本發(fā)明涉及一種加工工藝，特別涉及一種異形薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件的加工方法。

背景技術(shù)：

隨著航空航天、電子工業(yè)及光學(xué)研究的快速發(fā)展，對于異型復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的面型精度和表面粗糙度的加工要求也越來越高，同時該類零件也向小型化和異形化方向發(fā)展。而一種航空航天領(lǐng)域中的ψ形零件，其總體尺寸小于50mm，半球口徑小于30mm，壁厚小于1mm，并且其內(nèi)、外球殼與內(nèi)、外桿相聯(lián)接處的倒角的曲率半徑小于2mm，而且該零件由熔融石英加工而成，是一種典型的難加工的異型薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)件。同時該類零件的加工質(zhì)量將會影響整個系統(tǒng)的工作質(zhì)量，為了實現(xiàn)該類零件的高質(zhì)量加工，超精密磨削和拋光相結(jié)合是一種很有發(fā)展前景的加工技術(shù)方案。為了減少后續(xù)拋光時間并達(dá)到最終零件加工的質(zhì)量要求，超精密磨削后零件的面形精度和表面粗糙度值應(yīng)優(yōu)于0.4μm和50nm。由于該零件的最小曲率半徑為2mm，傳統(tǒng)的圓盤形砂輪無法實現(xiàn)其磨削加工，因此需采用直徑較小的金屬基金剛石球頭砂輪。為了避免在加工過程中球頭砂輪與工件產(chǎn)生干涉并導(dǎo)致工件破損，需要對超精密磨削過程中球頭砂輪桿的空間軌跡進(jìn)行規(guī)劃。同時需要減小精密及超精密加工過程中轉(zhuǎn)置轉(zhuǎn)換時因二次裝夾而引入的裝夾誤差，并對球頭砂輪進(jìn)行準(zhǔn)確的對刀，以滿足該零件較高的加工質(zhì)量要求，同時減少加工時間。

所以現(xiàn)有技術(shù)中存在：異形薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件在超精密磨削加工前由于加工裝置轉(zhuǎn)換而引入的裝夾誤差、準(zhǔn)確而快速的對刀、在加工過程中內(nèi)外球殼根部圓角加工困難和加工過程中球頭砂輪桿與工件間相互干涉等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供一種降低因二次裝夾所帶來的裝夾誤差，保證工件加工的面形精度及球頭砂輪桿與工件間不會相互干涉的異形薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件的超精密磨削加工方法。

本發(fā)明的一種異形薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件的超精密磨削加工方法，所述方法基于超精密磨削用機(jī)床實現(xiàn)，所述機(jī)床包括工作臺2、c軸轉(zhuǎn)臺3、位移平臺4、u軸定位平臺5、x軸運(yùn)動平臺、y軸運(yùn)動平臺、z軸運(yùn)動平臺、球頭砂輪6、砂輪主軸7、工件主軸8和ccd對刀系統(tǒng)1；

工件主軸8和ccd對刀系統(tǒng)1相對設(shè)置在工作臺2上，工件主軸8的軸線方向為x軸方向；異形薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件的內(nèi)桿前端或外桿后端安裝在工件主軸8上；球頭砂輪6安裝在砂輪主軸7上；

c軸轉(zhuǎn)臺3的下端與位移平臺4連接，u軸定位平臺5的上端安裝在位移平臺4的運(yùn)動部件上，u軸定位平臺5的下端與砂輪主軸7中段固定連接，砂輪主軸7呈傾斜狀，以實現(xiàn)砂輪主軸7夾持的球頭砂輪6對工件9進(jìn)行磨削加工；

x軸運(yùn)動平臺和y軸運(yùn)動平臺通過“十字”堆疊形式安裝在工作臺2上，用于控制工件主軸8在x軸方向和y軸方向運(yùn)動；

z軸運(yùn)動平臺，用于帶動c軸轉(zhuǎn)臺3上下運(yùn)動，進(jìn)而帶動砂輪主軸7上下運(yùn)動；

球頭砂輪6半徑小于4mm；

所述方法包括如下步驟：

步驟一：測量工件精密磨削后的尺寸參數(shù)和球頭砂輪6半徑尺寸參數(shù)；

步驟二：通過工件主軸8的彈簧夾頭夾持工件內(nèi)桿前端，并以互為基準(zhǔn)的方式利用所述機(jī)床對工件外桿后端進(jìn)行超精密磨削加工；

步驟三：通過u軸定位平臺5的移動將球頭砂輪6的球心調(diào)整到c軸轉(zhuǎn)臺3的旋轉(zhuǎn)軸線上；

步驟四：將工件從工件主軸8上拆卸下來，利用工件主軸8的彈簧夾頭夾持加工后的工件外桿后端；

步驟五：利用ccd對刀系統(tǒng)1對工件進(jìn)行對刀；

步驟六：根據(jù)步驟一測量的尺寸參數(shù)規(guī)劃球頭砂輪6的運(yùn)動軌跡和相應(yīng)的c軸轉(zhuǎn)臺3旋轉(zhuǎn)角度；

步驟七：根據(jù)規(guī)劃出的球頭砂輪6的運(yùn)動軌跡和砂輪桿的空間角度，對工件進(jìn)行超精密磨削加工，且在加工工件外球殼前改變工件主軸8的旋轉(zhuǎn)方向，獲得盡可能大的相對磨削線速度。

優(yōu)選的是，所述步驟二包括如下步驟：

步驟二一：通過彈簧夾頭將工件的內(nèi)桿前端裝夾于工件主軸8上；

步驟二二：通過千分表測量工件外球殼尺寸最大處的徑向跳動，判斷所述徑向跳動是否小于5μm，若是，執(zhí)行步驟二三，若否，重新調(diào)整裝夾位置，執(zhí)行步驟二一；

步驟二三：以互為基準(zhǔn)的方式利用所述機(jī)床對工件外桿后端進(jìn)行超精密磨削加工，作為后續(xù)裝夾部位。

優(yōu)選的是，所述步驟三包括如下步驟：通過u軸定位平臺5的移動將球頭砂輪6的球心調(diào)整到c軸轉(zhuǎn)臺3的旋轉(zhuǎn)軸線上；

步驟三一：將ccd對刀系統(tǒng)1的相機(jī)軸線方向沿x軸方向，通過旋轉(zhuǎn)c軸轉(zhuǎn)臺3使u軸定位平臺5的運(yùn)動方向調(diào)整到x軸方向，利用ccd對刀系統(tǒng)1獲得此時球頭砂輪6的圖像，獲取圖像中的球心坐標(biāo)，并在圖像中標(biāo)注過球心的c軸轉(zhuǎn)臺3的旋轉(zhuǎn)軸線；

步驟三二：旋轉(zhuǎn)c軸轉(zhuǎn)臺3使u軸定位平臺5的運(yùn)動方向調(diào)整到與x軸方向垂直，利用ccd對刀系統(tǒng)1獲得此時球頭砂輪6的圖像，獲取圖像中的球心坐標(biāo)，并在圖像中標(biāo)注c軸轉(zhuǎn)臺3的旋轉(zhuǎn)軸線，獲得球心與c軸轉(zhuǎn)臺3的旋轉(zhuǎn)軸線的位置偏差δ；

步驟三三：根據(jù)步驟三二的位置偏差δ，調(diào)整u軸定位平臺5，即完成球頭砂輪6的球心調(diào)整到c軸轉(zhuǎn)臺3的旋轉(zhuǎn)軸線上。

優(yōu)選的是，所述步驟四包括如下步驟：

步驟四一：將工件的內(nèi)桿前端從工件主軸8上拆卸下來；

步驟四二：利用工件主軸8的彈簧夾頭裝夾加工后的工件外桿后端；

步驟四三：采用千分表測量工件球殼外表面上距裝夾位置最遠(yuǎn)處的點(diǎn)的徑向跳動，判斷該徑向跳動是否小于2.5μm，若是，完成裝夾，若否，重新調(diào)整裝夾位置，執(zhí)行步驟四二。

優(yōu)選的是，所述步驟五包括如下步驟：

步驟五一：將ccd對刀系統(tǒng)1的相機(jī)軸線方向沿x軸方向，旋轉(zhuǎn)c軸轉(zhuǎn)臺3使u軸定位平臺5的運(yùn)動方向與y軸方向一致，得到球頭砂輪6和工件內(nèi)桿前端面的圖像，獲得球頭砂輪6的球心坐標(biāo)和工件內(nèi)桿的前端面圓心坐標(biāo)，計算球心與工件內(nèi)桿前端面圓心在y軸方向的坐標(biāo)差值δy；

步驟五二：根據(jù)步驟五一的差值δy，控制y軸運(yùn)動平臺移動，使球頭砂輪6的球心在工件內(nèi)桿前端面圓心的延伸線上，完成y軸方向的對刀工作；

步驟五三：將ccd對刀系統(tǒng)1的相機(jī)軸線方向沿y軸方向，旋轉(zhuǎn)c軸轉(zhuǎn)臺3使u軸定位平臺5的運(yùn)動方向與x軸方向一致，得到球頭砂輪6和工件內(nèi)桿前端面的圖像，獲得球頭砂輪6的球心坐標(biāo)和工件內(nèi)桿的前端面圓心的坐標(biāo)，計算球頭砂輪6球心與工件內(nèi)桿前端面圓心在x軸方向的坐標(biāo)差值δx；

步驟五四：根據(jù)步驟五三的差值δx，控制x軸運(yùn)動平臺移動，調(diào)整x軸運(yùn)動平臺使球頭砂輪6球心與工件內(nèi)桿前端面圓心在x軸方向上重合，完成x軸方向的對刀工作；

步驟五五：ccd對刀系統(tǒng)1的位置及相機(jī)軸線方向保持不變，得到球頭砂輪6和工件內(nèi)桿前端面的圖像，獲得球頭砂輪6的球心坐標(biāo)和工件內(nèi)桿的前端面圓心的坐標(biāo)，計算球頭砂輪6球心與工件內(nèi)桿前端面圓心在z軸方向的坐標(biāo)差值δz；

步驟五六：根據(jù)步驟五五的差值δz，控制z軸運(yùn)動平臺移動，使球頭砂輪6的球心與工件內(nèi)桿的前端面圓心在z軸方向重合，完成z軸方向的對刀工作。

優(yōu)選的是，所述步驟六包括如下步驟：

步驟六一：根據(jù)步驟一中測量的尺寸參數(shù)，繪制工件的三維模型；

步驟六二：建立工件加工坐標(biāo)系，坐標(biāo)系的x、y、z軸的方向與機(jī)床的坐標(biāo)系保持一致，其工件加工坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)為o；

該坐標(biāo)原點(diǎn)o在機(jī)床的坐標(biāo)系中，oz＝0，ox為工件內(nèi)球面球心沿x軸正向偏移rg+rs，oy與工件內(nèi)球面球心的y軸坐標(biāo)一致；rg為測量的工件內(nèi)桿和外桿的半徑，rs為測量的的球頭砂輪6的半徑；

步驟六三：將工件分段，設(shè)定在加工工件各段時c軸轉(zhuǎn)臺3的旋轉(zhuǎn)角度，避免工件與球頭砂輪6間干涉的產(chǎn)生；

步驟六四：將建立的模型中的工件內(nèi)桿、內(nèi)球面、外球面和外桿的輪廓線在工件加工坐標(biāo)系中分別向?qū)嶓w外部方向偏移rs+a，其中，a為加工前對刀誤差的預(yù)留值，偏移后形成連續(xù)的加工曲線，該加工曲線為球頭砂輪6在加工過程中的運(yùn)動軌跡；

步驟六五：根據(jù)步驟六四中的加工曲線的起始點(diǎn)，在工件中找到對應(yīng)點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)c軸轉(zhuǎn)臺3及控制x軸運(yùn)動平臺和y軸運(yùn)動平臺運(yùn)動，將該對應(yīng)點(diǎn)作為機(jī)床加工的起始點(diǎn)；

根據(jù)步驟六三中設(shè)定的c軸轉(zhuǎn)臺3的旋轉(zhuǎn)角度和步驟六四中的加工曲線利用球頭砂輪6對工件進(jìn)行加工。

優(yōu)選的是，所述步驟六三中，將工件分段：a段是內(nèi)桿部分；

b段為內(nèi)球面和內(nèi)桿的過渡圓角；

c段為過渡圓角邊界為起始點(diǎn)的內(nèi)球面過渡段6mm；

d段為內(nèi)球面除去c段部分；

e段為內(nèi)外球面連接部分；

f段為外球面；

g段為外球面和外桿連接過渡圓角；

h段為外桿加工部分；

所述設(shè)定在加工工件各段時c軸轉(zhuǎn)臺沿z軸的旋轉(zhuǎn)角度為：

加工a段、b段和c段時，c軸轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)-8度；

加工d段和e段時，c軸轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)+8度；

加工f段、g段和h段時，c軸轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)-80度；

順時針為正，逆時針為負(fù)。

上述技術(shù)特征可以各種適合的方式組合或由等效的技術(shù)特征來替代，只要能夠達(dá)到本發(fā)明的目的。

本發(fā)明的有益效果在于，(1)本發(fā)明可以實現(xiàn)一種小尺寸的異型薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的超精密磨削加工，其加工后的表面粗糙度ra和面形精度pv值分別優(yōu)于50nm和0.4μm；

(2)本發(fā)明通過互為基準(zhǔn)的方式對裝夾部位進(jìn)行超精密磨削可以將工件二次裝夾帶來的誤差限制在2.5μm以內(nèi)，提高復(fù)雜結(jié)構(gòu)類零件的超精密磨削面形精度；

(3)本發(fā)明通過規(guī)劃磨削加工路徑和傾斜主軸隨精密轉(zhuǎn)臺在不同磨削軌跡處旋轉(zhuǎn)不同角度以改變球頭砂輪6桿的空間方向，從而可以成功避免加工小口徑復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的過程中砂輪與工件間干涉的產(chǎn)生；

(4)本發(fā)明采用小直徑球頭砂輪6對復(fù)雜結(jié)構(gòu)件進(jìn)行超精密磨削時，可以實現(xiàn)內(nèi)外球殼根部2mm及以上尺寸的圓角的磨削加工，以實現(xiàn)清根；

(5)本發(fā)明在超精密磨削加工的準(zhǔn)備過程中，采用的對刀方法可以在保證對刀精度優(yōu)于2.5μm并將對刀的時間限制在1h，保證了磨削質(zhì)量并減少了磨削工時。

附圖說明

圖1為具體實施方式中超精密磨削用機(jī)床的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為步驟二中工件裝夾位置進(jìn)行超精密磨削時工件安裝示意圖；

圖3(a)至圖3(d)為小直徑球頭砂輪球心位置調(diào)整過程示意圖；

圖4為工件裝夾及其徑向跳動測量示意圖；

圖5(a)至圖5(e)為異形薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件在超精密磨削加工前的對刀過程示意圖；

圖6為異型薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)件加工路徑分段示意圖；

圖7(a)為采用輪廓儀對加工后的異型薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)件測量面形精度pv值的曲線示意圖，圖中橫坐標(biāo)為毫米，縱坐標(biāo)為微米；

圖7(b)為采用輪廓儀對加工后的異型薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)件測量表面粗糙度ra的曲線示意圖，圖中橫坐標(biāo)為毫米，縱坐標(biāo)為微米。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。

結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的一種異形薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件的超精密磨削加工方法，本實施方式的方法基于超精密磨削用機(jī)床實現(xiàn)，如圖1所示，該機(jī)床包括工作臺2、c軸轉(zhuǎn)臺3、位移平臺4、u軸定位平臺5、x軸運(yùn)動平臺、y軸運(yùn)動平臺、z軸運(yùn)動平臺、球頭砂輪6、砂輪主軸7、工件主軸8和ccd對刀系統(tǒng)1；

工件主軸8和ccd對刀系統(tǒng)1相對設(shè)置在工作臺2上，工件主軸8的軸線方向為x軸方向；異形薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件9的內(nèi)桿前端或外桿后端安裝在工件主軸8上；球頭砂輪6安裝在砂輪主軸7上；

c軸轉(zhuǎn)臺3的下端與位移平臺4連接，u軸定位平臺5的上端安裝在位移平臺4的運(yùn)動部件上，u軸定位平臺5的下端與砂輪主軸7中段固定連接，砂輪主軸7呈傾斜狀，以實現(xiàn)砂輪主軸7夾持的球頭砂輪6對工件9進(jìn)行磨削加工；

x軸運(yùn)動平臺和y軸運(yùn)動平臺通過“十字”堆疊形式安裝在工作臺2上，用于控制工件主軸8在x軸方向和y軸方向運(yùn)動；

z軸運(yùn)動平臺，用于帶動c軸轉(zhuǎn)臺3上下運(yùn)動，進(jìn)而帶動砂輪主軸7上下運(yùn)動；

球頭砂輪6半徑小于4mm；

本實施方式的加工方法包括如下步驟：

步驟一：測量工件精密磨削后的尺寸參數(shù)和球頭砂輪6半徑尺寸參數(shù)；

該步驟中精密磨削后工件9的精確測量是為了方便后續(xù)的對刀工作和加工程序代碼的編寫，并以此為依據(jù)建立工件9和加工機(jī)床之間精確的坐標(biāo)關(guān)系。

步驟二：通過工件主軸8的彈簧夾頭夾持工件9內(nèi)桿前端，并以互為基準(zhǔn)的方式利用所述機(jī)床對工件9外桿后端進(jìn)行超精密磨削加工；

該步驟中通過裝夾工件9內(nèi)桿前端以互為基準(zhǔn)的方式對工件9裝夾部位進(jìn)行超精密磨削是為了盡可能的降低因二次裝夾所帶來的裝夾誤差，保證工件9的超精密磨削精度。

步驟三：通過u軸定位平臺5的移動將球頭砂輪6的球心調(diào)整到c軸轉(zhuǎn)臺3的旋轉(zhuǎn)軸線上；

該步驟中將小直徑球頭砂輪6的球心調(diào)整到c軸轉(zhuǎn)臺3的回轉(zhuǎn)軸線上其目的是為了保證在加工過程中球頭砂輪6隨著c軸轉(zhuǎn)臺3旋轉(zhuǎn)時其球心空間位置不發(fā)生改變。同時由于在砂輪安裝過程中砂輪軸線在y方向是不變的，所以在磨削裝置安裝調(diào)試過程中y方向的對心工作已經(jīng)通過調(diào)節(jié)手動位移平臺4完成，在此只需要完成x方向的對心工作。

步驟四：將工件9從工件主軸8上拆卸下來，利用工件主軸8的彈簧夾頭夾持加工后的工件9外桿后端；

該步驟中工件9通過彈簧夾頭安裝于工件主軸8上，在安裝過程中為了減小工件9的二次裝夾誤差，需要采用千分表對工件9進(jìn)行徑向跳動測量，以保證工件9的加工面形精度。

步驟五：利用ccd對刀系統(tǒng)1對工件9進(jìn)行對刀；

該步驟中的工件9加工前的對刀，即通過對刀的形式快速而準(zhǔn)確地獲得球頭砂輪6球心與工件9內(nèi)球殼球心的相對位置，得到機(jī)床坐標(biāo)系和工件9加工程序坐標(biāo)系的相對關(guān)系，以保證工件9加工的面形精度。

步驟六：根據(jù)步驟一測量的尺寸參數(shù)規(guī)劃球頭砂輪6的運(yùn)動軌跡和相應(yīng)的c軸轉(zhuǎn)臺3旋轉(zhuǎn)角度；

該步驟中的球頭砂輪6的運(yùn)動軌跡和相應(yīng)的c軸轉(zhuǎn)臺3旋轉(zhuǎn)角度的規(guī)劃目的是避免加工過程中砂輪桿與工件9間干涉的產(chǎn)生，同時采用ug軟件獲得加工g代碼實現(xiàn)工件9內(nèi)外桿、內(nèi)外球殼及根部圓角處的超精密磨削加工。

步驟七：根據(jù)規(guī)劃出的球頭砂輪6的運(yùn)動軌跡和砂輪桿的空間角度，對工件9進(jìn)行超精密磨削加工，且在加工工件9外球殼前改變工件主軸8的旋轉(zhuǎn)方向，獲得盡可能大的相對磨削線速度；

該步驟中的在完成內(nèi)球殼加工時需要更換工件9的旋轉(zhuǎn)方向、然后進(jìn)行外球面的超精密磨削加工，因為在超精密磨削過程中內(nèi)、外球面的旋轉(zhuǎn)方向相對球頭砂輪6不同，為了獲得較大的工件9和砂輪間的相對線速度，需要更換工件9的旋轉(zhuǎn)方向。

優(yōu)選實施例中，本實施方式的步驟一包括

步驟一一：采用三坐標(biāo)測量儀對經(jīng)過精密磨削加工的異型薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)件進(jìn)行精確的尺寸測量，主要為了獲得的參數(shù)包括：內(nèi)球殼半徑rn和外球殼半徑rw及其球心坐標(biāo)on和ow，內(nèi)外球殼球心的高度差δ，內(nèi)外桿的半徑尺寸rg，以及內(nèi)桿頂端到內(nèi)球心的距離d；

步驟一二：測量球頭砂輪6精密電火花修整后的半徑尺寸rs。

優(yōu)選實施例中，本實施方式的步驟二包括如下步驟：

步驟二一：通過彈簧夾頭將工件9的內(nèi)桿前端裝夾于工件主軸8上；

步驟二二：通過千分表測量工件外球殼尺寸最大處的徑向跳動，判斷所述徑向跳動是否小于5μm，若是，執(zhí)行步驟二三，若否，重新調(diào)整裝夾位置，執(zhí)行步驟二一；；

步驟二三：以互為基準(zhǔn)的方式利用所述機(jī)床對工件外桿后端進(jìn)行超精密磨削加工，作為后續(xù)裝夾部位，如圖2所示。

優(yōu)選實施例中，本實施方式的步驟三包括如下步驟：通過u軸定位平臺5的移動將球頭砂輪6的球心調(diào)整到c軸轉(zhuǎn)臺3的旋轉(zhuǎn)軸線上；

步驟三一在超精密磨削裝置搭建過程中通過位移平臺4完成了在相應(yīng)方向上的對心調(diào)整并緊固，所以每次砂輪安裝時只需要調(diào)整u軸定位平臺5將球頭砂輪6的球心調(diào)整到c軸轉(zhuǎn)臺3的軸線上即可，所以首先將ccd對刀系統(tǒng)1的相機(jī)軸線方向沿x軸方向，通過旋轉(zhuǎn)c軸轉(zhuǎn)臺3使u軸定位平臺5的運(yùn)動方向調(diào)整到x軸方向，利用ccd對刀系統(tǒng)1獲得此時球頭砂輪6的圖像，獲取圖像中的球心坐標(biāo)，并在圖像中標(biāo)注過球心的c軸轉(zhuǎn)臺3的旋轉(zhuǎn)軸線，完成球心位置調(diào)整的標(biāo)定工作，如圖3(a)所示；

該步驟中，對球頭砂輪6的圖像進(jìn)行二值化處理和經(jīng)典的hough變換以得到圖像中的球心坐標(biāo)；

步驟三二：ccd對刀系統(tǒng)1的相機(jī)位置保持不變，旋轉(zhuǎn)c軸轉(zhuǎn)臺3使u軸定位平臺5的運(yùn)動方向調(diào)整到與x軸方向垂直，利用ccd對刀系統(tǒng)1獲得此時球頭砂輪6的圖像，獲取圖像中的球心坐標(biāo)，并在圖像中標(biāo)注c軸轉(zhuǎn)臺3的旋轉(zhuǎn)軸線，獲得球心與c軸轉(zhuǎn)臺3的旋轉(zhuǎn)軸線的位置偏差δ；

步驟三三：根據(jù)位置偏差δ，調(diào)整u軸定位平臺5，即完成球頭砂輪6的球心調(diào)整到c軸轉(zhuǎn)臺3的旋轉(zhuǎn)軸線上；

完成球心位置調(diào)整工作，如圖3(b)所示；

圖3(c)為未處理的球頭砂輪6圖像，圖3(d)為處理過的球頭砂輪6圖像。

優(yōu)選實施例中，本實施方式的步驟四包括如下步驟：步驟四一：將工件的內(nèi)桿前端從工件主軸8上拆卸下來；

步驟四二：利用工件主軸8的彈簧夾頭裝夾加工后的工件外桿后端；

步驟四三：采用千分表測量工件球殼外表面上距裝夾位置最遠(yuǎn)處的點(diǎn)的徑向跳動，判斷該徑向跳動是否小于2.5μm，若是，完成裝夾，以減小二次裝夾帶來的誤差，如圖4所示，若否，重新調(diào)整裝夾位置，執(zhí)行步驟四二。

優(yōu)選實施例中，本實施方式的步驟五包括如下步驟：

步驟五一：將ccd對刀系統(tǒng)1的相機(jī)軸線方向沿x軸方向，旋轉(zhuǎn)c軸轉(zhuǎn)臺3使u軸定位平臺5的運(yùn)動方向與y軸方向一致，得到球頭砂輪6和工件內(nèi)桿前端面的圖像，獲得球頭砂輪6的球心坐標(biāo)和工件內(nèi)桿的前端面圓心坐標(biāo)，計算球心與工件內(nèi)桿前端面圓心在y軸方向的坐標(biāo)差值δy；

步驟五二：根據(jù)步驟五一的差值δy，控制y軸運(yùn)動平臺移動，使球頭砂輪6的球心在工件內(nèi)桿前端面圓心的延伸線上，完成y軸方向的對刀工作，如圖5(a)所示；

步驟五三：將ccd對刀系統(tǒng)1的相機(jī)軸線方向沿y軸方向，旋轉(zhuǎn)c軸轉(zhuǎn)臺3使u軸定位平臺5的運(yùn)動方向與x軸方向一致，得到球頭砂輪6和工件內(nèi)桿前端面的圖像，獲得球頭砂輪6的球心坐標(biāo)和工件內(nèi)桿的前端面圓心的坐標(biāo)，計算球頭砂輪6球心與工件內(nèi)桿前端面圓心在x軸方向的坐標(biāo)差值δx；

該步驟中，對球頭砂輪6和工件內(nèi)桿前端面進(jìn)行二值化處理和經(jīng)典的hough變換以得到圖像中的球頭砂輪6的球心坐標(biāo)和工件內(nèi)桿的前端面圓心的坐標(biāo)；

步驟五四：根據(jù)步驟五三的差值δx，控制x軸運(yùn)動平臺移動，調(diào)整x軸運(yùn)動平臺使球頭砂輪6球心與工件內(nèi)桿前端面圓心在x軸方向上重合，完成x軸方向的對刀工作，如圖5(b)所示；

步驟五五：ccd對刀系統(tǒng)1的位置及相機(jī)軸線方向保持不變，得到球頭砂輪6和工件內(nèi)桿前端面的圖像，獲得球頭砂輪6的球心坐標(biāo)和工件內(nèi)桿的前端面圓心的坐標(biāo)，計算球頭砂輪6球心與工件內(nèi)桿前端面圓心在z軸方向的坐標(biāo)差值δz；

步驟五六：根據(jù)步驟五五的差值δz，控制z軸運(yùn)動平臺移動，使球頭砂輪6的球心與工件內(nèi)桿的前端面圓心在z軸方向重合，完成z軸方向的對刀工作，如圖5(c)所示。

圖5(d)和圖5(e)分別為z方向?qū)Φ稌r未處理的圖像和經(jīng)過處理的圖像。至此完成整個的對刀工作。

優(yōu)選實施例中，本實施方式的所述步驟六包括如下步驟：

步驟六一：根據(jù)步驟一中測量的尺寸參數(shù)，在ug軟件中繪制工件的三維模型，以方便利用ug軟件生成加工g代碼；

步驟六二：建立工件加工坐標(biāo)系，坐標(biāo)系的x、y、z軸的方向與機(jī)床的坐標(biāo)系保持一致，其工件加工坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)為o；

該坐標(biāo)原點(diǎn)o在機(jī)床的坐標(biāo)系中，oz＝0，ox為工件內(nèi)球面球心沿x軸正向偏移rg+rs，oy與工件內(nèi)球面球心的y軸坐標(biāo)一致；rg為測量的工件內(nèi)桿和外桿的半徑，rs為測量的的球頭砂輪6的半徑；

步驟六三：分析加工過程中，球頭砂輪6可能與工件產(chǎn)生干涉的情況：在加工內(nèi)桿時，砂輪桿容易與球殼干涉，在加工內(nèi)部圓角和內(nèi)球面時砂輪桿容易與球殼或內(nèi)桿產(chǎn)生干涉，在加工外球面時，砂輪容易與球殼產(chǎn)生干涉，加工外桿時砂輪桿容易與球殼或工件主軸8產(chǎn)生干涉；通過實際分析，將工件加工路徑分為幾個部分如圖6所示：

a段是內(nèi)桿部分；

b段為內(nèi)球面和內(nèi)桿的過渡圓角；

c段為過渡圓角邊界為起始點(diǎn)的內(nèi)球面過渡段6mm；

d段為內(nèi)球面除去c段部分；

e段為內(nèi)外球面連接部分；

f段為外球面；

g段為外球面和外桿連接過渡圓角；

h段為外桿加工部分；

所述設(shè)定在加工工件各段時c軸轉(zhuǎn)臺沿z軸的旋轉(zhuǎn)角度為：

加工a段、b段和c段時，c軸轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)-8度；

加工d段和e段時，c軸轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)+8度；

加工f段、g段和h段時，c軸轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)-80度；

順時針為正，逆時針為負(fù)。

步驟六四：將建立的模型中的工件內(nèi)桿、內(nèi)球面、外球面和外桿的輪廓線在工件加工坐標(biāo)系中分別向?qū)嶓w外部方向偏移rs+a，其中，a為加工前對刀誤差的預(yù)留值，偏移后形成連續(xù)的加工曲線，該加工曲線為球頭砂輪6在加工過程中的運(yùn)動軌跡；生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件在超精密磨削加工時的g代碼。對生成的g代碼修改開始和結(jié)束的處理命令使其能夠適應(yīng)超精密磨削裝置控制系統(tǒng)的要求；

步驟六五：根據(jù)步驟六四中的加工曲線的起始點(diǎn)，在工件中找到對應(yīng)點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)c軸轉(zhuǎn)臺3及控制x軸運(yùn)動平臺和y軸運(yùn)動平臺運(yùn)動，將該對應(yīng)點(diǎn)作為機(jī)床加工的起始點(diǎn)；

該步驟中c軸轉(zhuǎn)臺3旋轉(zhuǎn)-8度，其次將步驟五四中獲得的x方向?qū)Φ蹲鴺?biāo)值減去rg+rs，并將x軸運(yùn)動平臺移動到該位置，然后將步驟五一中獲得的y方向?qū)Φ蹲鴺?biāo)值減去步驟五一中測得的內(nèi)桿頂端到內(nèi)球心的距離d，并將y軸運(yùn)動平臺移動到新的坐標(biāo)位置，利用開發(fā)的控制系統(tǒng)軟件分別將x、y、z的坐標(biāo)清零，完成機(jī)床加工原點(diǎn)設(shè)置，以使其與程序代碼中的加工原點(diǎn)相重合；

根據(jù)步驟六三中設(shè)定的c軸轉(zhuǎn)臺3的旋轉(zhuǎn)角度和步驟六四中的加工曲線利用球頭砂輪6對工件進(jìn)行加工。

本實施方式的步驟七是對復(fù)雜結(jié)構(gòu)件進(jìn)行超精密磨削加工，加工外球殼前改變工件主軸8的旋轉(zhuǎn)方向，以獲得盡可能大的相對磨削線速度，從而提高工件的磨削質(zhì)量，包括：

步驟七一：將程序?qū)氲郊庸ぱb置的控制系統(tǒng)中，對異型結(jié)構(gòu)件進(jìn)行磨削加工，加工參數(shù)為砂輪轉(zhuǎn)速為76000rpm，工件轉(zhuǎn)速為1000rpm，切深為1μm，進(jìn)給速度為30μm/s，加工內(nèi)球面時設(shè)置工件主軸8旋轉(zhuǎn)方向與砂輪的旋轉(zhuǎn)方向相反；

步驟七二：在加工過程中，在e段時不對工件進(jìn)行磨削，作用是將內(nèi)外加工曲線連接起來，利用這段時間，改變工件主軸8的旋轉(zhuǎn)方向，從而保證較大的工件和球頭砂輪6間的相對線速度，保證加工表面質(zhì)量。

至此完成異型薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的超精密磨削加工，加工完成后采用輪廓儀對加工后工件的面形精度pv值和表面粗糙度ra進(jìn)行測量，測量結(jié)果分別如圖7(a)和圖7(b)所示，pv值為0.328μm，表面粗糙度為50.2nm。

雖然在本文中參照了特定的實施方式來描述本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是，這些實施例僅僅是本發(fā)明的原理和應(yīng)用的示例。因此應(yīng)該理解的是，可以對示例性的實施例進(jìn)行許多修改，并且可以設(shè)計出其他的布置，只要不偏離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。應(yīng)該理解的是，可以通過不同于原始權(quán)利要求所描述的方式來結(jié)合不同的從屬權(quán)利要求和本文中所述的特征。還可以理解的是，結(jié)合單獨(dú)實施例所描述的特征可以使用在其他所述實施例中。