對刀方法及其真圓加工方法與菲涅爾透鏡加工方法
2023-06-19 14:41:56 2
對刀方法及其真圓加工方法與菲涅爾透鏡加工方法
【專利摘要】本發明涉及一種對刀方法，其包括：將一X方向微調平臺、一Z方向微調平臺以及一刀具安裝在一B軸上；旋轉B軸使刀尖旋轉α角度並從一第一位置移動到一第二位置，所述第一位置與第二位置在平行於Z方向的相對距離記為y2；再旋轉B軸使刀尖旋轉α角度並從所述第二位置移動到到一第三位置，所述第一位置與第三位置在在平行於Z方向的相對距離記為y3，108°≦α≦110°；S30，設（a，b）為刀尖在以旋轉中心線上任意一點為原點坐標系中的坐標，且a坐標方向同X方向，b坐標方向同Z方向，通過如下（1）式、（2）式和（3）式計算刀尖距離旋轉中心線的垂直距離r以及比較刀尖距離旋轉中心線的垂直距離r和加工半徑R，若二者不等，則通過調整坐標（a，b），直到r和R相等。
【專利說明】對刀方法及其真圓加工方法與菲涅爾透鏡加工方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超精密機械加工方法，尤其，涉及一種超精密機械加工方法的對刀方法及採用該對刀方法的真圓加工方法與菲涅爾透鏡加工方法。
【背景技術】
[0002]超精密機械加工方法在微光學元件加工中有重要的應用，例如採用單點金剛石切削加工菲涅爾透鏡。
[0003]目前，在超精密機械加工方法中，採用單點金剛石切削加工菲涅爾透鏡球面有擬合加工和切線加工兩種方法。擬合加工方法利用超精密加工工具機的兩個平動軸(X軸、Z軸)的兩軸聯動形成圓弧插補切削軌跡，從而實現菲涅爾透鏡上球面的加工。切線加工方法利用超精密加工工具機的兩個平動軸(X軸、Z軸)和B軸的三軸聯動獲得始終沿圓弧切線的切削軌跡，進而實現菲涅爾透鏡上球面的加工。
[0004]然而,在上述兩種方法中獲得的加工圓弧均為逼近圓弧,而非真實的圓弧,存在軌跡誤差；而且切線加工時，兩個平動軸和B軸的運動誤差也會引入軌跡誤差，使得加工出的菲涅爾透鏡的球面為近似球面，導致雜散光的出現，影響菲涅爾透鏡的成像效果。而且，現有的真圓加工方法的對刀過程中，刀尖距離旋轉中心線的垂直距離和加工半徑之間的的誤
差較大。
【發明內容】
[0005]因此，確有必要提供一種可以有效減小誤差的對刀方法，採用該對刀方法的真圓加工方法以及採用該真圓加工方法加工菲涅爾透鏡的方法。
[0006]一種對刀方法，其包括以下步驟:
[0007]S10，將一 X方向微調平臺、一 Z方向微調平臺以及一刀具安裝在一 B軸上，其中該X方向微調平臺用於調節該刀具的刀尖在X方向的位置，該Z方向微調平臺用於調節該刀具的刀尖在Z方向的位置，且該X方向與Z方向相互垂直，該B軸用於帶動該刀具的刀尖圍繞一旋轉中心線在一與X方向和Z方向平行的平面內旋轉；
[0008]S20，旋轉B軸使刀尖旋轉α角度並從一第一位置移動到一第二位置，所述第一位置與第二位置在平行於Z方向的相對距離記為y2;再旋轉B軸使刀尖旋轉α角度並從所述第二位置移動到到一第三位置，所述第一位置與第三位置在在平行於Z方向的相對距離記為y3，其中，108°蘭α蘭110。；
[0009]S30，設(a，b)為刀尖在以旋轉中心線上任意一點為原點坐標系中的坐標，且a坐標方向同X方向，b坐標方向同Z方向，通過如下(I)式、(2)式和(3)式計算刀尖距離旋轉中心線的垂直距離r:
[0010]{
【權利要求】
1.一種對刀方法，其包括以下步驟: S10，將一 X方向微調平臺、一 Z方向微調平臺以及一刀具安裝在一 B軸上，其中該X方向微調平臺用於調節該刀具的刀尖在X方向的位置，該Z方向微調平臺用於調節該刀具的刀尖在Z方向的位置，且該X方向與Z方向相互垂直，該B軸用於帶動該刀具的刀尖圍繞一旋轉中心線在一與X方向和Z方向平行的平面內旋轉； S20，旋轉B軸使刀尖旋轉α角度並從一第一位置移動到一第二位置，所述第一位置與第二位置在平行於Z方向的相對距離記為y2;再旋轉B軸使刀尖旋轉α角度並從所述第二位置移動到到一第三位置，所述第一位置與第三位置在在平行於Z方向的相對距離記為y3，其中，108。蘭α蘭110。； S30,設(a, b)為刀尖在以旋轉中心線上任意一點為原點坐標系中的坐標,且a坐標方向同X方向，b坐標方向同Z方向，通過如下(I)式、(2)式和(3)式計算刀尖距離旋轉中心線的垂直距離r:14y2COS2(I)-^3
2.如權利要求1所述的對刀方法，其特徵在於，α=109°。
3.如權利要求2所述的對刀方法，其特徵在於，所述通過調整坐標(a，b)，直到刀尖距離旋轉中心線的垂直距離r和加工半徑R相等的步驟包括: 通過X方向微調平臺和Z方向微調平臺調節該刀尖在X方向和Z方向的位置；以及 重複步驟S20和S30，並再次比較刀尖距離旋轉中心線的垂直距離r和加工半徑R。
4.如權利要求1所述的對刀方法，其特徵在於，所述y2和y3的值通過圖像處理方式獲得，其包括以下步驟: 安裝一攝像頭懸空設置於所述刀具上方； 轉動B軸使該刀尖處於第一位置，再使刀尖沿X方向和Z方向移動一段距離到達第四位置，從而使得刀尖進入攝像頭的視場範圍，其中，刀尖沿Z方向移動的距離記為Z1 ;開啟攝像頭對該第四位置進行圖像採集，然後使刀尖回到第一位置； 轉動B軸使該刀尖相對第一位置轉動α角度到達第二位置，再使刀尖沿X方向和Z方向移動一段距離到達第五位置，從而使得刀尖進入攝像頭的視場範圍，其中，刀尖沿Z方向移動的距離記為Z2 ;再開啟攝像頭對該第五位置進行圖像採集，然後再使刀尖回到第二位置；再轉動B軸使該刀尖相對第二位置轉動α角度到達第三位置，再使刀尖沿X方向和Z方向移動一段距離到達第六位置，從而使得刀尖進入攝像頭的視場範圍，其中，刀尖沿Z方向移動的距離記為Z3 ;再開啟攝像頭對該第六位置進行圖像採集；以及 在所述第四位置、第五位置以及第六位置沿Z方向的同一側選擇一條平行於X方向的基準線，設所述第四位置、第五位置以及第六位置與該基準線之間沿Z方向的距離分別為pl、p2、p3,通過(4) - (6)式計算Y2和y3的值:
5.一種真圓加工方法，其包括以下步驟: 通過如權利要求1-4任意一項所述的對刀方法進行對刀； 使刀尖進入加工位置；以及 使刀尖隨B軸旋轉切削一待加工件。
6.一種菲涅爾透鏡的加工方法，其包括以下步驟: 通過如權利要求1-4任意一項所述的對刀方法進行對刀； 使刀尖與一菲涅爾透鏡基底的端面中心對齊並進入加工位置；以及 使刀尖隨B軸旋轉切削該菲涅爾透鏡基底。
7.如權利要求6所述的菲涅爾透鏡的加工方法，其特徵在於，所述刀具具有一圓弧刃和一直線刃，其中，該圓弧刃用來加工菲涅爾透鏡的圓弧輪廓，該直線刃用來加工菲涅爾透鏡的直線輪廓，所述圓弧刃的圓弧半徑小於菲涅爾透鏡的圓弧輪廓半徑。
8.一種菲涅爾透鏡的加工方法，其包括以下步驟: 通過如權利要求1-4任意一項所述的對刀方法進行對刀； 使刀尖進入加工位置並與一菲涅爾透鏡模具基底的端面中心對齊； 使刀尖隨B軸旋轉切削該菲涅爾透鏡模具基底得到一菲涅爾透鏡模具；以及 採用該菲涅爾透鏡模具注模。
9.如權利要求8所述的菲涅爾透鏡的加工方法，其特徵在於，所述刀具具有一圓弧刃和一直線刃，其中，該圓弧刃用來加工菲涅爾透鏡模具的圓弧輪廓，該直線刃用來加工菲涅爾透鏡模具的直線輪廓，所述圓弧刃的圓弧半徑小於菲涅爾透鏡模具的圓弧輪廓半徑。
10.如權利要求8所述的菲涅爾透鏡的加工方法，其特徵在於，所述刀具的安裝角度β角要大於Y角，其中，所述β角為刀具直線刃與菲涅爾透鏡模具的第一個圓弧的加工起點處所在半徑之間形成的角度，所述Y角為菲涅爾透鏡模具的最後一個圓弧的加工起點處所在半徑與其對應的直線輪廓之間形成的角度。
【文檔編號】C03B33/04GK103522348SQ201310492135
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月18日 優先權日:2013年10月18日
【發明者】李勇, 高興, 李朝將, 楊錦榮 申請人:清華大學