一种可降低行程的离子束加工方法
【专利摘要】本发明公开了一种可降低行程的离子束加工方法，基于五轴加工设备，当加工所需的X轴和Y轴行程大于机床行程时，摆动A和B两个旋转轴来移动离子束加工点，利用极限行程进行加工，同时对旋转轴和Z轴运动坐标进行修正，并对驻留时间进行修正。本发明具有原理简单、易实现、适用范围广、尤其适应较大尺寸光学零件等优点。
【专利说明】一种可降低行程的离子束加工方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及到光学加工领域，特指一种适用于大口径光学零件的离子束加工方法。
【背景技术】
[0002]离子束修形加工是应用于光学零件确定性加工的一种新技术。离子束修形是在真空环境中，应用离子源发射的离子束轰击光学镜面，利用离子轰击产生的物理溅射效应去除光学零件表面的材料。离子束修形具有纳米量级的加工精度，是高确定性、高稳定性和非接触的加工方式。离子束修形克服了传统方法修形加工过程中的边缘效应、刀具磨损和压力负载等缺点。离子束修形适宜于加工高精度、非球面、异型、薄型等难加工光学零件。
[0003]目前，离子束加工光学零件有两种加工方式，五轴加工方式(如图1所示)和三轴加工方式(如图2所示)。采用五轴加工方式时，在加工过程中需要使离子束2垂直入射工件I(如光学曲面)，入射角始终是0°。这种加工方式下，离子源3相对工件需要五个运动自由度，即调整位置的X、Y和Z三个线性运动自由度和调整姿态的A和B两个旋转自由度。采用三轴加工方式时，在加工过程中离子束2的姿态保持不变，离子束2始终平行于工件I的轴线。这种加工方式下，离子源3相对工件仅需要三个运动自由度，即调整位置的X、Y和Z三个线性运动自由度。
[0004]相应的，离子束加工设备也可分为两类，三轴加工设备和五轴加工设备。三轴加工设备仅有X、Y和Z三个线性运动轴，仅能进行三轴加工。五轴加工设备除了具有X、Y和Z三个线性轴之外，还具有A和B两个旋转轴。利用五轴加工设备，即可以进行五轴加工，也可进行三轴加工。可见，五轴加工设备通用性更好。
[0005]在离子束加工工艺中，尤其是加工大口径的光学零件时，所需的X轴和Y轴行程较大，当所需的行程超过机床的运动行程时，离子束将无法轰击到所要的加工点，因此将无法进行有效加工。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、易实现、适用范围广、尤其适应较大尺寸光学零件的可降低行程的离子束加工方法。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
[0008]一种可降低行程的离子束加工方法，基于五轴加工设备，当加工所需的X轴和Y轴行程大于机床行程时，摆动A和B两个旋转轴来移动离子束加工点，利用极限行程进行加工，同时对旋转轴和Z轴运动坐标进行修正，并对驻留时间进行修正。
[0009]作为本发明的进一步改进:本发明具体步骤为:
[0010](1)建立加工路径；根据待加工光学元件的形状和尺寸建立离子束修形加工路径；其中，设抛光路径上第i点Pi在工件坐标系的坐标为v；)；[0011](2)计算加工路径上各点的驻留时间和机床运动坐标；
[0012](3)修正机床运动坐标；
[0013](4)数控修形加工:根据步骤(3)计算得到的加工点机床运动坐标，对待加工光学元件的光学表面进行数控修形加工。
[0014]作为本发明的进一步改进:所述步骤(2)的具体步骤为:
[0015](2.1)计算加工路径上各点Pi处的加工驻留时间L
[0016](2.2)计算加工路径上各点Pi处的机床运动坐标:
[0017](χ； V* ζ；《βι?)\
[0018]计算公式为:
【权利要求】
1.一种可降低行程的离子束加工方法，其特征在于，基于五轴加工设备，当加工所需的X轴和Y轴行程大于机床行程时，摆动A和B两个旋转轴来移动离子束加工点，利用极限行程进行加工，同时对旋转轴和Z轴运动坐标进行修正，并对驻留时间进行修正。
2.根据权利要求1所述的可降低行程的离子束加工方法，其特征在于，具体步骤为:(O建立加工路径；根据待加工光学元件的形状和尺寸建立离子束修形加工路径；其中，设抛光路径上第i点Pi在工件坐标系的坐标为卜:V:)； (2)计算加工路径上各点的驻留时间和机床运动坐标； (3)修正机床运动坐标； (4)数控修形加工:根据步骤(3)计算得到的加工点机床运动坐标，对待加工光学元件的光学表面进行数控修形加工。
3.根据权利要求2所述的可降低行程的离子束加工方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体步骤为: (2.1)计算加工路径上各点Pi处的加工驻留时间T (2.2)计算加工路径上各点Pi处的机床运动坐标: (? To zO 汉O β?); 计算公式为:
4.根据权利要求3所述的可降低行程的离子束加工方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体步骤为: (3.1)设置X轴和Y轴的运动范围:设置X轴的运动范围为X1 Sx≤Χ2，X为X轴的实际运动位置；设置Y轴的运动范围为Y1≤y≤Y2，y为Y轴的实际运动位置； (3.2)限制X轴和Y轴的运动范围； 当计算所得的X轴和Y轴的运动位移4或W超过设置的运动范围时，加工中取设置的最大值或最小值；具体为:
5.根据权利要求4所述的可降低行程的离子束加工方法，其特征在于，在步骤(3)与步骤(4)之间还进行修正驻留时间，具体步骤为: (4.1)计算加工入射角； 当计算所得的X轴和Y轴的运动位移&或超过设置的运动范围时，入射方向与法线存在一个夹角，即入射角Φ? ;根据几何关系，入射角Φ?由下式计算:φ? = cos'"11 cos(α,.-α'η)cos(β; -β'η)CD (4.2)对驻留时间<进行修正； 根据入射角Φ?，确定材料去除率系数或溅射产额Jli, ITi=Y(Cti); 利用系数Hi对驻留时间进行修正，修正公式如下 τ i即为加工点Pi的加留时间； 在步骤(4)中是根据计算得到的加工点机床运动坐标(Xi Yi Zi a j β D和计算所得的驻留时间τ i，对待加工光学元件的光学表面进行数控修形加工。
【文档编号】C03C19/00GK103771729SQ201410029914
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】戴一帆, 周林, 李圣怡, 解旭辉, 廖文林, 史宝鲁 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学