光学非轴对称非球面零部件的精密注塑成型加工主要依赖于成型模芯的形状精度。但是,非轴对称非球面是一种自由曲面,而且模芯通常采用硬度较高的模具钢,很难实现精密加工。 本文采用超硬金刚石砂轮,先将砂轮修整成轴向圆弧形轮廓,形成圆环形砂轮,然后在CNC系统中进行包络成型磨削,研究提高形状精度的CNC精密磨削方法。 首先,用相邻砂轮圆环形成的包络迹高度进行数学建模,推导砂轮中心坐标和曲面切点的关系,计算出砂轮轴心移动距离,从而控制砂轮沿行走轨迹包络出非球面。为了提高加工精度采用单圆弧步长伸缩数控插补来逼近非圆曲线。 然后,根据已建立的轨迹模式进行模拟加工非轴对称非球面,分析包络迹的三维分布情况、刀具路径和砂轮半径磨损对非球面形状误差的影响。结果表明,在包络迹高度很小和非球面曲率很大的情况下,等包络迹磨削比等间距磨削的加工效率更高；另外,在包络迹高度he=10μm时,砂轮半径磨损1mm的情况下,仿真显示非球面的形状误差PV值小于20μm。 其次,修整砂轮成圆弧形轮廓,编写CNC数控程序进行非轴对称非球面的实验加工。对加工得到的非球面进行三坐标测量,然后采用ICP和遗传算法相结合的匹配方法对测量数据与理论非球面进行曲面匹配,得到全局最优的匹配位置,并在此基础上分析得到非轴对称非球面加工的形状误差为20.03μm。 最后,采用BP神经网络逼近非轴对称非球面形状误差的分布函数,根据此函数求出非轴对称非球面任意坐标点对应的误差值。修改Y方向数控指令,进行误差补偿加工,加工得到形状误差为7.7μm的非轴对称非球面,比没补偿前形状误差减少了12.33μm。