對(duì)刀方法及其真圓加工方法與菲涅爾透鏡加工方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種對(duì)刀方法，其包括：將一X方向微調(diào)平臺(tái)、一Z方向微調(diào)平臺(tái)以及一刀具安裝在一B軸上；旋轉(zhuǎn)B軸使刀尖旋轉(zhuǎn)α角度并從一第一位置移動(dòng)到一第二位置，所述第一位置與第二位置在平行于Z方向的相對(duì)距離記為y2；再旋轉(zhuǎn)B軸使刀尖旋轉(zhuǎn)α角度并從所述第二位置移動(dòng)到到一第三位置，所述第一位置與第三位置在在平行于Z方向的相對(duì)距離記為y3，108°≦α≦110°；S30，設(shè)（a，b）為刀尖在以旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)上任意一點(diǎn)為原點(diǎn)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，且a坐標(biāo)方向同X方向，b坐標(biāo)方向同Z方向，通過(guò)如下（1）式、（2）式和（3）式計(jì)算刀尖距離旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)的垂直距離r以及比較刀尖距離旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)的垂直距離r和加工半徑R，若二者不等，則通過(guò)調(diào)整坐標(biāo)（a，b），直到r和R相等。
【專(zhuān)利說(shuō)明】對(duì)刀方法及其真圓加工方法與菲涅爾透鏡加工方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超精密機(jī)械加工方法，尤其，涉及一種超精密機(jī)械加工方法的對(duì)刀方法及采用該對(duì)刀方法的真圓加工方法與菲涅爾透鏡加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超精密機(jī)械加工方法在微光學(xué)元件加工中有重要的應(yīng)用，例如采用單點(diǎn)金剛石切削加工菲涅爾透鏡。
[0003]目前，在超精密機(jī)械加工方法中，采用單點(diǎn)金剛石切削加工菲涅爾透鏡球面有擬合加工和切線(xiàn)加工兩種方法。擬合加工方法利用超精密加工機(jī)床的兩個(gè)平動(dòng)軸(X軸、Z軸)的兩軸聯(lián)動(dòng)形成圓弧插補(bǔ)切削軌跡，從而實(shí)現(xiàn)菲涅爾透鏡上球面的加工。切線(xiàn)加工方法利用超精密加工機(jī)床的兩個(gè)平動(dòng)軸(X軸、Z軸)和B軸的三軸聯(lián)動(dòng)獲得始終沿圓弧切線(xiàn)的切削軌跡，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)菲涅爾透鏡上球面的加工。
[0004]然而,在上述兩種方法中獲得的加工圓弧均為逼近圓弧,而非真實(shí)的圓弧,存在軌跡誤差；而且切線(xiàn)加工時(shí)，兩個(gè)平動(dòng)軸和B軸的運(yùn)動(dòng)誤差也會(huì)引入軌跡誤差，使得加工出的菲涅爾透鏡的球面為近似球面，導(dǎo)致雜散光的出現(xiàn)，影響菲涅爾透鏡的成像效果。而且，現(xiàn)有的真圓加工方法的對(duì)刀過(guò)程中，刀尖距離旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)的垂直距離和加工半徑之間的的誤
差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，確有必要提供一種可以有效減小誤差的對(duì)刀方法，采用該對(duì)刀方法的真圓加工方法以及采用該真圓加工方法加工菲涅爾透鏡的方法。
[0006]一種對(duì)刀方法，其包括以下步驟:
[0007]S10，將一 X方向微調(diào)平臺(tái)、一 Z方向微調(diào)平臺(tái)以及一刀具安裝在一 B軸上，其中該X方向微調(diào)平臺(tái)用于調(diào)節(jié)該刀具的刀尖在X方向的位置，該Z方向微調(diào)平臺(tái)用于調(diào)節(jié)該刀具的刀尖在Z方向的位置，且該X方向與Z方向相互垂直，該B軸用于帶動(dòng)該刀具的刀尖圍繞一旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)在一與X方向和Z方向平行的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；
[0008]S20，旋轉(zhuǎn)B軸使刀尖旋轉(zhuǎn)α角度并從一第一位置移動(dòng)到一第二位置，所述第一位置與第二位置在平行于Z方向的相對(duì)距離記為y2;再旋轉(zhuǎn)B軸使刀尖旋轉(zhuǎn)α角度并從所述第二位置移動(dòng)到到一第三位置，所述第一位置與第三位置在在平行于Z方向的相對(duì)距離記為y3，其中，108°蘭α蘭110。；
[0009]S30，設(shè)(a，b)為刀尖在以旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)上任意一點(diǎn)為原點(diǎn)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，且a坐標(biāo)方向同X方向，b坐標(biāo)方向同Z方向，通過(guò)如下(I)式、(2)式和(3)式計(jì)算刀尖距離旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)的垂直距離r:
[0010]{
【權(quán)利要求】
1.一種對(duì)刀方法，其包括以下步驟: S10，將一 X方向微調(diào)平臺(tái)、一 Z方向微調(diào)平臺(tái)以及一刀具安裝在一 B軸上，其中該X方向微調(diào)平臺(tái)用于調(diào)節(jié)該刀具的刀尖在X方向的位置，該Z方向微調(diào)平臺(tái)用于調(diào)節(jié)該刀具的刀尖在Z方向的位置，且該X方向與Z方向相互垂直，該B軸用于帶動(dòng)該刀具的刀尖圍繞一旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)在一與X方向和Z方向平行的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)； S20，旋轉(zhuǎn)B軸使刀尖旋轉(zhuǎn)α角度并從一第一位置移動(dòng)到一第二位置，所述第一位置與第二位置在平行于Z方向的相對(duì)距離記為y2;再旋轉(zhuǎn)B軸使刀尖旋轉(zhuǎn)α角度并從所述第二位置移動(dòng)到到一第三位置，所述第一位置與第三位置在在平行于Z方向的相對(duì)距離記為y3，其中，108。蘭α蘭110。； S30,設(shè)(a, b)為刀尖在以旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)上任意一點(diǎn)為原點(diǎn)坐標(biāo)系中的坐標(biāo),且a坐標(biāo)方向同X方向，b坐標(biāo)方向同Z方向，通過(guò)如下(I)式、(2)式和(3)式計(jì)算刀尖距離旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)的垂直距離r:14y2COS2(I)-^3
2.如權(quán)利要求1所述的對(duì)刀方法，其特征在于，α=109°。
3.如權(quán)利要求2所述的對(duì)刀方法，其特征在于，所述通過(guò)調(diào)整坐標(biāo)(a，b)，直到刀尖距離旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)的垂直距離r和加工半徑R相等的步驟包括: 通過(guò)X方向微調(diào)平臺(tái)和Z方向微調(diào)平臺(tái)調(diào)節(jié)該刀尖在X方向和Z方向的位置；以及 重復(fù)步驟S20和S30，并再次比較刀尖距離旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)的垂直距離r和加工半徑R。
4.如權(quán)利要求1所述的對(duì)刀方法，其特征在于，所述y2和y3的值通過(guò)圖像處理方式獲得，其包括以下步驟: 安裝一攝像頭懸空設(shè)置于所述刀具上方； 轉(zhuǎn)動(dòng)B軸使該刀尖處于第一位置，再使刀尖沿X方向和Z方向移動(dòng)一段距離到達(dá)第四位置，從而使得刀尖進(jìn)入攝像頭的視場(chǎng)范圍，其中，刀尖沿Z方向移動(dòng)的距離記為Z1 ;開(kāi)啟攝像頭對(duì)該第四位置進(jìn)行圖像采集，然后使刀尖回到第一位置； 轉(zhuǎn)動(dòng)B軸使該刀尖相對(duì)第一位置轉(zhuǎn)動(dòng)α角度到達(dá)第二位置，再使刀尖沿X方向和Z方向移動(dòng)一段距離到達(dá)第五位置，從而使得刀尖進(jìn)入攝像頭的視場(chǎng)范圍，其中，刀尖沿Z方向移動(dòng)的距離記為Z2 ;再開(kāi)啟攝像頭對(duì)該第五位置進(jìn)行圖像采集，然后再使刀尖回到第二位置；再轉(zhuǎn)動(dòng)B軸使該刀尖相對(duì)第二位置轉(zhuǎn)動(dòng)α角度到達(dá)第三位置，再使刀尖沿X方向和Z方向移動(dòng)一段距離到達(dá)第六位置，從而使得刀尖進(jìn)入攝像頭的視場(chǎng)范圍，其中，刀尖沿Z方向移動(dòng)的距離記為Z3 ;再開(kāi)啟攝像頭對(duì)該第六位置進(jìn)行圖像采集；以及 在所述第四位置、第五位置以及第六位置沿Z方向的同一側(cè)選擇一條平行于X方向的基準(zhǔn)線(xiàn)，設(shè)所述第四位置、第五位置以及第六位置與該基準(zhǔn)線(xiàn)之間沿Z方向的距離分別為pl、p2、p3,通過(guò)(4) - (6)式計(jì)算Y2和y3的值:
5.一種真圓加工方法，其包括以下步驟: 通過(guò)如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的對(duì)刀方法進(jìn)行對(duì)刀； 使刀尖進(jìn)入加工位置；以及 使刀尖隨B軸旋轉(zhuǎn)切削一待加工件。
6.一種菲涅爾透鏡的加工方法，其包括以下步驟: 通過(guò)如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的對(duì)刀方法進(jìn)行對(duì)刀； 使刀尖與一菲涅爾透鏡基底的端面中心對(duì)齊并進(jìn)入加工位置；以及 使刀尖隨B軸旋轉(zhuǎn)切削該菲涅爾透鏡基底。
7.如權(quán)利要求6所述的菲涅爾透鏡的加工方法，其特征在于，所述刀具具有一圓弧刃和一直線(xiàn)刃，其中，該圓弧刃用來(lái)加工菲涅爾透鏡的圓弧輪廓，該直線(xiàn)刃用來(lái)加工菲涅爾透鏡的直線(xiàn)輪廓，所述圓弧刃的圓弧半徑小于菲涅爾透鏡的圓弧輪廓半徑。
8.一種菲涅爾透鏡的加工方法，其包括以下步驟: 通過(guò)如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的對(duì)刀方法進(jìn)行對(duì)刀； 使刀尖進(jìn)入加工位置并與一菲涅爾透鏡模具基底的端面中心對(duì)齊； 使刀尖隨B軸旋轉(zhuǎn)切削該菲涅爾透鏡模具基底得到一菲涅爾透鏡模具；以及 采用該菲涅爾透鏡模具注模。
9.如權(quán)利要求8所述的菲涅爾透鏡的加工方法，其特征在于，所述刀具具有一圓弧刃和一直線(xiàn)刃，其中，該圓弧刃用來(lái)加工菲涅爾透鏡模具的圓弧輪廓，該直線(xiàn)刃用來(lái)加工菲涅爾透鏡模具的直線(xiàn)輪廓，所述圓弧刃的圓弧半徑小于菲涅爾透鏡模具的圓弧輪廓半徑。
10.如權(quán)利要求8所述的菲涅爾透鏡的加工方法，其特征在于，所述刀具的安裝角度β角要大于Y角，其中，所述β角為刀具直線(xiàn)刃與菲涅爾透鏡模具的第一個(gè)圓弧的加工起點(diǎn)處所在半徑之間形成的角度，所述Y角為菲涅爾透鏡模具的最后一個(gè)圓弧的加工起點(diǎn)處所在半徑與其對(duì)應(yīng)的直線(xiàn)輪廓之間形成的角度。
【文檔編號(hào)】C03B33/04GK103522348SQ201310492135
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】李勇, 高興, 李朝將, 楊錦榮 申請(qǐng)人:清華大學(xué)