[發明專利]一種小型非球面光學元件的車削加工方法

有效

• 申請號: 201010149197.7
• 申請日: 2010-04-12
• 公開（公告）號: CN101829790A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 郭隱彪;王哲;張世漢
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B23B5/00
• 分類號: B23B5/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種小型非球面光學元件，尤其是涉及一種采用兩把刀具同時工作且加工軌跡為等高線的車削加工方法。

背景技術

隨著光機電一體化的發展，在攝像機、小型CD唱機等家電產品和以激光打印機、復印機為代表的各種辦公室自動化儀器中，使用許多光學元件，這些光學元件的非球面化正在迅速發展。它們由傳統的球面透鏡改變成非球面鏡，從光學設計的角度來看，這意味著可以減少透鏡數量。現代鏡片在設計中不斷的革新，創造了新型的″非球面″設計。非球面鏡片的曲面不在是一個同一的曲率，即不在是一個球面。可以使鏡片更薄，減少邊緣像差。使配戴更舒適，外表更美觀。現在的球面鏡片都采用低曲率的形式，鏡片平坦，美觀但像差很大，高屈光度配戴感覺邊緣扭曲明顯。非球面技術最早是應用于映像設備，以減小像差，改善成像質量，還可以減輕設備的重量。目前，市場上高檔的照相機鏡頭大多使用非球面鏡片。為改善眼鏡鏡片的性能，減小鏡片邊緣像差，以改善球面鏡片邊緣視物變形、扭曲的現象，將非球面技術引入眼鏡鏡片的設計中，不僅改善了成像質量，而且使鏡片更輕、更薄、更美觀。

近10年來，非球面鏡的加工技術有了相當大的改進。常見的方法有：超精密切削加工、超精密磨削加工、超精密研磨與拋光等傳統加工方法，以及激光加工、電子束微細加工、ELID鏡面磨削加工、磁流變拋光加工等特種加工方法。

本申請人在公告號為CN101125411的發明專利中提供一種采用普通金剛石圓弧砂輪的3軸兩聯動的非軸對稱非球面光學元件的平行磨削方法。選擇加工方式，設定加工參數，利用非軸對稱非球面表面方程計算工件表面點軌跡G；結合圓弧砂輪參數計算出磨床3軸聯動砂輪中心點軌跡O；對O的各列z坐標值取平均值得z坐標值平均值z₀′，將O變為O′；建立非線性方程組，以x_g，z_g為初值，采用Guass-Newton迭代算法，利用x₀，z₀′反求得到工件表面點x_g′坐標和z_g′坐標；代入非軸對稱非球面表面方程算出工件表面點軌跡G′；結合圓弧砂輪參數計算出3軸兩聯動砂輪中心點軌跡O₁。

公告號為CN1785560的發明專利中提供一種非球面光學元件的加工技術，主要用于硒化鋅和硫化鋅非球面光學元件的加工。其主要技術特征是：用計算機數控車床及金剛石圓弧刀具對硒化鋅和硫化鋅進行切削加工，采用新工藝流程：吸附夾具的設計制造、元件半精加工、元件精加工、檢測面型、精修面型等。該發明從根本上克服了用傳統拋光工藝方法加工硒化鋅和硫化鋅非球面光學元件存在效率低、成本高、尺寸和面型精度難以保證的缺陷。達到了能夠批量生產、質量穩定、效率顯著提高的預期效果。

公告號為CN1785559的發明專利中提供一種非球面光學元件的加工技術，主要用于鍺單晶非球面光學元件的加工。其主要技術特征是：用計算機數控車床及金剛石圓弧刀具對鍺單晶進行切削加工，采用工藝流程：A下料；B粗磨；C吸附夾具的設計制造；D元件半精加工；E元件精加工；F檢測面型；G精修面型等，以及選擇了合理的工藝參數。該發明從根本上克服了用傳統拋光工藝方法加工鍺單晶非球面光學元件存在效率低、成本高、尺寸和面型精度難以保證的缺陷。達到了能夠批量生產、質量穩定、效率顯著提高的預期效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種所需加工設備結構簡單，加工精度和效率較高的小型非球面光學元件的車削加工方法。

本發明包括以下步驟：

1)加工裝置采用兩把刀具同時工作的模式，加工裝置除X、Y、Z軸以外，增加刀具往復運動U軸，刀具在U軸方向的往復運動通過音圈直線電機實現；

2)通過旋轉編碼器對2把刀具在加工車床上精確定位對刀；

3)利用標準件對刀具進行精確對刀；

4)設定加工參數；

5)根據設計好的加工軌跡進行編程，生成數控加工代碼；

6)運動數控加工代碼，實現2把刀具同時加工；

7)利用接觸式或非接觸式測量傳感器，對光學元件進行實時在位測量；

8)對所得測量數據進行分析處理，若外形符合加工要求，則完成加工；若外形不符合加工要求，則運行補償程序，進行補償加工。

在步驟4)中，所述加工參數主要包括主軸的轉速、加工軌跡曲線方程等。

在步驟5)中，所述加工軌跡為等高線，每車一刀，2把刀具所在高度一致；所述編程包括進給量、延遲時間等。