一种非球面光学元件加工机台及其加工方法与流程

本发明属于镜片成型，具体是涉及一种非球面光学元件加工机台及其加工方法。

背景技术：

1、随着光学产业的迅速发展，非球面光学元件的需求量与日俱增。目前，非球面光学元件的制造，主要是通过高精度的模具进行玻璃热压成型或光学塑料注射成型，因此要求成型模具的模芯的非球面面型达到亚微米级的形状精度、纳米级的表面粗糙度和极小的亚表面损伤。

2、现有的非球面面型加工方式，一般有以下两种方式：

3、如图1和图2所示，为现有技术中采用砂轮与加工件垂直的方式安装进行加工的示意图。当砂轮与加工件采用垂直方式安装时，砂轮一般采用蝶形砂轮1，当蝶形砂轮1与加工件的非球面111抵接且在加工非球面111的过程中，由于蝶形砂轮1的砂轮主轴始终垂直于加工件，导致蝶形砂轮1与非球面111在加工过程中会形成如图2所示的第一干涉区域4，即砂轮在加工非球面面型过程中会发生干涉现象。

4、如图3和图4所示，为现有技术中采用砂轮轴线与加工件轴线倾斜一定角度的方式安装进行加工的示意图。当砂轮轴线与加工件轴线采用倾斜方式安装时，砂轮一般采用棒状砂轮2，且在棒状砂轮2与加工件的非球面111抵接并在加工非球面111的过程中，由于棒状砂轮2的砂轮主轴始终与加工件成一定角度，导致棒状砂轮2与非球面111在加工过程中会形成如图4所示的第二干涉区域5，即砂轮在加工非球面面型过程中会发生干涉现象。

5、以上两种加工非球面面型的方式，由于砂轮主轴与加工件始终保持垂直或成一定角度，而无法根据非球面面型进行调节，导致在加工非球面面型过程中都会发生干涉现象，进而导致非球面光学元件无法满足设计要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可使砂轮主轴根据非球面面型进行角度变换的非球面光学元件加工机台及其加工方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种非球面光学元件加工机台，包括：工件运行部，用于支撑加工件并沿第一方向移动加工件，所述加工件具有非球面；砂轮运行部，用于支撑砂轮主轴并绕第二方向旋转砂轮主轴，所述砂轮主轴上设有可抵接于非球面的砂轮，所述第二方向与所述第一方向不共面；控制部，包括工件运行部控制单元和砂轮运行部控制单元。

3、更进一步，所述第二方向与所述第一方向垂直设置。

4、更进一步，所述加工件可沿x轴移动，所述砂轮主轴可绕平行于z轴的轴线旋转一定角度。

5、更进一步，所述砂轮主轴可绕与xoy平面相交的砂轮主轴旋转中心在xoy平面内旋转一定角度。

6、更进一步，所述砂轮运行部包括设于cnc上的基座、设于基座上的砂轮轴托架和砂轮旋转传动组件、设于砂轮旋转传动组件上的砂轮旋转驱动组件以及设于砂轮轴托架上的所述砂轮主轴，所述砂轮旋转驱动组件可通过所述砂轮旋转传动组件驱动所述砂轮轴托架及砂轮主轴旋转一定角度。

7、更进一步，所述砂轮旋转传动组件包括设于所述基座上的旋转引导组件，所述旋转引导组件可驱动所述砂轮轴托架及砂轮主轴旋转一定角度。

8、更进一步，所述控制部包括cnc补偿单元，所述cnc补偿单元可控制砂轮主轴在x轴和y轴上移动一定距离。

9、本发明还提供了一种非球面光学元件加工方法，采用如上所述的非球面光学元件加工机台，包括以下步骤：

10、步骤s1，将具有非球面的加工件装夹在工件运行部上；

11、步骤s2，将设于砂轮运行部的砂轮主轴上的砂轮抵接于非球面上；

12、步骤s3，根据非球面面型，使砂轮在砂轮主轴的带动下对非球面进行加工；

13、其中，所述加工件可沿第一方向移动，所述砂轮主轴可绕第二方向旋转，所述第二方向与所述第一方向垂直且不共面。

14、更进一步，所述加工件可沿x轴移动，所述砂轮主轴可绕与xoy平面相交的砂轮主轴旋转中心在xoy平面内旋转一定角度。

15、更进一步，所述步骤s3具体包括以下步骤：

16、步骤s31，将非球面面型数据导入cnc中；

17、步骤s32，根据非球面面型数据，确定砂轮顶端的初始坐标和砂轮主轴旋转中心的坐标；

18、步骤s33，根据非球面面型数据、砂轮顶端的初始坐标和砂轮主轴旋转中心的坐标，确定非球面面型任一位置所对应的砂轮主轴在cnc上的补偿值(dx，dy)；

19、步骤s34，启动cnc，根据补偿值(dx，dy)使砂轮在砂轮主轴的带动下对非球面进行加工。

20、更进一步，所述步骤s33中补偿值(dx，dy)的确定方法为：

21、dx＝-a×sinb-(-a×sin(b-db))；

22、dy＝a×cosb-(a×cos(b-db))；

23、其中，a表示砂轮顶端初始位置与o点的距离；o表示砂轮主轴旋转中心；b表示砂轮的悬长；c表示砂轮主轴旋转中心与砂轮顶端初始位置在y轴上的距离；d表示砂轮主轴端面与o点在x轴上的距离；b表示砂轮顶端初始位置与y轴的夹角；db表示砂轮顶端相对砂轮主轴旋转中心的旋转角度。

24、相比于现有技术，本发明的有益效果是：通过设置加工件沿第一方向移动且设置砂轮主轴绕第二方向旋转，并设置第二方向与第一方向不共面，可以使砂轮主轴带动砂轮根据加工件的非球面面型旋转一定角度以适应性地加工非球面面型，并在加工非球面面型过程中可以避免砂轮与加工件发生干涉现象，进而可以使非球面光学元件满足设计要求。

技术特征：

1.一种非球面光学元件加工机台，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的非球面光学元件加工机台，其特征在于：所述第二方向与所述第一方向垂直设置。

3.根据权利要求2所述的非球面光学元件加工机台，其特征在于：所述加工件可沿x轴移动，所述砂轮主轴可绕平行于z轴的轴线旋转一定角度。

4.根据权利要求3所述的非球面光学元件加工机台，其特征在于：所述砂轮主轴可绕与xoy平面相交的砂轮主轴旋转中心在xoy平面内旋转一定角度。

5.根据权利要求4所述的非球面光学元件加工机台，其特征在于：所述砂轮运行部包括设于cnc上的基座、设于基座上的砂轮轴托架和砂轮旋转传动组件、设于砂轮旋转传动组件上的砂轮旋转驱动组件以及设于砂轮轴托架上的所述砂轮主轴，所述砂轮旋转驱动组件可通过所述砂轮旋转传动组件驱动所述砂轮轴托架及砂轮主轴旋转一定角度。

6.根据权利要求5所述的非球面光学元件加工机台，其特征在于：所述砂轮旋转传动组件包括设于所述基座上的旋转引导组件，所述旋转引导组件可驱动所述砂轮轴托架及砂轮主轴旋转一定角度。

7.根据权利要求4所述的非球面光学元件加工机台，其特征在于：所述控制部还包括cnc补偿单元，所述cnc补偿单元可控制砂轮主轴在x轴和y轴上移动一定距离。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的非球面光学元件加工机台的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的非球面光学元件加工方法，其特征在于：所述加工件可沿x轴移动，所述砂轮主轴可绕与xoy平面相交的砂轮主轴旋转中心在xoy平面内旋转一定角度。

10.根据权利要求9所述的非球面光学元件加工方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括以下步骤：

11.根据权利要求10所述的非球面光学元件加工方法，其特征在于，所述步骤s33中补偿值(dx，dy)的确定方法为：

技术总结
本发明公开了一种非球面光学元件加工机台，包括：工件运行部，用于支撑加工件并沿第一方向移动加工件，所述加工件具有非球面；砂轮运行部，用于支撑砂轮主轴并绕第二方向旋转砂轮主轴，所述砂轮主轴上设有可抵接于非球面的砂轮，所述第二方向与所述第一方向不共面；控制部，包括工件运行部控制单元和砂轮运行部控制单元。本发明还提供了一种非球面光学元件加工方法，采用如上所述的非球面光学元件加工机台。本发明可以使砂轮主轴带动砂轮根据加工件的非球面面型旋转一定角度以适应性地加工非球面面型，并在加工非球面面型过程中可以避免砂轮与加工件发生干涉现象，进而可以使非球面光学元件满足设计要求。

技术研发人员：戈尧,王锋,李万中,刘宇城
受保护的技术使用者：江西联创电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11