[發明專利]一種可降低行程的離子束加工方法

有效

• 申請號: 201410029914.0
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103771729A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 戴一帆;周林;李圣怡;解旭輝;廖文林;史寶魯
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: C03C19/00
• 分類號: C03C19/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪;周長清

技術領域

本發明主要涉及到光學加工領域，特指一種適用于大口徑光學零件的離子束加工方法。

背景技術

離子束修形加工是應用于光學零件確定性加工的一種新技術。離子束修形是在真空環境中，應用離子源發射的離子束轟擊光學鏡面，利用離子轟擊產生的物理濺射效應去除光學零件表面的材料。離子束修形具有納米量級的加工精度，是高確定性、高穩定性和非接觸的加工方式。離子束修形克服了傳統方法修形加工過程中的邊緣效應、刀具磨損和壓力負載等缺點。離子束修形適宜于加工高精度、非球面、異型、薄型等難加工光學零件。

目前，離子束加工光學零件有兩種加工方式，五軸加工方式（如圖1所示）和三軸加工方式（如圖2所示）。采用五軸加工方式時，在加工過程中需要使離子束2垂直入射工件1（如光學曲面），入射角始終是0°。這種加工方式下，離子源3相對工件需要五個運動自由度，即調整位置的X、Y和Z三個線性運動自由度和調整姿態的A和B兩個旋轉自由度。采用三軸加工方式時，在加工過程中離子束2的姿態保持不變，離子束2始終平行于工件1的軸線。這種加工方式下，離子源3相對工件僅需要三個運動自由度，即調整位置的X、Y和Z三個線性運動自由度。

相應的，離子束加工設備也可分為兩類，三軸加工設備和五軸加工設備。三軸加工設備僅有X、Y和Z三個線性運動軸，僅能進行三軸加工。五軸加工設備除了具有X、Y和Z三個線性軸之外，還具有A和B兩個旋轉軸。利用五軸加工設備，即可以進行五軸加工，也可進行三軸加工。可見，五軸加工設備通用性更好。

在離子束加工工藝中，尤其是加工大口徑的光學零件時，所需的X軸和Y軸行程較大，當所需的行程超過機床的運動行程時，離子束將無法轟擊到所要的加工點，因此將無法進行有效加工。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種原理簡單、易實現、適用范圍廣、尤其適應較大尺寸光學零件的可降低行程的離子束加工方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種可降低行程的離子束加工方法，基于五軸加工設備，當加工所需的X軸和Y軸行程大于機床行程時，擺動A和B兩個旋轉軸來移動離子束加工點，利用極限行程進行加工，同時對旋轉軸和Z軸運動坐標進行修正，并對駐留時間進行修正。

作為本發明的進一步改進：本發明具體步驟為：

（1）建立加工路徑；根據待加工光學元件的形狀和尺寸建立離子束修形加工路徑；其中，設拋光路徑上第i點P_i在工件坐標系的坐標為xwiywi;]]>

（2）計算加工路徑上各點的駐留時間和機床運動坐標；

（3）修正機床運動坐標；

（4）數控修形加工：根據步驟（3）計算得到的加工點機床運動坐標，對待加工光學元件的光學表面進行數控修形加工。

作為本發明的進一步改進：所述步驟（2）的具體步驟為：

（2.1）計算加工路徑上各點P_i處的加工駐留時間

（2.2）計算加工路徑上各點P_i處的機床運動坐標：