CN103522348B - 对刀方法及其真圆加工方法与菲涅尔透镜加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对刀方法，其包括：将一X方向微调平台、一Z方向微调平台以及一刀具安装在一B轴上；旋转B轴使刀尖旋转α角度并从一第一位置移动到一第二位置，所述第一位置与第二位置在平行于Z方向的相对距离记为d2；再旋转B轴使刀尖旋转α角度并从所述第二位置移动到到一第三位置，所述第一位置与第三位置在在平行于Z方向的相对距离记为d3，108°≦α≦110°；S30，设(a，b)为刀尖在以旋转中心线上任意一点为原点坐标系中的坐标，且a坐标方向同X方向，b坐标方向同Z方向，通过如下(1)式、(2)式和(3)式计算刀尖距离旋转中心线的垂直距离r 以及比较刀尖距离旋转中心线的垂直距离r和加工半径R，若二者不等，则通过调整坐标(a，b)，直到r和R相等。

Description

对刀方法及其真圆加工方法与菲涅尔透镜加工方法

技术领域

本发明涉及一种超精密机械加工方法，尤其，涉及一种超精密机械加工方法的对刀方法及采用该对刀方法的真圆加工方法与菲涅尔透镜加工方法。

背景技术

超精密机械加工方法在微光学元件加工中有重要的应用，例如采用单点金刚石切削加工菲涅尔透镜。

目前，在超精密机械加工方法中，采用单点金刚石切削加工菲涅尔透镜球面有拟合加工和切线加工两种方法。拟合加工方法利用超精密加工机床的两个平动轴(X轴、Z轴)的两轴联动形成圆弧插补切削轨迹，从而实现菲涅尔透镜上球面的加工。切线加工方法利用超精密加工机床的两个平动轴(X轴、Z轴)和B轴的三轴联动获得始终沿圆弧切线的切削轨迹，进而实现菲涅尔透镜上球面的加工。

然而，在上述两种方法中获得的加工圆弧均为逼近圆弧，而非真实的圆弧，存在轨迹误差；而且切线加工时，两个平动轴和B轴的运动误差也会引入轨迹误差，使得加工出的菲涅尔透镜的球面为近似球面，导致杂散光的出现，影响菲涅尔透镜的成像效果。而且，现有的真圆加工方法的对刀过程中，刀尖距离旋转中心线的垂直距离和加工半径之间的的误差较大。

发明内容

因此，确有必要提供一种可以有效减小误差的对刀方法，采用该对刀方法的真圆加工方法以及采用该真圆加工方法加工菲涅尔透镜的方法。

一种对刀方法，其包括以下步骤：

S10，将一X方向微调平台、一Z方向微调平台以及一刀具安装在一B轴上，其中该X方向微调平台用于调节该刀具的刀尖在X方向的位置，该Z方向微调平台用于调节该刀具的刀尖在Z方向的位置，且该X方向与Z方向相互垂直，该B轴用于带动该刀具的刀尖围绕一旋转中心线在一与X方向和Z方向平行的平面内旋转；

S20，旋转B轴使刀尖旋转α角度并从一第一位置移动到一第二位置，所述第一位置与第二位置在平行于Z方向的相对距离记为d2；再旋转B轴使刀尖旋转α角度并从所述第二位置移动到到一第三位置，所述第一位置与第三位置在在平行于Z方向的相对距离记为d3，其中，108°≦α≦110°；

S30，设(a，b)为刀尖在以旋转中心线上任意一点为原点坐标系中的坐标，且a坐标方向同X方向，b坐标方向同Z方向，通过如下(1)式、(2)式和(3)式计算刀尖距离旋转中心线的垂直距离r：

$a=\frac{1}{4}\frac{4d_2{\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)-d_3}{\cos \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)\sin \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)}---\left(1\right)$

$b=-\frac{1}{4}\frac{[-d_3-2d_2+4d_2{\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)]}{{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)}---\left(2\right)$

$r=\sqrt{a^2+b^2}---\left(3\right);$ 以及

S40，比较刀尖距离旋转中心线的垂直距离r和加工半径R，若二者相等，则对刀完成，若二者不等，则通过调整坐标(a，b)，直到刀尖距离旋转中心线的垂直距离r和加工半径R相等。

一种真圆加工方法，其包括以下步骤：通过上述对刀方法进行对刀；使刀尖进入加工位置；以及使刀尖随B轴旋转切削一待加工件。

一种菲涅尔透镜的加工方法，其包括以下步骤：通过上述对刀方法进行对刀；使刀尖与一菲涅尔透镜基底的端面中心对齐并进入加工位置；以及使刀尖随B轴旋转切削该菲涅尔透镜基底。

一种菲涅尔透镜的加工方法，其包括以下步骤：通过上述对刀方法进行对刀；使刀尖进入加工位置并与一菲涅尔透镜模具基底的端面中心对齐；使刀尖随B轴旋转切削该菲涅尔透镜模具基底得到一菲涅尔透镜模具；以及采用该菲涅尔透镜模具注模。

与现有技术相比较，本发明提供的对刀方法可以有效减小刀尖距离旋转中心线的垂直距离r和加工半径R之间的误差，从而使得采用该对刀方法的真圆加工方法以及菲涅尔透镜的加工方法更精确。

附图说明

图1为本发明实施例采用的多轴超精密车床的结构示意图。

图2为图1所示的多轴超精密车床的俯视图。

图3为本发明实施例采用的对刀方法的示意图。

图4为本发明实施例采用摄像头采集刀尖图像的示意图。

图5为本发明实施例的刀尖在摄像头视场范围内的示意图。

图6为本发明实施例获得摄像头分辨率大小的示意图。

图7-8为采用本发明实施例的真圆加工方法加工圆球的示意图。

图9-12为采用本发明实施例的真圆加工方法加工菲涅尔透镜模具的示意图。

图13为本发明实施例加工菲涅尔透镜模具采用的刀具的结构示意图。

图14为采用传统刀具加工菲涅尔透镜模具时发生切削刃与工件干涉的示意图。

图15为采用本发明实施例的真圆加工方法加工菲涅尔透镜的示意图。

主要元件符号说明

多轴超精密车床           10

基座                     100

X轴                      101

B轴                      102

旋转中心线               1022

刀架                     104

X方向微调平台            106

Z方向微调平台            108

刀具                     110

刀尖                     1101

圆弧刃                   1102

直线刃                   1104

刀具固定块               112

Z轴                      114

主轴                      116

主轴头                    1160

三爪夹盘                  118

待加工件                  120

摄像头                    130

支架                      132

菲涅尔透镜模具            140

圆弧轮廓                  1402,  1702

多个直线轮廓              1404,  1704

圆球                      150

基准线                    160

菲涅尔透镜                170

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明提供的对刀方法，采用该对刀方法的真圆加工方法以及采用该真圆加工方法加工菲涅尔透镜的方法。

请参见图1-2，为了便于理解，首先介绍本发明实施例所采用的一种多轴超精密车床10。该多轴超精密车床10包括一基座100、一X轴101、一B轴102、一刀架104、一X方向微调平台106、一Z方向微调平台108、一刀具固定块112、一Z轴114、一主轴116、一三爪夹盘118。进一步，该多轴超精密车床10上还安装了一刀具110、一待加工件120以及一摄像头130。为便于说明本发明定义相互垂直的X方向、Y方向和Z方向，且X方向和Z方向与水平面平行，Y方向与水平面垂直。

所述基座100具有一与水平面平行的表面(图未标)。所述X轴101和Z轴114间隔设置于该基座100的该表面。所述X轴101与X方向平行，所述Z轴114与Z方向平行，其分别用于调节工件在X方向和Z方向的位置。所述B轴102设置于该X轴101上。所述B轴102可以绕一与Y方向平行的旋转中心线1022旋转，从而带动该刀具110的刀尖1101绕旋转中心线1022旋转。该旋转中心线1022为一假设的直线，在所述多轴超精密车床10中并不实际存在。所述刀架104设置于该B轴102上，其用于支撑所述刀具110。所述刀架104可以升降以调节该刀具110的高度，即刀具110在Y方向的位置。所述X方向微调平台106和Z方向微调平台108层叠设置，且通过该刀架104固定于该B轴102上，其用于调节刀具110的水平位置，即刀具110在X方向和Z方向的位置。所述刀具固定块112设置于该Z方向微调平台108上，其用于固定刀具110。所述主轴116与Z方向平行。所述主轴116设置于该Z轴114上。所述主轴116具有一主轴头1160。该主轴头1160可以带动该待加工件120绕主轴116旋转中心线旋转。该三爪夹盘118设置于主轴头1160上，用于固定该待加工件120。所述摄像头130悬空设置于刀具110上方且通过一支架132安装固定于所述主轴116上，其用于采集刀尖1101的图像。

本实施例中仅以上述多轴超精密车床10来说明本发明实施例提供的对刀方法，但并不成为本发明实施例提供的对刀方法的限制。所述X轴101、B轴102、刀架104、X方向微调平台106、Z方向微调平台108、刀具固定块112、Z轴114、主轴116、以及三爪夹盘118的具体结构与形式不限，可由本领域技术人员依据通常知识设计，只需满足各自的功能即可。例如，上述多轴超精密车床10中的B轴102本质为一用于带动该刀尖1101绕旋转中心线1022旋转的旋转装置。该旋转装置的具体结构不限，其旋转中心线1022可以为该经过该B轴102的直线或该B轴102以外的直线。本实施例中，该B轴102为一圆台，该旋转中心线1022为经过该圆台的底面几何中心且垂直于底面的直线。

请进一步参见图3，接下来介绍本发明实施例提供的对刀方法，其包括以下步骤：

S10，将X方向微调平台106、Z方向微调平台108以及刀具110安装在B轴102上，其中该X方向微调平台106用于调节该刀尖1101在X方向的位置，该Z方向微调平台108用于调节该刀尖1101在Z方向的位置，且该X方向与Z方向相互垂直，该B轴102用于带动该刀尖1101围绕旋转中心线1022在一与X方向和Z方向平行的平面内旋转；

S20，旋转B轴102使刀尖1101旋转α角度并从一第一位置移动到一第二位置，所述第一位置与第二位置在平行于Z方向的相对距离记为d2；再旋转B轴102使刀尖1101旋转α角度并从所述第二位置移动到到一第三位置，所述第一位置与第三位置在在平行于Z方向的相对距离记为d3，其中，108°≦α≦110°；

S30，设(a，b)为刀尖1101在以旋转中心线1022上任意任意一点为原点坐标系中的坐标，且a坐标方向同X方向，b坐标方向同Z方向，通过如下(1)式、(2)式和(3)式计算刀尖1101距离旋转中心线1022的垂直距离r：

$a=\frac{1}{4}\frac{4d_2{\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)-d_3}{\cos \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)\sin \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)}---\left(1\right)$

$b=-\frac{1}{4}\frac{[-d_3-2d_2+4d_2{\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)]}{{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)}---\left(2\right)$

$r=\sqrt{a^2+b^2}---\left(3\right);$

S40，比较刀尖1101距离旋转中心线1022的垂直距离r和加工半径R，若二者相等，则对刀完成，若二者不等，则通过所述X方向微调平台106和Z方向微调平台108调整坐标(a，b)，直到刀尖1101距离旋转中心线1022的垂直距离r和加工半径R相等。

所述步骤S10中，所述B轴102、刀架104、X方向微调平台106、Z方向微调平台108以及刀具110的安装位置如图1所示。进一步，步骤S10安装完毕后，先进行粗调，即，通过调整刀架104在B轴102上的安装位置使得刀尖1101到旋转中心线1022的距离r近似为加工半径R。可以理解，通过粗调可以有效减小X方向微调平台106和Z方向微调平台108的移动距离，并可保证其移动距离在行程范围内。

所述步骤S20中，所述将该B轴102绕旋转中心线1022旋转α角度可以为顺时针或逆时针旋转。可以理解，所述第一位置和α角度确定后，所述第二位置和第三位置也就确定。所述第一位置的选择只会影响d2和d3的值，但是不会影响a、b、α、d2以及d3之间的关系式(1)和(2)。因此，所述第一位置可以任意选取。所述第一位置与第二位置在平行于Z方向的相对距离之所述第一位置与第二位置沿Z方向或Z方向的反方向的距离。

所述d2和d3的值可以通过对刀仪方式、试切方式或图像处理方式获得。但对刀仪方式需要刀具110与对刀仪进行接触，操作不当容易发生崩刀；而试切方式需要繁琐的操作，且刀具110存在机械磨损。

请进一步参见图4-6，优选地，本实施例采用图像处理方式获得d2和d3的值，其具体包括以下步骤：

步骤S201，安装一摄像头130悬空设置于所述刀具110上方；

步骤S202，转动B轴102使该刀尖1101处于第一位置，再使刀尖1101沿X方向和Z方向移动一段距离到达第四位置，从而使得刀尖1101进入摄像头130的视场范围，其中，刀尖1101沿Z方向移动的距离记为z₁；开启摄像头130头对该第四位置进行图像采集，然后使刀尖1101回到第一位置；

步骤S203，转动B轴102使该刀尖1101相对第一位置转动α角度到达第二位置，再使刀尖1101沿X方向和Z方向移动一段距离到达第五位置，从而使得刀尖1101进入摄像头130的视场范围，其中，刀尖1101沿Z方向移动的距离记为z₂；再开启摄像头130对该第五位置进行图像采集，然后再使刀尖1101回到第二位置；

步骤S204，再转动B轴102使该刀尖1101相对第二位置转动α角度到达第三位置，再使刀尖1101沿X方向和Z方向移动一段距离到达第六位置，从而使得刀尖1101进入摄像头130的视场范围，其中，刀尖1101沿Z方向移动的距离记为z₃；再开启摄像头130对该第六位置进行图像采集；以及

步骤S205，如图5所示，在所述第四位置、第五位置以及第六位置沿Z方向的同一侧选择一条平行于X方向的基准线160，设所述第四位置、第五位置以及第六位置与该基准线160之间沿Z方向的距离分别为p1、p2、p3，通过(4)-(6)式计算d2和d3的值：

p_n＝N_n*l   (4)

d₂＝z₁+p₁-(z₂+p₂)(5)

d₃＝z₁+p₁-(z₃+p₃)   (6)

其中，n＝1，2，或3；N_n为所述第四位置、第五位置以及第六位置与该基准线之间沿Z方向的像素个数；l为摄像头130单个像素的长度。

上述步骤S201中，将一CCD摄像头130通过一支架132安装固定于所述主轴116上且悬空设置于刀具110上方。

上述步骤S202至步骤S204中，所述α角度为109°，所述使刀尖1101沿X方向和Z方向移动可以通过调节多轴超精密车床10的X轴和Z轴实现。

上述步骤S205中，所述基准线160的位置不限。可以理解，所述基准线160的位置只会影响p1、p2、p3的值，而不会影响p1、p2、p3满足关系式(4)-(6)。

可以理解，所述摄像头130的单个像素的长度l可以通过以下方法获得。如图6所示，当刀尖1101进入摄像头130的视场范围后，假定此时刀尖1101处于位置A，再调节多轴超精密车床10使刀尖1101沿Z方向移动一距离L，如10微米，到达位置B，与此同时开启摄像头130对刀尖1101的位置A和位置B进行图像采集。然后，通过下式(7)可以获得所述摄像头130的单个像素的长度l：

$l=\frac{L}{N}---\left(7\right)$

其中，l为摄像头130单个像素的长度，L为刀尖1101从位置A到位置B沿Z方向移动的距离，N为摄像头130从位置A到位置B沿Z方向的像素个数。

通过上述分析可知，与对刀仪方式和试切方式相比，通过图像处理方式获得d2和d3的值具有明显优势：无需接触，故刀具不会发生崩刀和机械磨损，且操作简单。

所述步骤S30中，a、b与α、d2、d3以及r之间的关系式(1)-(3)可以通过数学推导获得，此处不详细介绍。

所述步骤S40中，所述通过调整坐标(a，b)，直到刀尖1101距离旋转中心线1022的垂直距离r和加工半径R相等的步骤具体包括：通过X方向微调平台106和Z方向微调平台108调节该刀尖1101在X方向和Z方向的位置；以及重复步骤S20和S30，并再次比较刀尖1101距离旋转中心线1022的垂直距离r和加工半径R。

下面将对本发明提出的上述对刀方法产生的半径误差进行分析。由(1)至(3)可知，造成半径误差的来源有3项：B轴102旋转产生的角度α的误差、d2的测量误差、以及d3的测量误差。由于B轴102旋转台精度相对于测量仪器高很多，故分析时忽略B轴102旋转产生的角度α的误差，只对d2与d3的误差予以考虑。假设由同一测量仪器测量造成d2与d3的误差相等并记为Δd，坐标a与b的误差为Δa与Δb，则Δd、Δa与Δb满足(8)式：

$\mathrm{\Δa}=\frac{1}{4}\frac{\mathrm{\Δd}(4{\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)-1)}{\cos \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)\sin \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)},\mathrm{\Δb}=-\frac{1}{4}\frac{\mathrm{\Δd}(-3+4{\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right))}{{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)}---\left(8\right)$

由上述(3)式和(8)式可得刀尖1101距离旋转中心线1022的垂直距离r的误差向量的模为：

$\mathrm{\ΔR}=\sqrt{\mathrm{\Δ}{a}^2+\mathrm{\Δ}{b}^2}---\left(9\right)$

由(9)可知：当时α＝109°，ΔR_min＝0.65×Δd，即ΔR有最小值；而美国劳伦斯·利佛莫尔(LLNL)国家实验室提出的对刀方法认为：当α＝45°时，可使半径误差最小，即：ΔR_min＝1.85×Δd。

由上述分析可知：相比LLNL实验室提出的对刀方法，本专利提出的对刀方法可使半径误差明显减小；同时，在LLNL实验室提出的对刀方法中，其推导半径的公式采用了近似计算，从而存在误差，并且未分析对刀产生的半径误差，也未分析旋转角度对半径误差造成的影响。

通过上述分析可知，本发明提出的B轴对刀方法具有以下优点：

(1)与通过提高测量仪器的测量精度即减小Δd来减小半径误差相比，通过选择合适旋转角度108°≦α≦110°(请确认是否合适)减小半径误差要更经济、更容易实现。

(2)加工半径可控，半径误差可量化，从而可通过选择合适旋转角度α＝109°使半径误差最小ΔR_min＝0.65×Δd。

(3)该方法操作简单、方便可行。

接下来介绍本发明实施例提供的采用上述对刀方法的真圆加工方法，其包括以下步骤：通过上述对刀方法进行对刀；使刀尖1101进入加工位置；以及使刀尖1101随B轴102旋转切削待加工件120。

实施例1

如图7-8所示，本发明实施例1以加工圆球150为例对本发明采用上述对刀方法的真圆加工方法进行说明。本发明实施例1加工圆球150采用的刀具110为一尖刀，即，刀具110的两边均为直线刃1104。所述刀尖1101距离旋转中心线1022的距离为R。使刀尖1101进入加工位置，转动B轴102使刀尖1101绕旋转中心线1022旋转切削待加工件，同时转动三爪夹盘118使该待加工件绕C轴中心旋转便可加工出半径为R的圆球150。

实施例2

如图9-12所示，本发明实施例2以加工菲涅尔透镜模具140为例对本发明采用上述对刀方法的真圆加工方法进行说明。本发明实施例2加工的菲涅尔透镜模具140包括多个圆弧轮廓1402和多个直线轮廓1404。

如图13所示，本实施例加工菲涅尔透镜模具140采用的刀具110一边为圆弧刃1102，另一边为直线刃1104。其中，所述圆弧刃1102用来加工菲涅尔透镜模具140的圆弧轮廓1402，且该圆弧刃1102的圆弧半径小于菲涅尔透镜模具140的圆弧轮廓1402半径。所述直线刃1104用来加工菲涅尔透镜模具140的直线轮廓1404。

可以理解，理论上可以使加工时的主偏角无穷小，即接近于零，从而可有效减小主偏角，且圆弧刃1102刚度较好；如图14所示，当采用传统尖刀加工菲涅尔透镜模具140时，切削刃(直线刃1104)刚性相对较差，且主偏角不能太小，否则切削刃与工件干涉，导致加工无法进行，因此切削力相对较大；通过上述分析可知，采用如图13所示的刀具110可提高切削刃的刚度、降低加工所需切削力，从而可有效减小刀具颤动，为获得更好的表面加工质量，如表面光洁度和加工精度提供了保证。

如图10-11所示，本发明实施例2加工菲涅尔透镜模具140具体包括以下步骤：

步骤一，调节多轴超精密车床10使刀尖1101与一菲涅尔透镜模具140基底的端面中心对齐并进入加工位置；以及

步骤二，使刀尖1101随B轴102旋转切削该菲涅尔透镜模具140基底。

所述步骤一中需要保证刀具110的安装角度β角要大于γ角，即β＞γ。其中，如图9所示，所述γ角实际为菲涅尔透镜模具140的最后一个圆弧轮廓1402的加工起点处所在半径与其对应的直线轮廓1404之间形成的角度，而该图中标注的角度为菲涅尔透镜模具140上最后一个圆弧轮廓1402的加工起点处所在半径与菲涅尔透镜模具140的第一个圆弧轮廓1402的加工起点处所在半径之间形成的角度。由两直线平行，内错角相等，可知上述两个角度相等。如图10所示，所述β角为刀具110直线刃1104与菲涅尔透镜模具140上第一个圆弧轮廓1402的加工起点处所在半径之间形成的角度。所述菲涅尔透镜模具140基底为圆柱形。

可以理解，每加工一个圆弧轮廓1402时，都会形成一个γ角，而在这些γ角中，加工最后一个圆弧轮廓1402形成的γ角是最大的。在加工菲涅尔透镜模具140过程中，β角始终不变，而γ角逐渐增大。当β角小于γ角时，金刚石刀具110的直线刃1104会与所加工的圆弧轮廓1402对应的直线轮廓1404发生干涉，从而导致加工无法进行；因此，在安装金刚石刀具110时，需要保证β＞γ，从而可避免刀具110与菲涅尔透镜模具140基底间发生干涉，保证加工的顺利进行。

如图10-12所示，所述步骤二具体包括：将刀尖1101沿轨迹2的方向移动一距离，然后，再使B轴102转动一角度，使刀尖1101沿轨迹1移动完成第一圆弧轮廓1402的加工；再将刀尖1101沿轨迹2方向移动一距离，完成菲涅尔透镜模具140上第一直线轮廓1404的加工，从而使刀尖1101到达第二圆弧轮廓1402加工的起始位置；再将B轴102旋转一角度，使刀尖1101沿轨迹1移动完成第二圆弧轮廓1402的加工；再依次重复上述步骤，完成菲涅尔透镜模具140下一个直线轮廓1404以及下一圆弧轮廓1402的加工，直至完成最后一个圆弧轮廓1402的加工。

所述步骤二中，由于菲涅尔透镜模具140基底随主轴一同旋转，实际上在菲涅尔透镜模具140基底的端面上形成凹球面。可以理解，所述加工菲涅尔透镜模具140的圆弧轮廓1402和直线轮廓1404时，B轴102需要旋转的角度以及刀尖1101需要移动的距离在菲涅尔透镜模具140设计时给定。

所述步骤二之后，进一步采用该菲涅尔透镜模具140注模即可获得菲涅尔透镜。

实施例3

如图15所示，本发明实施例3以加工菲涅尔透镜170为例对本发明采用上述对刀方法的真圆加工方法进行说明。本发明实施例3加工的菲涅尔透镜170包括多个圆弧轮廓1702和多个直线轮廓1404。

本发明实施例3加工菲涅尔透镜170具体包括以下步骤：

步骤一，调节多轴超精密车床10使刀尖1101与一菲涅尔透镜170基底的端面中心对齐并进入加工位置；以及

步骤二，使刀尖1101随B轴102旋转切削该菲涅尔透镜170基底。

所述步骤二中，刀尖1101从菲涅尔透镜170基底的端面中心开始，沿着轨迹1和轨迹2移动，由于菲涅尔透镜170基底随主轴一同旋转，实际上在菲涅尔透镜170基底的端面上形成凹球面。

可以理解，本发明的重点为对刀方法，而采用该对刀方法的真圆加工方法加工菲涅尔透镜170和菲涅尔透镜模具140的具体步骤，本领域技术人员可以根据常识设计。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，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 (10)

1.一种对刀方法，其包括以下步骤：

S10，提供一车床，该车床包括一基座、一X轴、一B轴、一刀架、一X方向微调平台、一Z方向微调平台、一Z轴；定义相互垂直的X方向、Y方向和Z方向，且X方向和Z方向与水平面平行，Y方向与水平面垂直；所述基座具有一与水平面平行的表面，所述X轴和Z轴间隔设置于该基座的该表面，所述X轴与X方向平行，所述Z轴与Z方向平行，所述B轴设置于该X轴上；将一该X方向微调平台、一该Z方向微调平台以及一刀具安装在一该B轴上，其中该X方向微调平台用于调节该刀具的刀尖在X方向的位置，该Z方向微调平台用于调节该刀具的刀尖在Z方向的位置，且该X方向与Z方向相互垂直，该B轴用于带动该刀具的刀尖围绕一旋转中心线在一与X方向和Z方向平行的平面内旋转；

S20，旋转B轴使刀尖旋转α角度并从一第一位置移动到一第二位置，所述第一位置与第二位置在平行于Z方向的相对距离记为d2；再旋转B轴使刀尖旋转α角度并从所述第二位置移动到到一第三位置，所述第一位置与第三位置在平行于Z方向的相对距离记为d3，其中，108°≦α≦110°；

S30，设(a，b)为刀尖在以旋转中心线上任意一点为原点坐标系中的坐标，且a坐标方向同X方向，b坐标方向同Z方向，通过如下(1)式、(2)式和(3)式计算刀尖距离旋转中心线的垂直距离r：

以及

S40，比较刀尖距离旋转中心线的垂直距离r和加工半径R，若二者相等，则对刀完成，若二者不等，则通过调整坐标(a，b)，直到刀尖距离旋转中心线 的垂直距离r和加工半径R相等。

2.如权利要求1所述的对刀方法，其特征在于，α＝109°。

3.如权利要求2所述的对刀方法，其特征在于，所述通过调整坐标(a，b)，直到刀尖距离旋转中心线的垂直距离r和加工半径R相等的步骤包括：

通过X方向微调平台和Z方向微调平台调节该刀尖在X方向和Z方向的位置；以及

重复步骤S20和S30，并再次比较刀尖距离旋转中心线的垂直距离r和加工半径R。

4.如权利要求1所述的对刀方法，其特征在于，所述d2和d3的值通过图像处理方式获得，其包括以下步骤：

安装一摄像头悬空设置于所述刀具上方；

转动B轴使该刀尖处于第一位置，再使刀尖沿X方向和Z方向移动一段距离到达第四位置，从而使得刀尖进入摄像头的视场范围，其中，刀尖沿Z方向移动的距离记为z₁；开启摄像头对该第四位置进行图像采集，然后使刀尖回到第一位置；

转动B轴使该刀尖相对第一位置转动α角度到达第二位置，再使刀尖沿X方向和Z方向移动一段距离到达第五位置，从而使得刀尖进入摄像头的视场范围，其中，刀尖沿Z方向移动的距离记为z₂；再开启摄像头对该第五位置进行图像采集，然后再使刀尖回到第二位置；

再转动B轴使该刀尖相对第二位置转动α角度到达第三位置，再使刀尖沿X方向和Z方向移动一段距离到达第六位置，从而使得刀尖进入摄像头的视场范围，其中，刀尖沿Z方向移动的距离记为z₃；再开启摄像头对该第六位置进行图像采集；以及

在所述第四位置、第五位置以及第六位置沿Z方向的同一侧选择一条平行于X方向的基准线，设所述第四位置、第五位置以及第六位置与该基准线之间沿Z方向的距离分别为p1、p2、p3，通过(4)-(6)式计算d2和d3的值：

p_n＝N_n*l   (4)

d₂＝z₁+p₁-(z₂+p₂)   (5) 

d₃＝z₁+p₁-(z₃+p₃)   (6) 

其中，n＝1，2，或3；N_n为所述第四位置、第五位置以及第六位置与该基准线之间沿Z方向的像素个数；l为摄像头单个像素的长度。

5.一种真圆加工方法，其包括以下步骤：

通过如权利要求1-4任意一项所述的对刀方法进行对刀；

使刀尖进入加工位置；以及

使刀尖随B轴旋转切削一待加工件。

6.一种菲涅尔透镜的加工方法，其包括以下步骤：

通过如权利要求1-4任意一项所述的对刀方法进行对刀；

使刀尖与一菲涅尔透镜基底的端面中心对齐并进入加工位置；以及

使刀尖随B轴旋转切削该菲涅尔透镜基底。

7.如权利要求6所述的菲涅尔透镜的加工方法，其特征在于，所述刀具具有一圆弧刃和一直线刃，其中，该圆弧刃用来加工菲涅尔透镜的圆弧轮廓，该直线刃用来加工菲涅尔透镜的直线轮廓，所述圆弧刃的圆弧半径小于菲涅尔透镜的圆弧轮廓半径。

8.一种菲涅尔透镜的加工方法，其包括以下步骤：

通过如权利要求1-4任意一项所述的对刀方法进行对刀；

使刀尖进入加工位置并与一菲涅尔透镜模具基底的端面中心对齐；

使刀尖随B轴旋转切削该菲涅尔透镜模具基底得到一菲涅尔透镜模具；以及

采用该菲涅尔透镜模具注模。

9.如权利要求8所述的菲涅尔透镜的加工方法，其特征在于，所述刀具具有一圆弧刃和一直线刃，其中，该圆弧刃用来加工菲涅尔透镜模具的圆弧轮廓，该直线刃用来加工菲涅尔透镜模具的直线轮廓，所述圆弧刃的圆弧半径小于菲涅尔透镜模具的圆弧轮廓半径。

10.如权利要求8所述的菲涅尔透镜的加工方法，其特征在于，所述刀具的安装角度β角要大于γ角，其中，所述β角为刀具直线刃与菲涅尔透镜模具的第一个圆弧的加工起点处所在半径之间形成的角度，所述γ角为菲涅尔透镜模 具的最后一个圆弧的加工起点处所在半径与其对应的直线轮廓之间形成的角度。