[發明專利]一種映射到柱面上的復雜微特征球冠面車削軌跡生成方法

有效

• 申請號: 202110310111.2
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113050538B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 冀世軍;李京瑾;趙繼;寧培惺;胡志清;代漢達;王曉暉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

本發明涉及一種映射到柱面上的復雜微特征球冠面車削軌跡生成方法，屬于機械數控加工領域。在空間直角坐標系下建立微特征球冠向柱面映射的模型，根據設定的徑向球冠分布個數劃分出球冠處柱面分布角度和非球冠處柱面分布角度，將柱面按照軸向螺距刻度和徑向角度所分份數劃分，推導非球冠處和球冠處柱面螺旋軌跡生成表達式生成刀觸點軌跡，選取刀具半徑對刀觸點進行刀具半徑補償生成刀位點軌跡，最終將刀位點坐標輸出生成數控機床加工NC代碼用于實際加工。優點是該軌跡生成方法可一次成型加工柱面微特征結構，無需再進行磨拋，對于旋轉體和非旋轉體都適用，加工效率高，實用性好，便于推廣。

技術領域

本發明涉及機械數控加工領域，具體涉及一種復雜微特征球冠非旋轉體柱面車削螺旋刀具軌跡生成方法。

背景技術

微特征結構一直以來都是國內外研究的熱點，微特征透鏡廣泛應用于光學領域，可用于光信息處理、光互連、圖像掃描、干涉儀等。目前微特征透鏡的加工方法主要有精密車削和研磨拋光法、化學腐蝕法以及模壓成型法，精密加工對加工設備的精度要求較高，而且此類方法的加工設備成本很高，并且加工效率較低，不適合批量生產。化學腐蝕則不容易控制腐蝕速度，且制造精度較低，加工出的微特征透鏡表面不夠光滑。模壓成型法是用模具對熔融狀態下的玻璃毛坯進行加壓成型，需要高精度的壓型模具，控制溫度進行加壓成型。

柱狀的壓型模具設計復雜，加工工序復雜，加工成本較高，目前微特征柱面結構的加工方法大多集中在精密車削、拋光、光刻蝕、激光加工等，可加工柱面上的局部微特征結構、簡單微特征結構和旋轉體微特征結構，對于復雜非旋轉體的柱狀微特征結構的加工還較為困難。如申請號為CN201810020688.8的專利中對柱面微特征為旋轉體結構進行了軌跡規劃，這種方法通過旋轉微特征的母線得到柱面結構，但這種方法并不適用于非旋轉體結構的微特征，存在局限性；申請號為CN201520848734.5的專利中為降低光學元件的偏心現象的影響設計了一種加工裝置，但需要進行二次磨邊，不能夠一次成型；申請號為CN202011007335.8的專利中通過控制激光發射裝置將激光光斑照射至待加工的工件表面進行加工，該加工方法只是在零件表面上局部加工，而不是對整個零件的完整加工，不能夠保證整體的面型精度。

為了滿足對復雜非旋轉體柱面微特征結構的一次性成型加工的需求，使得柱面加工不再局限于單一旋轉體或簡單微結構，同時能夠一次成型無需進行別的工序，便于對柱狀的壓型模具進行加工，進而高效率生產微特征透鏡，需提出一種映射到柱面上的復雜微特征球冠面車削軌跡生成方法。

發明內容

本發明提供一種映射到柱面上的復雜微特征球冠面車削軌跡生成方法，以解決現有技術無法高效率一次性加工出復雜的非旋轉體柱面微特征結構的問題。

本發明采取的技術方案是：包括下列步驟：

(1)在空間直角坐標系下建立柱面球冠的模型，選擇圓柱軸線為X軸，根據螺旋軌跡的螺距對X軸進行刻度劃分，同時對徑向角度進行劃分；

(2)根據設定的徑向球冠分布個數劃分出球冠處柱面分布角度和非球冠處柱面分布角度；

(3)推導圓柱面生成表達式，將柱面軸向按照螺距刻度劃分，根據非微特征球冠處柱面分布角度按照徑向所分份數生成非微特柱面刀觸點軌跡；

(4)推導柱面球冠表達式，將柱面軸向按照螺距刻度劃分，根據微特征球冠處柱面分布角度按照徑向所分份數生成微特征球冠處柱面刀觸點軌跡；

(5)選取刀具半徑，根據刀具半徑補償公式對刀觸點進行刀具半徑補償生成刀位點軌跡；

(6)將刀位點坐標輸出生成數控機床加工NC代碼。