[發(fā)明專利]一種三維橢圓振動切削光學(xué)自由曲面加工路徑生成方法

無效

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• 申請日: 2012-11-08
• 公開（公告）號: CN102921966A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林潔瓊;李迎春;盧明明
• 申請（專利權(quán)）人: 長春工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B23B1/00
• 分類號: B23B1/00
• 代理公司: 長春市四環(huán)專利事務(wù)所 22103
• 代理人: 張建成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超精密切削和難加工材料切削技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種三維橢圓振動切削光學(xué)自由曲面加工路徑生成方法。

技術(shù)背景

近年來，有復(fù)雜幾何特征的難加工材料如陶瓷、玻璃等的功能表面在工程光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、半導(dǎo)體產(chǎn)品等重要的民用和國防領(lǐng)域有著日益增加的應(yīng)用需求。例如，復(fù)眼透鏡、顯微透鏡、菲涅爾透鏡、非球面鏡、變焦距透鏡等。然而，多數(shù)光學(xué)晶體材料及陶瓷材料具有脆硬性、斷裂強度接近于屈服強度及各向異性等特點，使得常規(guī)加工方法獲得的加工表面易產(chǎn)生裂紋和凹坑等缺陷。因此，如何實現(xiàn)難加工材料的高效加工，已成為一項亟待解決的難題。三維橢圓振動切削已被證明可以有效的降低切削力、減少切削熱、改善加工精度和表面質(zhì)量、減少刀具磨損等諸多優(yōu)點，被廣泛認(rèn)為是一種極具發(fā)展前途的常規(guī)金剛石切削替代方法。然而目前學(xué)術(shù)界對三維橢圓振動金剛石切削的研究還不深入，國內(nèi)外未見有文獻報道利用三維橢圓振動切削光學(xué)自由曲面的刀具路徑軌跡規(guī)劃方法，限制了人們利用三維橢圓振動切削難加工材料的光學(xué)自由曲面?；诖?，本發(fā)明研究了一種三維橢圓振動切削光學(xué)自由曲面的刀具路徑生成方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種三維橢圓振動切削光學(xué)自由曲面刀具路徑生成方法，本發(fā)明利用三軸機床及三維橢圓振動發(fā)生裝置實現(xiàn)難加工材料光學(xué)自由曲面的超精密加工。

為此本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

本發(fā)明用在三軸金剛石超精密機床和橢圓振動發(fā)生裝置上，其中機床主軸能夠做回轉(zhuǎn)運動，工作臺可以做X向和Z向運動，同時金剛石刀具通過本課題組研發(fā)的橢圓發(fā)生裝置做三維橢圓運動，該刀具路徑軌跡生成方法包括下列步驟：

(1)?建立工件笛卡爾坐標(biāo)系，得出工件笛卡爾坐標(biāo)系和柱坐標(biāo)系下的預(yù)先設(shè)計的自由光學(xué)曲面S的表達式；

(2)?根據(jù)刀位點P_L^(i,j)的轉(zhuǎn)角坐標(biāo)和徑向坐標(biāo)，確定刀位點P_L^(i,j)的x_i,j^(L)和y_i,j^(L)坐標(biāo)值；

(3)?求解加入橢圓y向位移和x向位移后的新的刀具刀位點P_L2^(i,j)的x_i,j^(L2)和y_i,j^(L2)坐標(biāo)值；

(4)?根據(jù)刀位點P_L2^(i,j)的x_i,j^(L2)和y_i,j^(L2)坐標(biāo)值，求解刀位點P_L2^(i,j)的z坐標(biāo)值z_i,j^(L2)；

(5)?求解加入橢圓z向位移后的新的刀具刀位點P_L3^(i,j)的z坐標(biāo)值y_i,j^(L3)；

(6)?按照(1)到(5)的步驟，進行加工運動，遍歷自由曲面上的加工點，最終生成加工路徑。

上述的三維橢圓振動切削光學(xué)自由曲面刀具路徑生成方法中的步驟（4）最好采用如下的步驟：

(a)?根據(jù)新的刀位點P_L2^(i,j)的前刀面在o_w-x_wz_w平面的投影是直線P_L2^(i,j)M列方程(圖2)；

(b)?根據(jù)刀觸點P_C^(i,j)在目標(biāo)曲面S上列方程；

(c)?根據(jù)刀觸點P_C^(i,j)到刀位點P_L2^(i,j)（即刀具中心）的距離為刀尖圓弧半徑的長度列方程，同時此方程也是對加工點進行刀刃圓弧半徑補償；

(d)?根據(jù)刀位點P_L2^(i,j)在前刀面與目標(biāo)曲面交線的法面上列方程；

(e)?對(a)到(d)所列方程進行聯(lián)立求解，即可求得刀位點P_L2^(i,j)的z軸坐標(biāo)以及刀觸點P_C^(i,j)坐標(biāo)。