专利名称：直轴非球面镜面加工系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种超精密加工系统及方法，特别涉及一种直轴非球面镜面加工系统及方法
背景技术：
随着科技的进步，超精密加工仪器亦不断创新。工厂虽已经有了精密及自动化机械，也 需要相对应的加工仪器以及正确的加工技术，高精度的产品制造才能达成。
非球面光学零件是一种非常重要的光学零件，常用的有抛物面镜、双曲面镜、椭球面镜 等。非球面光学零件可以获得球面光学零件无可比拟的良好的成像质量，在光学系统中能够 很好的矫正多种像差，改善成像质量，提高系统鉴别能力，它能以一个或几个非球面零件代 替多个球面零件，从而简化仪器结构，降低成本并有效的减轻仪器重量。
近些年来，出现了许多种新的非球面超精密加工技术，主要有计算机数控单点金刚石 车削技术、计算机数控磨削技术、计算机数控离子束成形技术、计算机数控超精密抛光技术 和非球面复印技术等，这些加工方法，基本上解决了各种非球面镜加工中所存在的问题。前 四种方法运用了数控技术，均具有加工精度较高，效率高等特点，适于批量生产。
目前，超精密加工是指加工精度为1 0. 1 ym，表面粗糙度为RaO. 1 0. 01 ym的加工技术 ，但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的超精密加工可能就是明天的一般加 工。超精密加工所要解决的问题， 一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况，有 时有无表面缺陷也是这一问题的核心；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度， 却难以取得高的加工效率。超精密加工应该包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技 术。
超精密加工的加工方法可分为直轴加工及斜轴加工，直轴加工是指刀具的主轴与工件水 平面垂直，斜轴加工是指刀具的主轴倾斜于工件工件水平面。
然而，传统的超精密加工人为参与过多，导致加工出来的模具精密不高且加工效率低。 而且，由于工艺的限制，斜轴加工只适用于加工小型工件，而且加工工件的刚性不够。
因此，有必要提供一种直轴非球面镜面加工系统及方法，其可自动控制精密加工设备的 刀具对大型工件进行直轴非球面镜面精密加工，且加工刚性好，效率高。
发明内容
4鉴于以上内容，有必要提供一种直轴非球面镜面加工系统，其可自动控制精密加工设备 的刀具对大型工件进行直轴非球面镜面精密加工，且加工工件的精度性高、刚性好及效率高
此外，还有必要提供一种直轴非球面镜面加工方法，其可自动控制精密加工设备的刀具 对大型工件进行直轴非球面镜面精密加工，且加工工件的精度性高、刚性好及效率高。
一种直轴非球面镜面加工系统，其可控制精密加工设备的刀具在与待加工工件垂直的方 向上对工件进行直轴非球面镜面加工，该系统包括加工轨迹设计模块，用于根据需求设计 出工件的加工轨迹曲线；加工参数设置模块，用于设置刀具半径及刀具加工参数；加工轨迹 计算模块，用于根据所设计的工件的加工轨迹曲线计算直轴加工的刀具轨迹坐标；加工代码 生成模块，用于根据所述的刀具轨迹坐标生成相应的加工代码；及加工轨迹显示模块，用于 执行所述的加工代码，显示刀具直轴加工轨迹，依此刀具直轴加工轨迹可对工件进行直轴非 球面镜面加工。
一种直轴非球面镜面加工方法，其可控制精密加工设备的刀具在与待加工工件垂直的方 向上对工件进行直轴非球面镜面加工，该方法包括如下步骤根据需求设计出工件的加工轨 迹曲线；设置刀具半径及刀具加工参数；根据所设计的工件的加工轨迹曲线计算加工过程中 的刀具轨迹坐标；根据所述的刀具轨迹坐标生成相应的加工代码；及执行所述的加工代码， 显示刀具加工轨迹，依此刀具加工轨迹可对工件进行直轴非球面镜面加工。
相较于现有技术，所述的直轴非球面镜面加工系统及方法可自动控制精密加工设备的刀 具在与工件垂直的方向上对工件进行直轴非球面镜面精密加工，并提高加工工件的精度性。
图1是本发明直轴非球面镜面加工系统Y-Z平面刀具加工示意图。 图2是本发明直轴非球面镜面加工系统X-Z平面刀具加工示意图。 图3是本发明直轴非球面镜面加工系统功能模块图。 图4是本发明直轴非球面镜面加工方法的较佳实施例的流程图。
具体实施例方式
如图1所示，是本发明直轴非球面镜面加工系统Y-Z平面刀具加工示意图。该直轴非球面 镜面加工系统运行于精密加工设备的计算机控制系统上或相应的数字控制设备上，用于控制 精密加工设备的刀具2的加工轨迹，以达到进一步在与工件垂直的方向上对工件l进行直轴非 球面镜面加工的目的。所述的工件l一般是超硬合金材料的金属工件，所述刀具2是一种精密 加工设备中对工件l进行超精密加工的钻石砂轮刀具。如图所示，DE为工件1的中轴线，PQ为刀具2的中轴线，G点为刀具加工过程中刀具2与工件l的切点，O点为刀具加工部分的中心点 ，OG为刀具加工半径，且线段OG垂直于该G点处加工曲面切线。在刀具直轴非球面镜面加工 过程中，所述的工件1以其中轴线DE为轴进行转动，所述的刀具2以其中轴线PQ为轴转动进而 对工件l进行精密加工，同时该刀具2须与工件1在Y-Z轴方向上垂直，也即所述的线段OG须与 刀具2的中轴线PQ垂直，以实现直轴加工。本发明直轴非球面镜面加工系统X-Z平面刀具加工 示意图如图2所示。
如图3所示，是本发明直轴非球面镜面加工系统功能模块图。该直轴非球面镜面加工系 统10主要包括加工轨迹设计模块11，加工参数设置模块12，曲线加圆处理模块13，补偿加工 模块14，加工轨迹计算模块15，加工代码生成模块16及加工轨迹显示模块17。
所述的加工轨迹设计模块ll用于根据需求设计出待加工工件l的加工轨迹曲线。在本实 施例中，所述待加工工件1的加工轨迹曲线在XZ轴坐标上可用公式表示为
其中，R、 K、 Ai为非球面形状定义参数，用于控制及调整待加工的工件l加工轨迹曲线
所述的加工参数设置模块12用于设置刀具半径及刀具加工参数。所述的刀具加工参数包 括刀具运行速度，切割深度，切割速度等。
所述的曲线加圆处理模块13用于判断是否需要对待加工工件1的加工轨迹曲线进行加圆 处理，及用于当需要进行加圆处理时，对待加工工件l的加工轨迹曲线进行加圆处理。
所述的补偿加工模块14用于判断是否需要补偿加工，及当需要补偿加工时，导入补偿加 工数据对所设计的待加工工件l的加工轨迹曲线进行补偿处理。
所述的加工轨迹计算模块15用于根据加工轨迹设计模块11所设计的待加工工件1的加工 轨迹曲线计算直轴加工的刀具轨迹坐标。所述的直轴加工的刀具轨迹上每个点的坐标到该点 处刀具2与工件1的切点的距离都等于刀具加工半径0G。
所述的加工代码生成模块16用于根据所述的刀具轨迹坐标生成相应的加工代码。
所述的加工轨迹显示模块17用于执行所述的加工代码，显示刀具直轴加工轨迹，依此刀 具直轴加工轨迹可对工件进行直轴非球面镜面加工。
如图4所示，是本发明直轴非球面镜面加工方法的较佳实施例的流程图。首先，步骤 Sll，加工轨迹设计模块ll根据需求设计出待加工工件l的加工轨迹曲线。在本实施例中，所 述待加工工件1的加工轨迹曲线在XZ轴坐标上可用公式表示为<formula>formula see original document page 7</formula>
其中，R、 K、 Ai为非球面形状定义参数，用于控制及调整待加工的工件l加工轨迹曲线
步骤S12，加工参数设置模块12设置刀具半径及刀具加工参数。所述的刀具加工参数包 括刀具运行速度，切割深度，切割速度等。
步骤S13，曲线加圆处理模块13判断是否需要对待加工工件1的加工轨迹曲线进行加圆处理。
步骤S14，当需要进行加圆处理时，曲线加圆处理模块13对待加工工件1的加工轨迹曲线 进行加圆处理。
步骤S15，补偿加工模块14判断是否需要补偿加工数据。
步骤S16，当需要补偿加工数据时，补偿加工模块14导入补偿加工数据对所设计的待加 工工件l的加工轨迹曲线进行补偿处理。
步骤S17，加工轨迹计算模块15根据所设计的待加工工件1的加工轨迹曲线计算直轴加工 的刀具轨迹坐标。所述的直轴加工的刀具轨迹上每个点的坐标到该点处刀具2与工件1的切点 的距离都等于刀具加工半径OG。
步骤S18，加工代码生成模块16根据所述的刀具轨迹坐标生成相应的加工代码。
步骤S19，加工轨迹显示模块17执行所述的加工代码，显示刀具直轴加工轨迹，依此刀 具直轴加工轨迹可对工件进行直轴非球面镜面加工。
在步骤S13中，若不需要对待加工工件l的加工轨迹曲线进行加圆处理时，则转到步骤 S15进行执行。
在步骤S15中，若不需要需要补偿加工时，则转到步骤S17进行执行。
权利要求
权利要求1一种直轴非球面镜面加工系统，其可控制精密加工设备的刀具在与待加工工件垂直的方向上对工件进行直轴非球面镜面加工，其特征在于，该系统包括加工轨迹设计模块，用于根据需求设计出工件的加工轨迹曲线；加工参数设置模块，用于设置刀具半径及刀具加工参数；加工轨迹计算模块，用于根据所设计的工件的加工轨迹曲线计算直轴加工的刀具轨迹坐标；加工代码生成模块，用于根据所述的刀具轨迹坐标生成相应的加工代码；及加工轨迹显示模块，用于执行所述的加工代码，显示刀具直轴加工轨迹，依此刀具直轴加工轨迹可对工件进行直轴非球面镜面加工。
2.如权利要求l所述的直轴非球面镜面加工系统，其特征在于，该系 统还包括曲线加圆处理模块，用于判断是否需要对工件的加工轨迹曲线进行加圆处理，及当 需要进行加圆处理时，对工件的加工轨迹曲线进行加圆处理。
3.如权利要求l所述的直轴非球面镜面加工系统，其特征在于，该系 统还包括补偿加工模块，用于判断是否需要补偿加工，及当需要补偿加工时，导入补偿加工 数据对所设计的工件的加工轨迹曲线进行补偿处理。
4.如权利要求l所述的直轴非球面镜面加工系统，其特征在于，所述 的刀具加工参数包括刀具运行速度、切割深度及切割速度。
5.一种直轴非球面镜面加工方法，其可控制精密加工设备的刀具在 与待加工工件垂直的方向上对工件进行直轴非球面镜面加工，其特征在于，该方法包括如下 步骤根据需求设计出工件的加工轨迹曲线； 设置刀具半径及刀具加工参数；根据所设计的工件的加工轨迹曲线计算直轴加工的刀具轨迹坐标； 根据所述的刀具轨迹坐标生成相应的加工代码；及执行所述的加工代码，显示刀具直轴加工轨迹，依此刀具直轴加工轨迹可对工件进行 直轴非球面镜面加工。
6.如权利要求5所述的直轴非球面镜面加工方法，其特征在于，在根 据加工轨迹曲线计算直轴加工的刀具轨迹坐标的步骤之前还包括 判断是否需要对工件的加工轨迹曲线进行加圆处理； 当需要进行加圆处理时，对工件的加工轨迹曲线进行加圆处理。
7.如权利要求5所述的直轴非球面镜面加工方法，其特征在于，在根 据加工轨迹曲线计算直轴加工的刀具轨迹坐标的步骤之前还包括 判断是否需要补偿加工；若需要补偿加工，则导入补偿加工数据对所设计的工件的加工轨迹曲线进行补偿处理
8.如权利要求5所述的直轴非球面镜面加工方法，其特征在于，所述 的刀具加工参数包括刀具运行速度、切割深度及切割速度。
全文摘要
本发明提供一种直轴非球面镜面加工方法，该方法包括如下步骤根据需求设计出工件的加工轨迹曲线；设置刀具半径及刀具加工参数；根据所设计的工件的加工轨迹曲线计算直轴加工的刀具轨迹坐标；根据所述的刀具轨迹坐标生成相应的加工代码；及执行所述的加工代码，显示刀具直轴加工轨迹，依此刀具直轴加工轨迹可对工件进行直轴非球面镜面加工。本发明还提供一种直轴非球面镜面加工系统。利用本发明可自动控制精密加工设备的刀具对大型工件进行直轴非球面镜面精密加工。
文档编号G05B19/18GK101424934SQ200710202368
公开日2009年5月6日 申请日期2007年11月2日 优先权日2007年11月2日
发明者庆 刘, 李军旗, 欧阳渺安 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司