专利名称：一种小型非球面光学元件的车削加工方法
技术领域：
本发明涉及一种小型非球面光学元件，尤其是涉及一种采用两把刀具同时工作且 加工轨迹为等高线的车削加工方法。
背景技术：
随着光机电一体化的发展，在摄像机、小型CD唱机等家电产品和以激光打印机、 复印机为代表的各种办公室自动化仪器中，使用许多光学元件，这些光学元件的非球面化 正在迅速发展。它们由传统的球面透镜改变成非球面镜，从光学设计的角度来看，这意味着 可以减少透镜数量。现代镜片在设计中不断的革新，创造了新型的"非球面"设计。非球面 镜片的曲面不在是一个同一的曲率，即不在是一个球面。可以使镜片更薄，减少边缘像差。 使配戴更舒适，外表更美观。现在的球面镜片都采用低曲率的形式，镜片平坦，美观但像差 很大，高屈光度配戴感觉边缘扭曲明显。非球面技术最早是应用于映像设备，以减小像差， 改善成像质量，还可以减轻设备的重量。目前，市场上高档的照相机镜头大多使用非球面镜 片。为改善眼镜镜片的性能，减小镜片边缘像差，以改善球面镜片边缘视物变形、扭曲的现 象，将非球面技术引入眼镜镜片的设计中，不仅改善了成像质量，而且使镜片更轻、更薄、更 美观。近10年来，非球面镜的加工技术有了相当大的改进。常见的方法有超精密切削 加工、超精密磨削加工、超精密研磨与抛光等传统加工方法，以及激光加工、电子束微细加 工、ELID镜面磨削加工、磁流变抛光加工等特种加工方法。本申请人在公告号为CN101125411的发明专利中提供一种采用普通金刚石圆弧 砂轮的3轴两联动的非轴对称非球面光学元件的平行磨削方法。选择加工方式，设定加工 参数，利用非轴对称非球面表面方程计算工件表面点轨迹G ；结合圆弧砂轮参数计算出磨 床3轴联动砂轮中心点轨迹0 ；对0的各列ζ坐标值取平均值得ζ坐标值平均值Zt/，将0 变为0'；建立非线性方程组，以xg，zg为初值，采用Guass-Newton迭代算法，利用Xtl，Z0' 反求得到工件表面点Xg'坐标和Zg'坐标；代入非轴对称非球面表面方程算出工件表面点 轨迹G'；结合圆弧砂轮参数计算出3轴两联动砂轮中心点轨迹仏。公告号为CN1785560的发明专利中提供一种非球面光学元件的加工技术，主要用 于硒化锌和硫化锌非球面光学元件的加工。其主要技术特征是用计算机数控车床及金刚 石圆弧刀具对硒化锌和硫化锌进行切削加工，采用新工艺流程吸附夹具的设计制造、元件 半精加工、元件精加工、检测面型、精修面型等。该发明从根本上克服了用传统抛光工艺方 法加工硒化锌和硫化锌非球面光学元件存在效率低、成本高、尺寸和面型精度难以保证的 缺陷。达到了能够批量生产、质量稳定、效率显著提高的预期效果。公告号为CN1785559的发明专利中提供一种非球面光学元件的加工技术，主要用 于锗单晶非球面光学元件的加工。其主要技术特征是用计算机数控车床及金刚石圆弧刀 具对锗单晶进行切削加工，采用工艺流程A下料；B粗磨；C吸附夹具的设计制造；D元件半 精加工；E元件精加工；F检测面型；G精修面型等，以及选择了合理的工艺参数。该发明从根本上克服了用传统抛光工艺方法加工锗单晶非球面光学元件存在效率低、成本高、尺寸 和面型精度难以保证的缺陷。达到了能够批量生产、质量稳定、效率显著提高的预期效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种所需加工设备结构简单，加工精度和效率较高的小型 非球面光学元件的车削加工方法。本发明包括以下步骤1)加工装置采用两把刀具同时工作的模式，加工装置除X、Y、Z轴以外，增加刀具 往复运动U轴，刀具在U轴方向的往复运动通过音圈直线电机实现；2)通过旋转编码器对2把刀具在加工车床上精确定位对刀；3)利用标准件对刀具进行精确对刀；4)设定加工参数；5)根据设计好的加工轨迹进行编程，生成数控加工代码；6)运动数控加工代码，实现2把刀具同时加工；7)利用接触式或非接触式测量传感器，对光学元件进行实时在位测量；8)对所得测量数据进行分析处理，若外形符合加工要求，则完成加工；若外形不 符合加工要求，则运行补偿程序，进行补偿加工。在步骤4)中，所述加工参数主要包括主轴的转速、加工轨迹曲线方程等。在步骤5)中，所述加工轨迹为等高线，每车一刀，2把刀具所在高度一致；所述编 程包括进给量、延迟时间等。本发明采用2把刀具同时对非球面光学元件进行加工，每一次车削，两把刀均在 同一水平面上，但每把刀所形成的加工轨迹不同，行程不同。1号刀具的起点为2号刀具的 终点，1号刀具的终点为2号刀具的起点。两把刀具形成的轨迹组成一条封闭曲线。在加工 过程中，每加工完成一条封闭曲线，刀具在Z轴方向上改变一次坐标，最终形成的轨迹为等 高线。与此同时，可进行在位测量。这种方法减少了加工补偿的次数，有效地提高了加工精 度、加工效率和表面光洁度。这种方法的突出特点是采用双刀加工，通过音圈直线电机带动刀具往复运动，并 形成等高线的加工轨迹。该方法所需加工设备结构简单，方便在原有机床上改造。通过该 方法加工，可提高加工精度，并提高加工效率。
图1为本发明所需加工装置的结构组成示意图。图2为本发明所需加工装置的结构示意俯视图。图3为本发明实施例的加工轨迹示意图。图4为本发明实施例的加工轨迹示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。下面给出附图中各主要部分的代号
1.加工平台，2.工件，3.音圈电机架，4.主轴箱，5.主轴，6.夹具，7.夹具固定螺母，8.音圈电机定子，9.音圈电机动子，10.刀具，11.刀具架固定螺母。参见图1和2，将加工工件2通过夹具6固定在加工平台1上，夹具6通过夹具固 定螺母7固定在加工平台1上。在加工过程中，主轴5带动加工平台1 一起旋转，工件2也 随之转动。2把刀具10安装在音圈电机动子9上。音圈电机定子8带动刀具10作往复运 动。音圈电机架3可在Z轴方向上调整位置，同时可以相对主轴5的轴心旋转，调整位置。 刀具10随着音圈电机架3位置的改变而改变。刀具10通过刀具架固定螺母11固定在音 圈电机动子9上。以下给出加工的具体步骤首先，根据所要加工的光学元件的特点选择刀具。图3和4给出加工轨迹示意图。刀具安装好后，根据需要通过旋转编码器调整刀 具的位置，精确定位。并利用标准件进行对刀。接下来设置加工参数，主要包括主轴转速、 加工轨迹方程等。其次，根据设定好的加工参数，进行数控编程。计算2把刀具各自的加工轨迹，进 给量和加工延迟时间等，进而生成2把刀具的数控加工代码，形成由两条曲线组成的等高 线轨迹。最后，运行数控加工代码，实现对小型非球面光学元件的双刀加工，一次加工完成 后，通过接触或非接触式传感器，对被加工元件进行在位测量，对结果进行分析处理，从而 生成补偿加工程序，进行补偿加工。
权利要求
一种小型非球面光学元件的车削加工方法，其特征在于包括以下步骤1)加工装置采用两把刀具同时工作的模式，加工装置除X、Y、Z轴以外，增加刀具往复运动U轴，刀具在U轴方向的往复运动通过音圈直线电机实现；2)通过旋转编码器对2把刀具在加工车床上精确定位对刀；3)利用标准件对刀具进行精确对刀；4)设定加工参数；5)根据设计好的加工轨迹进行编程，生成数控加工代码；6)运动数控加工代码，实现2把刀具同时加工；7)利用接触式或非接触式测量传感器，对光学元件进行实时在位测量；8)对所得测量数据进行分析处理，若外形符合加工要求，则完成加工；若外形不符合加工要求，则运行补偿程序，进行补偿加工。
2.如权利要求1所述的一种小型非球面光学元件的车削加工方法，其特征在于在步骤4)中，所述加工参数包括主轴的转速、加工轨迹曲线方程。
3.如权利要求1所述的一种小型非球面光学元件的车削加工方法，其特征在于在步骤5)中，所述加工轨迹为等高线，每车一刀，2把刀具所在高度一致。
4.如权利要求1所述的一种小型非球面光学元件的车削加工方法，其特征在于在步骤 5)中，所述编程包括进给量、延迟时间。
全文摘要
一种小型非球面光学元件的车削加工方法，涉及一种小型非球面光学元件。提供一种所需加工设备结构简单，加工精度和效率较高的小型非球面光学元件的车削加工方法。加工装置采用两把刀具同时工作的模式，加工装置设X、Y、Z、U轴，刀具在U轴方向的往复运动由音圈直线电机实现；通过旋转编码器对2把刀具在加工车床上精确定位；利用标准件对刀具精确对刀；设定加工参数；根据设计好的加工轨迹进行编程，生成数控加工代码；运动数控加工代码，实现2把刀具同时加工；利用接触式或非接触式测量传感器，对光学元件进行实时在位测量；对测量数据分析处理，若外形符合加工要求，则完成加工；若外形不符合加工要求，则运行补偿程序，进行补偿加工。
文档编号B23B5/00GK101829790SQ20101014919
公开日2010年9月15日 申请日期2010年4月12日 优先权日2010年4月12日
发明者张世汉, 王哲, 郭隐彪 申请人:厦门大学