本发明属于超精密加工领域，具体涉及一种等厚离轴抛物面反射镜的加工方法。
背景技术：
1、等厚离轴抛物面反射镜有助于缩小光学系统的整体尺寸、扩大视野并提高成像的品质，在现代光学系统中已成为不可或缺的组件。目前，国内外对等厚离轴抛物面反射镜通常有两种加工方法：
2、1、通过借助由直线进给轴(x轴和z轴)，加上一个角度伺服c轴组成的单点金刚石车床(spdt)进行常规回转车削来实现的。这种方法没有统一的回转对称轴、动态响应速度慢、加工效率低，只适用于加工大幅值表面特征的自由曲面。
3、2、“字母同体法”：将待加工的小子镜嵌入大的母镜中一同车削。弊端在于：需要定制夹具，加工繁琐，对于离轴量大、口径大的等厚离轴抛物面反射镜无法加工。
4、基于上述问题，本发明提出一种基于快刀伺服的等厚离轴抛物面反射镜的加工方法。
技术实现思路
1、本发明的目的是为解决背景技术中存在的上述问题，提供一种等厚离轴抛物面反射镜的加工方法。
2、本发明的一种等厚离轴抛物面反射镜的加工方法，以快刀伺服装置为基础，通过坐标变换解决其离轴偏移量、大矢高差和非对称问题，实现了等厚、非回转对称自由曲面的加工；其次将自由曲面方程分解成最佳拟合球面方程和非球面参数项两部分，采用宏观、微观同步车削的加工方法进行加工，从而简化了加工过程并提高了加工效率。
3、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
4、一种等厚离轴抛物面反射镜的加工方法，所述方法包括以下步骤：
5、s1：加工前准备：将超精密切削机床调整到正常的工作状态，并将工件通过工件工装/工件夹具安装在机床的c轴上，将金刚石刀具固定在快刀伺服装置的刀架上，并与快刀伺服装置一起安装在机床的z轴上；
6、s2：程序加工：工控机负责控制运动控制器，并通过线性放大器控制x轴和c轴、以及z轴和快刀伺服装置；同时x轴光栅尺、z轴光栅尺、c轴上的编码器、快刀伺服装置上的位置反馈器分别将采集到的径向位移、z向位移、c轴转角、快刀z向进给位移信号反馈给工控机实时进行调节，将角度位置信息传递给快刀伺服装置，快刀伺服装置驱动金刚石刀具做z向的高频移动，实现对等厚离轴抛物面反射镜的超精密加工；
7、s3：加工完成：机床断电；
8、s4：加工结果检测与分析。
9、进一步的是，步骤s1的具体操作步骤如下：
10、s11：开启超精密切削机床，并将x、z、c轴回零；
11、s12：安装工件工装/工件夹具、刀具夹具、金刚石刀具和对刀件；
12、s13：用千分表和小木槌对对刀件调同心，调整对刀件使得千分表的圆周跳动，调至≤1um；
13、s14：对刀；
14、s15：卸下对刀件，将工件通过工件工装/工件夹具安装在c轴上；
15、s16：动平衡，确定加工参数。
16、进一步的是，步骤s2中，对工件的超精密加工包括宏观和微观的同步车削加工，其具体步骤如下：
17、s21：最佳拟合球面的宏观车削加工：工件随着c轴旋转，z轴与x轴导轨联动插补加工最佳拟合球面，z轴的运动位置由最佳拟合球面和x轴的位置共同确定；
18、s22：微观非球面车削加工：工控机根据矢高差、非球面参数项、工件的尺寸和c轴角度、x轴位置生成z向进刀量及刀具轨迹信息，控制快刀伺服装置驱动刀架快速响应，形成宏观、微观同步车削加工。
19、进一步的是，步骤s21中，当x轴的进给速度和c轴的转速确定时，只需要将c轴轴线设定为加工表面的轴线，控制超精密切削机床的x轴与z轴导轨带动金刚石刀具，按照要求的母线进行插补实现独立加工，z轴的运动位置由最佳拟合球面和x轴位置共同确定；以z轴为光轴的非球面方程表达式为：
20、
21、其中：为非球面顶点曲率，r为顶点曲率半径；k为锥度系数，k<-1为双曲面，k＝-1为抛物面，-1<k<0为长椭球面，k＝0为球面，k>0为扁椭球面；ai为高次项非球面系数；i为序号，为从1至n的整数；
22、首先，通过坐标变换将工件坐标系x'o'z'通过坐标变换到xoz坐标系，得到变换后的方程表达式，如下式(1-2)，使得离轴抛物面远、近轴的高度几乎相等且离轴量为零；
23、
24、其中：θ为坐标变换旋转部分的旋转角度，lx、lz为坐标变换平移部分的平移距离，x、y、z为笛卡尔坐标。
25、进一步的是，步骤s22具体为：
26、工控机实时读取c轴的角度信号α及x轴的位置信号r以及所要加工的表面形状参数，计算出相应的进刀量，通过umac控制快刀伺服装置，驱动刀架快速响应进行加工。
27、进一步的是，步骤s2中，在进行车削加工时，工控机根据工件面形的笛卡尔坐标(x,y,z)和等角度-等弧长离散得到刀触点轨迹，再通过金刚石刀具半径补偿生成刀位点轨迹(xp,yp,zp)，最后转换为柱面坐标(r,θ,z)，则快刀伺服装置实时输出z向位移表示为z＝f(r,θ)。
28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以快刀伺服装置为核心加工部件，提出等厚离轴抛物面反射镜的宏观、微观同步车削的加工方法：将等厚离轴抛物面反射镜的曲面方程分解成最佳拟合球面方程和非球面参数项(如图3)两部分。最佳拟合球面部分属于宏观大尺寸，依靠机床自身的x轴和z轴导轨联动插补，c轴连续转动实现加工；非球面参数项属于微观小尺寸，采用快刀伺服装置，三轴联动(x、z、c轴)，c轴角度位置精准控制进行加工。同时提出的“坐标变换”解决了离轴抛物面反射镜离轴、大矢高差和非回转对称问题，实现工件的远、近端等厚，使得工件的精度更高，加工更加简易，使用快刀伺服装置大大提高了加工效率，在经济效益上有着明显的优势。
29、本发明对离轴非球面加工也具有较强的适用性，该加工方法具有加工简易、效率高等优点，同时既可以实现纳米级表面粗糙度、微米级面形精度的高精度，又可以发挥快刀伺服技术的高效性，还可以充分利用机床z轴的大行程。
30、本发明的方法适用于对等厚离轴抛物面反射镜的单点金刚石超精密加工，不仅限于等厚离轴抛物面反射镜，同时也适用于各种离轴非球面反射镜的加工，并且实现了反射镜的远、近端等厚，使得加工更加的高效、便捷。
1.一种等厚离轴抛物面反射镜的加工方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种等厚离轴抛物面反射镜的加工方法，其特征在于：步骤s1的具体操作步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种等厚离轴抛物面反射镜的加工方法，其特征在于：步骤s2中，对工件的超精密加工包括宏观和微观的同步车削加工，其具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的一种等厚离轴抛物面反射镜的加工方法，其特征在于：步骤s21中，当x轴(3)的进给速度和c轴(6)的转速确定时，只需要将c轴轴线设定为加工表面的轴线，控制超精密切削机床的x轴与z轴导轨带动金刚石刀具(9)，按照要求的母线进行插补实现独立加工，z轴(12)的运动位置由最佳拟合球面和x轴位置共同确定；以z轴为光轴的非球面方程表达式为：
5.根据权利要求4所述的一种等厚离轴抛物面反射镜的加工方法，其特征在于：步骤s22具体为：
6.根据权利要求1所述的一种等厚离轴抛物面反射镜的加工方法，其特征在于：步骤s2中，在进行车削加工时，工控机根据工件面形的笛卡尔坐标(x,y,z)和等角度-等弧长离散得到刀触点轨迹，再通过金刚石刀具(9)半径补偿生成刀位点轨迹(xp,yp,zp)，最后转换为柱面坐标(r,θ,z)，则快刀伺服装置(11)实时输出z向位移表示为z＝f(r,θ)。
