CN101620282B - 非球面透镜模具加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种非球面透镜模具加工方法，其包括以下步骤：提供一加工装置，其用于对待加工模具进行加工，将待加工模具固定在加工装置的主轴上，所述主轴带动加工模具转动；驱动加工装置的刀具进入工件坐标系的原点位置；加工装置的数控单元将刀具的极坐标值转化为工件坐标值，并确定刀具在待加工模具上的加工点；数控单元根据刀具的工件坐标值得出待加工模具的一模穴的几何中心工件坐标值，通过将刀具的极坐标值及模穴的几何中心工件坐标值代入到非球面面型公式计算出待加工模具模穴的面型，并确定刀具的实时进刀量；根据待加工模具模穴的面型对刀具路径补正，完成非球面透镜模具的加工。本发明的加工方法可有效提高非球面模具的加工精度和生产效率。

Description

非球面透镜模具加工方法
技术领域
本发明涉及一种加工方法，特别涉及一种非球面透镜模具加工方法。
背景技术
光学零件注射成型技术中的模具要达到很高的要求，用一般的机械加工方法是达不到的。目前国外大多数模具制造商均采用超精密单点金刚石车床进行车削或磨削，再用金刚石研磨膏进行手工抛光来加工模具表面(请参见“非球面透镜模具的制造”，张松，《记录媒体技术》，2007年第6期，62-64页)，但是此种方法效率低，不利于非球面透镜模具的批量生产。然而，其他的方法，如：电火花加工、电铸复制及光学修磨等，加工精度很低，因此非球面透镜模具的加工变得十分困难。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种加工精度好且加工效率高的非球面透镜模具加工方法。
一种非球面透镜模具加工方法，其包括以下步骤：提供一加工装置，其用于对待加工模具进行加工，将待加工模具固定在加工装置的主轴上，所述主轴带动加工模具转动；驱动加工装置的刀具进入工件坐标系的原点位置；加工装置的数控单元将刀具的极坐标值转化为工件坐标值，并确定刀具在待加工模具上的加工点；数控单元根据刀具的工件坐标值得出待加工模具的一模穴的几何中心工件坐标值，通过将刀具的极坐标值及模穴的几何中心工件坐标值代入到非球面面型公式计算出待加工模具模穴的面型，并确定刀具的实时进刀量；根据待加工模具模穴的面型对刀具路径补正，完成非球面透镜模具的加工。
相较于现有技术，所述的非球面透镜模具加工方法通过非球面面型公式得出非球面模具模穴面型，然后驱动刀具根据非球面面型对待加工模具进行实时切削，可有效提高加工精度和生产效率。
附图说明
图1是本发明实施方式非球面透镜模具加工方法流程图；
图2是本发明实施方式非球面透镜模具加工方法的加工装置示意图；图3是本发明实施方式非球面透镜模具加工方法原理示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1及图2所示，本发明的非球面透镜模具加工方法包括以下步骤：
S101，提供一加工装置，其用于对待加工模具100进行加工，将待加工模具100固定在加工装置的主轴22上，所述主轴22带动待加工模具100转动。所述的非球面透镜模具加工装置还包括：一数控装置10、一刀具12、一压电驱动轴14、一Z轴导轨16、一电机20、一X轴导轨24。在Z轴导轨16上有一固定压电驱动轴14。在该压电驱动轴14相对于待加工模具100的一端固定有一刀具12，所述刀具12为钻石刀头，具有较强的耐磨性。在垂直于Z轴导轨18的方向设置有一X轴导轨24，一电机20位于X轴导轨24上，在X轴导轨24内有一驱动装置可驱动该电机20在X轴方向上移动，实现待加工模具100被加工点的变换。在电机20内有一主轴22，该主轴22带动模具进行旋转。
定义刀具12与待加工模具100的接触点为刀具12的中心点，刀具12中心点在以工件坐标系原点为极点，以工件坐标系的X轴正方向为极轴的极坐标系中的极坐标值为(ρ，θ)，所述工件坐标系采用标准右手笛卡儿直角坐标系，符合右手法则，所述刀具12的极坐标值(ρ，θ)转化后的工件坐标值为(Xm，Ym)；每个模穴100的几何中心点在工件坐标系中的坐标值为(Xn，Yn)。
S102，驱动加工装置的刀具12进入工件坐标系的原点位置，此时，刀具12的极坐标值为(0，0)。当转动主轴22及移动位于X轴导轨24上的电机20时，刀具12的极坐标值发生改变。
S103，在加工过程中，数控装置10将刀具12的极坐标值转化为工件坐标值，Xm＝ρcosθ，Ym＝ρsinθ，其中，Xm为刀具12在工件坐标系中的横坐标值，Ym为刀具12在工件坐标系中的纵坐标值，ρ为刀具12在极坐标系中的极径，θ为刀具12在极坐标系中的极角。数控装置10根据刀具12的工件坐标值确定刀具12在待加工模具100上的加工点。
S104，当刀具12进入待加工模具100的模穴101区域时，数控装置10通过将刀具12的工件坐标值与模穴101的工件坐标值范围的对比，得出待加工模具100的模穴101几何中心坐标值(Xn，Yn)。如图3所示，当待加工模具100不断旋转时，刀具12先后经过模穴101上两个不同工件坐标值的加工点A和加工点B，在这个过程中刀具12的极坐标值发生改变，数控装置10不断的将刀具12的极坐标值转化为工件坐标值，当刀具12经过加工点A时，转化后的刀具12的工件坐标值就是加工点A的工件坐标值，同理，当刀具12经过加工点B时，转化后的刀具12的工件坐标值就是加工点B的工件坐标值，刀具12的转化后的每一个工件坐标值与待加工模具100上的加工点一一相对应；数控装置10将刀具12的工件坐标值与模穴101的工件坐标值范围进行比对，就可判断出刀具12进入了哪一个模穴101的加工范围，以及这个模穴101的几何中心坐标值，数控装置10就可以准确的根据模穴101几何中心坐标值(Xn，Yn)、刀具12的极坐标值(ρ，θ)及一非球面面型公式计算出刀具12的进刀量。
非球面面型公式：
Z = C * R 2 1 + 1 - ( 1 + k ) * C 2 * R 2 + A 4 * R 4 + A 6 * R 6 + A 8 * R 8 + A 10 * R 10 . . . . . . . . . . . ( 1 )
其中，Z是以垂直于光轴且经过透镜光学中心的平面为参考面，垂直方向上距离光轴为R处沿光轴方向的位移值，C是曲率半径，R为镜片高度，K为圆锥定数(Coin Constant)，Ai为i次的非球面系数(i-th order Aspherical Coefficient)。
所述非球面高度值 R = ( Xm - Xn ) 2 + ( Ym - Yn ) 2 ; - - - ( 2 )
通过将公式(2)代入公式(1)得出一全部由已知量组成的非球面面型公式，数控装置10根据刀具12极坐标值和待加工模具100的模穴101的几何中心坐标值，计算出模穴101非球面面型，并驱动压电驱动轴14作快速响应，带动刀具12根据非球面面型对模穴101进行切削，所述的驱动压电驱动轴14的最大移动频率为400HZ，最大移动距离为70um。通过对模穴101非球面面型的计算，则确定了刀具12的进刀量，且压电驱动轴14具有较快的移动频率和较大的移动距离，可有效的减少刀具12的响应时间，提高切削精度。在本实施方式中，可以通过设定压电驱动轴14的响应频率，控制刀具12在对模穴101某一点加工一定的时间后自动退刀，准备对下一点进行加工，通过对某一点的多次进刀完成对其的加工。
S105，通过路径补正方法可进一步提高加工精度，所述路径补正方法是由于刀具12的刀头并非无限小，存在一定的半径，当刀头的切点与待加工模具100的模穴101相接触时，刀头四周的点可能会与模穴101之间存在一定的干涉而导致形状精度变差，而对刀具12走刀路径进行优化的一种方法。路径补正方法就是通过非球面面型公式实时对刀头四周的点进行计算，确定刀具12的进刀量，判断是否会存在干涉现象，当刀头四周存在一点的高度小于非球面面型上相对应的高度就说明存在干涉，于是就根据刀头上各点最大干涉量进行退刀，所述干涉量为刀头四周的高度与非球面面型上相对点的高度的差值。通过对干涉量的实时侦测可选择一刀头上各点都不存在干涉的切点对先前存在干涉的位置进行切削，通过对刀具12的路径补正可有效提高形状精度。
通过本方法可实现对非球面的加工，并且可有效提高非球面模具的加工精度和加工效率。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种非球面透镜模具加工方法，其包括以下步骤：提供一加工装置，其用于对待加工模具进行加工，将待加工模具固定在加工装置的主轴上，所述主轴带动加工模具转动；驱动加工装置的刀具进入工件坐标系的原点位置；加工装置的数控单元将刀具的极坐标值转化为工件坐标值，并确定刀具在待加工模具上的加工点；数控单元根据刀具的工件坐标值得出待加工模具的一模穴的几何中心工件坐标值，通过将刀具的极坐标值及模穴的几何中心工件坐标值代入到非球面面型公式计算出待加工模具模穴的面型，并确定刀具的实时进刀量；根据待加工模具模穴的面型对刀具路径补正，完成非球面透镜模具的加工，所述路径补正步骤为加工过程中根据刀具上各点与待加工模具之间的位置关系，判断刀具与待加工模具之间是否存在干涉，如果存在干涉就按刀具上各点最大干涉量进行退刀。
2.如权利要求1所述的非球面透镜模具加工方法，其特征在于：所述工件坐标系采用标准右手笛卡儿直角坐标系，符合右手法则；所述极坐标系，是以原点为极点，以工件坐标系的X轴正方向为极轴。
3.如权利要求1所述的非球面透镜模具加工方法，其特征在于：通过公式Xm＝ρcosθ，Ym＝ρsinθ将刀具的极坐标值转化为工件坐标值，其中，Xm、Ym分别为刀具在工件坐标系中的横、纵坐标值，ρ为刀具在极坐标系中的极径，θ为刀具在极坐标系中的极角。
4.如权利要求1所述的非球面透镜模具加工方法，其特征在于：所述非球面面型公式中镜片高度值 R = ( Xm - Xn ) 2 + ( Ym - Yn ) 2 , 其中，Xm、Ym分别为刀具在工件坐标系中的横、纵坐标值，Xn、Yn为每个待加工模穴的几何中心在工件坐标系中的横、纵坐标值。
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