然較為有限。大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)僅關(guān)注單一因素的影響，而忽視了多因素的綜合作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化方法及系統(tǒng)，本發(fā)明旨在實(shí)現(xiàn)超聲振動輔助磁流變確定性拋光粗糙度優(yōu)化，促進(jìn)材料去除的均勻性，有效降低工件的粗糙度。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化方法，包括下述步驟：

4、s1，將超聲振動臺放置在磁流變機(jī)床的工件旋轉(zhuǎn)軸上，且超聲振動臺與磁流變機(jī)床的拋光輪的輸入或輸出系統(tǒng)無關(guān)聯(lián)以使得拋光輪上形成的磁流變拋光緞帶不受到超聲振動臺影響；

5、s2，將待加工工件與超聲振動臺的夾具連接固定；

6、s3，通過磁流變機(jī)床的調(diào)平機(jī)構(gòu)和調(diào)心機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)待加工工件的位置姿態(tài)，確保磁流變加工過程中拋光輪上形成的磁流變拋光緞帶的壓入位置與壓入深度一致；

7、s4，采用粘度計(jì)和流量計(jì)檢測磁流變拋光液的粘度和流量，通過數(shù)控系統(tǒng)控制磁流變拋光液的輸出與回收，并基于粘度和流量閉環(huán)控制保持磁流變拋光液的粘度和流量穩(wěn)定；

8、s5，將波面干涉儀檢測待加工工件的面形誤差數(shù)據(jù)輸入磁流變拋光工藝控制軟件中，結(jié)合最優(yōu)的工藝參數(shù)組合求解磁流變拋光輪在待加工工件的鏡面各區(qū)域的停留時(shí)間并將其輸出為加工代碼；

9、s6，將得到的加工代碼輸入磁流變機(jī)床中，使得磁流變拋光緞帶對檢測待加工工件基于固定的壓入位置與壓入深度進(jìn)行確定性拋光，且在確定性拋光中通過調(diào)節(jié)超聲振動臺的電源控制調(diào)節(jié)超聲振動的工藝參數(shù)來控制磁流變拋光液中磨粒的軌跡以實(shí)現(xiàn)超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化，所述磨粒的軌跡的函數(shù)表達(dá)式為：

10、，

11、上式中，為磨粒的軌跡，為超聲振動的振幅，為超聲振動的頻率，為拋光輪的半徑，為拋光輪的轉(zhuǎn)速，為時(shí)間，為超聲振動的相位。

12、可選地，步驟s6之前還包括構(gòu)建磨粒的軌跡方程：建立磁流變獨(dú)立作用下的磨粒運(yùn)動模型：

13、，

14、，

15、上式中，為磨粒的運(yùn)動路徑，為磨粒的運(yùn)動速度，為拋光輪的半徑，為拋光輪的轉(zhuǎn)速，為時(shí)間；建立超聲振動獨(dú)立作用下的超聲振動模型：

16、，

17、，

18、上式中，為超聲振動的路徑，為超聲振動的振幅，為超聲振動的頻率，為超聲振動的相位，為超聲振動的速度，為時(shí)間；將磁流變獨(dú)立作用下的磨粒運(yùn)動模型、超聲振動獨(dú)立作用下的超聲振動模型聯(lián)立得到下式所示的超聲振動輔助磁流變作用下的磨粒軌跡方程：

19、，

20、上式中，為磨粒軌跡。

21、可選地，步驟s5中的最優(yōu)的工藝參數(shù)組合中的工藝參數(shù)包括磁流變工藝的工藝參數(shù)和超聲振動的工藝參數(shù)，所述磁流變工藝的工藝參數(shù)包括拋光輪的轉(zhuǎn)速、磁場電流、磁流變拋光液的粘度、磁流變拋光液的流量、磁流變拋光緞帶的壓入深度系數(shù)，所述超聲振動的工藝參數(shù)超聲振動的振幅、超聲振動的頻率以及超聲振動的相位。

22、可選地，?步驟s5之前還包括針對待加工工件的樣件進(jìn)行測試獲取最優(yōu)的工藝參數(shù)組合，且獲取最優(yōu)的工藝參數(shù)組合的目標(biāo)為使得待加工工件的樣件的表面粗糙度除以峰值去除率所得到的比值最優(yōu)。

23、可選地，步驟s4中基于粘度和流量閉環(huán)控制保持磁流變拋光液的粘度和流量穩(wěn)定是指保持磁流變拋光液的粘度和流量的波動在5%以內(nèi)。

24、可選地，步驟s4中基于粘度和流量閉環(huán)控制保持磁流變拋光液的粘度和流量穩(wěn)定包括：

25、計(jì)算檢測得到的粘度和目標(biāo)粘度之間的粘度差值，將粘度差值輸入pid控制器獲得閥門開度控制指令，通過閥門開度控制指令控制用于添加飽和磁流變拋光液的閥門開度以保持磁流變拋光液的粘度穩(wěn)定；計(jì)算檢測得到的流量和目標(biāo)流量之間的流量差值，將流量差值輸入pid控制器獲得循環(huán)泵控制指令，通過循環(huán)泵控制指令控制用于循環(huán)磁流變拋光液的循環(huán)泵以保持磁流變拋光液的粘度穩(wěn)定。

26、此外，本發(fā)明還提供一種超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化系統(tǒng)，包括相互連接的微處理器和存儲器，所述微處理器被編程或配置以執(zhí)行所述超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化方法。

27、此外，本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中存儲有計(jì)算機(jī)程序或指令，該計(jì)算機(jī)程序或指令被編程或配置以通過處理器執(zhí)行所述超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化方法。

28、此外，本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序或指令，該計(jì)算機(jī)程序或指令被編程或配置以通過處理器執(zhí)行所述超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化方法。

29、和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要具有下述優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明包括將超聲振動臺放置在磁流變機(jī)床的工件旋轉(zhuǎn)軸上，將待加工工件與超聲振動臺的夾具連接固定；通過磁流變機(jī)床的調(diào)平機(jī)構(gòu)和調(diào)心機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)待加工工件的位置姿態(tài)，確保磁流變加工過程中拋光輪上形成的磁流變拋光緞帶的壓入位置與壓入深度一致；保持磁流變拋光液的粘度和流量穩(wěn)定；將波面干涉儀檢測待加工工件的面形誤差數(shù)據(jù)并生成加工代碼；將得到的加工代碼輸入磁流變機(jī)床中，使得磁流變拋光緞帶對檢測待加工工件基于固定的壓入位置與壓入深度進(jìn)行確定性拋光，通過上述步驟，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)超聲振動輔助磁流變確定性拋光粗糙度優(yōu)化，促進(jìn)材料去除的均勻性，有效降低工件的粗糙度，通過超聲振動輔助磁流變確定性拋光粗糙度優(yōu)化，超聲振幅越大，磨粒的劃擦距離越大，從而能夠改變磁流變加工磨料的運(yùn)動軌跡和運(yùn)動速度，讓磨料產(chǎn)生“亂線”的效果，提升材料去除的均勻性，進(jìn)而提升粗糙度。

技術(shù)特征：

1.一種超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化方法，其特征在于，包括下述步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s6之前還包括構(gòu)建磨粒的軌跡方程：建立磁流變獨(dú)立作用下的磨粒運(yùn)動模型：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s5中的最優(yōu)的工藝參數(shù)組合中的工藝參數(shù)包括磁流變工藝的工藝參數(shù)和超聲振動的工藝參數(shù)，所述磁流變工藝的工藝參數(shù)包括拋光輪的轉(zhuǎn)速、磁場電流、磁流變拋光液的粘度、磁流變拋光液的流量、磁流變拋光緞帶的壓入深度系數(shù)，所述超聲振動的工藝參數(shù)超聲振動的振幅、超聲振動的頻率以及超聲振動的相位。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s5之前還包括針對待加工工件的樣件進(jìn)行測試獲取最優(yōu)的工藝參數(shù)組合，且獲取最優(yōu)的工藝參數(shù)組合的目標(biāo)為使得待加工工件的樣件的表面粗糙度除以峰值去除率所得到的比值最優(yōu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s4中基于粘度和流量閉環(huán)控制保持磁流變拋光液的粘度和流量穩(wěn)定是指保持磁流變拋光液的粘度和流量的波動在5%以內(nèi)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化方法，其特征在于，步驟s4中基于粘度和流量閉環(huán)控制保持磁流變拋光液的粘度和流量穩(wěn)定包括：計(jì)算檢測得到的粘度和目標(biāo)粘度之間的粘度差值，將粘度差值輸入pid控制器獲得閥門開度控制指令，通過閥門開度控制指令控制用于添加飽和磁流變拋光液的閥門開度以保持磁流變拋光液的粘度穩(wěn)定；計(jì)算檢測得到的流量和目標(biāo)流量之間的流量差值，將流量差值輸入pid控制器獲得循環(huán)泵控制指令，通過循環(huán)泵控制指令控制用于循環(huán)磁流變拋光液的循環(huán)泵以保持磁流變拋光液的粘度穩(wěn)定。

7.一種超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化系統(tǒng)，包括相互連接的微處理器和存儲器，其特征在于，所述微處理器被編程或配置以執(zhí)行權(quán)利要求1～6中任意一項(xiàng)所述超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化方法。

8.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中存儲有計(jì)算機(jī)程序或指令，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序或指令被編程或配置以通過處理器執(zhí)行權(quán)利要求1～6中任意一項(xiàng)所述超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化方法。

9.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序或指令，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序或指令被編程或配置以通過處理器執(zhí)行權(quán)利要求1～6中任意一項(xiàng)所述超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種超聲振動輔助磁流變確定性拋光的粗糙度優(yōu)化方法及系統(tǒng)，本發(fā)明包括將超聲振動臺放置在磁流變機(jī)床的工件旋轉(zhuǎn)軸上，將待加工工件與超聲振動臺的夾具連接固定；通過磁流變機(jī)床的調(diào)平機(jī)構(gòu)和調(diào)心機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)待加工工件的位置姿態(tài)，確保磁流變加工過程中拋光輪上形成的磁流變拋光緞帶的壓入位置與壓入深度一致；保持磁流變拋光液的粘度和流量穩(wěn)定；將波面干涉儀檢測待加工工件的面形誤差數(shù)據(jù)并生成加工代碼；將得到的加工代碼輸入磁流變機(jī)床中，使得磁流變拋光緞帶對檢測待加工工件基于固定的壓入位置與壓入深度進(jìn)行確定性拋光。本發(fā)明旨在實(shí)現(xiàn)超聲振動輔助磁流變確定性拋光粗糙度優(yōu)化，促進(jìn)材料去除的均勻性，有效降低工件的粗糙度。

技術(shù)研發(fā)人員：胡皓,王鵬翔,彭小強(qiáng),賴濤,鄒洪宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6