CN108097984A - 一种加工径向菲涅尔结构的模具及其加工机床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加工径向菲涅尔结构的辊筒模具，包括模具辊筒，所述模具辊筒的辊面上设置有与待加工的径向菲涅尔结构相对应的反结构。上述模具辊筒在具有一定温度的透镜型材上滚动即可完成对应径向菲涅尔结构的成型工艺，相比于传统机床切削加工，在加工效率方面得到大大提升；此外相比于传统的模压、注塑模具加工，辊筒模压技术可以连续制造该种微结构光学薄膜，相对于传统的平板模压和注塑技术具有更高的生产率和更低的成本。但是利用传统的车削方法包括快刀伺服、慢刀伺服、微铣削都无法实现在辊筒模具上加工出径向菲涅尔结构，故因此本发明还公开了一种加工径向菲涅尔结构的模具的加工机床。

Description

一种加工径向菲涅尔结构的模具及其加工机床
技术领域
本发明涉及透镜加工技术领域，尤其涉及一种加工径向菲涅尔结构的模具及其加工机床。
背景技术
径向菲涅尔透镜是一种应用十分广泛的光学元件，此种透镜不仅能够减少光线在介质中衰减造成的边角成像模糊，变暗等现象，而且还具有重量轻，价格低等优点。因此，径向菲涅尔透镜被广泛使用，在成像透镜领域，菲涅尔光学柔性屏幕，外观高档，具有高亮度、高明室对比度、高色彩还原性的特点，是激光影院的绝佳搭档；此外在非成像透镜领域菲涅尔透镜的应用包括放大镜，瞄准镜，聚光镜，利用径向菲涅尔透镜聚光准直的特点，径向菲涅尔透镜被应用于光伏太阳能。
但目前对于径向菲涅尔结构的加工方式主要采用数控机床进行车削加工，对菲涅尔透镜的加工精度虽然提高，但是加工效率过于低下，成本较高，并且针对大尺寸的菲涅尔透镜的加工，对于机床的本身尺寸要求较高，限制了加工工艺的发展。为了提高生产效率，辊筒机是一种选择，辊筒模压技术可以连续制造该种微结构光学薄膜，相对于传统的超精密机床车削技术具有更高的生产率和更低的成本。但是利用传统的车削方法，包括快刀伺服、慢刀伺服、微铣削都无法实现在辊筒模具上加工出径向菲涅尔结构，故目前也有利用模压、注塑式模具制作菲涅尔透镜，虽然模压、注塑式的模具生产菲涅尔结构的透镜，生产效率有所提高，但在脱模的过程中会降低菲涅尔透镜的精度，容易产生缺陷，加工精度较低。因此，目前的径向菲涅尔结构的加工方式，普遍存在加工效率和成品率无法兼顾的问题。
综上所述，如何解决菲涅尔透镜的加工存在加工效率和加工精度较低的问题，已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种加工径向菲涅尔结构的辊筒模具及其加工机床，以提高菲涅尔透镜的加工效率和加工精度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种加工径向菲涅尔结构的辊筒模具，包括模具辊筒，所述模具辊筒的辊面上设置有与待加工的径向菲涅尔结构相对应的反结构。
优选地，所述模具辊筒的辊面上设置有多个所述反结构。
相比于背景技术介绍内容，上述加工径向菲涅尔结构的模具，包括模具辊筒，模具辊筒的辊面上设置有与待加工的径向菲涅尔结构相对应的反结构。通过将加工径向菲涅尔结构的模具设计成模具辊筒的结构，同时模具辊筒的辊面设置有与待加工的径向菲涅尔结构相对应的反结构，这里需要说明的是，反结构是指，模具辊筒的辊面展平的辊面上的凹模正好与待加工的径向菲涅尔结构相对应相贴合，也即当模具辊筒滚过后的面上会形成对应的径向菲涅尔结构。上述模具辊筒在具有一定温度要求的透镜型材上滚动即可完成对应径向菲涅尔结构的成型工艺，相比于机床加工，在加工效率方面得到大大提升；此外相比于传统的模压、注塑式模具加工，上述模具辊筒在辊压的过程即可实现脱膜，整个过程始终保持对透镜型材的施压过程，因此避免了脱膜损伤导致的加工精度较低的问题。
另外，本发明还提供了一种加工径向菲涅尔结构的辊筒模具的加工机床，传统辊筒加工机床无法满足加工径向菲涅尔透镜结构，为满足加工要求，故因此设计一种加工径向菲涅尔结构的辊筒模具的加工机床，来满足加工工艺的可行性。而上述模具为上述任一方案所描述的加工径向菲涅尔结构的辊筒模具，该加工机床包括机架，机架上设置有用于对模具辊筒轴心定位的定位组件、用于驱动模具辊筒绕其自身轴心做往复旋转的第一驱动机构、用于切削模具辊筒的辊面的刀具和用于驱动刀具运动的第二驱动机构；刀具的中心线与模具辊面的轴心保持垂直，且刀具的中心高度始终与模具辊面的轴心高度保持平齐，第一驱动机构和第二驱动机构联锁控制，以使刀具相对模具辊面做与反结构的形状轨迹相对应的切削运动。
优选地，所述定位组件包括设置在所述机架上的床头基座和床尾基座；
所述床头基座上设置有床头主轴，所述床尾基座上设置有床尾主轴，所述模具辊筒的两端分别固定在所述床头主轴和所述床尾主轴上。
优选地，所述第二驱动机构包括设置在所述机架上第一水平运动平台、设置在所述第一水平运动平台上的第二水平运动平台和设置在所述第二水平运动平台上的驱动轴；
所述第一水平运动平台沿所述模具辊筒的轴心方向往复直线运动；
所述第二水平运动平台在水平面内沿垂直于所述模具辊筒的轴心方向往复直线运动；
所述驱动轴，用于驱动所述刀具转动以提供动力。
优选地，所述驱动轴通过固定支架固定在所述第二水平运动平台上。
优选地，所述固定支架上还设置有扫描探头。
优选地，所述第一水平运动平台和所述第二水平运动平台均为气浮平台。
优选地，所述机架包括底座，且所述底座为大理石底座。
优选地，所述底座的下方设置有隔震支脚。
附图说明
图1为本发明实施例提供的加工径向菲涅尔结构的模具的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的加工径向菲涅尔结构的模具的加工机床的结构示意图。
上图1和图2中，
模具辊筒1、反结构2、机架3、刀具4、床头基座5、床尾基座6、床头主轴7、床尾主轴8、第一水平运动平台9、第二水平运动平台10、驱动轴11、固定支架12、扫描探头13、底座14、隔震支脚15。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种加工径向菲涅尔结构的辊筒模具及其加工机床，以提高菲涅尔透镜的加工效率和加工精度。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明实施例提供的一种加工径向菲涅尔结构的辊筒模具，包括模具辊筒1，模具辊筒1的辊面上设置有与待加工的径向菲涅尔结构相对应的反结构2。
上述加工径向菲涅尔结构的辊筒模具，通过将加工径向菲涅尔结构的模具设计成模具辊筒的结构，同时模具辊筒的辊面设置有与待加工的径向菲涅尔结构相对应的反结构，这里需要说明的是，反结构是指，模具辊筒的辊面展平的辊面上的凹模正好与待加工的径向菲涅尔结构相对应相贴合，也即当模具辊筒滚过后的面上会形成对应的径向菲涅尔结构。上述模具辊筒在具有一定温度的透镜型材上滚动即可完成对应径向菲涅尔结构的加工，相比于机床加工，在加工效率方面得到大大提升；此外相比于传统的模压，注塑模具加工，上述模具辊筒在辊压的过程即实现脱膜，整个过程始终保持对透镜型材的施压过程，因此避免了脱膜损伤导致的加工精度较低的问题。
在一些具体的实施方案中，为了进一步提高生产效率，模具辊筒一次滚压即可实现透镜型材上一次成型所有径向菲涅尔结构，对应模具辊筒1的辊面上设置有多个反结构2。当然可以理解的是，上述反结构的布置位置应当根据透镜型材上需要的布置间距进行对应设置，并且这样一次成型更容易保证间距的精度和准确性。比如可以布置成沿模具辊筒的周向均匀布置的方式等。
另外，相比于传统的模压、注塑模具加工，辊筒模压技术可以连续制造该种微结构光学薄膜，相对于传统的平板模压和注塑技术具有更高的生产率和更低的成本。但是利用传统的车削方法包括快刀伺服、慢刀伺服、微铣削都无法实现在辊筒模具上加工出径向菲涅尔结构，故因此本发明还提供了一种加工径向菲涅尔结构的辊筒模具的加工机床，且模具为上述任一方案所描述的加工径向菲涅尔结构的辊筒模具，如图2所示，该加工机床包括机架3，机架3上设置有用于对模具辊筒1轴心定位的定位组件、用于驱动模具辊筒1绕其自身轴心做往复旋转的第一驱动机构、用于切削模具辊筒1的辊面的刀具4和用于驱动刀具4运动的第二驱动机构；刀具4的中心线与模具辊面1的轴心保持垂直，且刀具4的中心高度始终与模具辊面1的轴心高度保持平齐，第一驱动机构和第二驱动机构联锁控制，以使刀具4相对模具辊面1做与反结构2的形状轨迹相对应的切削运动。
另外需要说明的是，模具辊筒的运动是绕模具辊筒轴线做往复旋转的运动，具体模具辊筒所需的摆角与被加工的菲涅尔结构的尺寸有关，并且摆角J的范围取值在0°<J<180°。模具辊筒运行的规则是先顺时针旋转J°，再逆时针回转J°，在逆时针旋转J°，接着顺时针回转J°最终回到初始位置，作为一次循环。当然模具辊筒旋转的方向取决于刀具的切屑刃的方向。在车削过程中，若要得到理想的切削面，就要保证刀具的切屑刃与被加工的模具辊筒处于正确的位置，因此，模具辊筒旋转的方向要与驱动轴旋转方向相反，这样能够保证加工模具辊筒时刻与刀具的前刀面处于相迎的运动状态，从而保证加工的完成。由以上论述而知模具辊筒旋转的速度与第二驱动机构的运动速度是相互关联的，两者之间存在着明确且对应的数学几何公式，保证加工时刀具与工件的保持良好的加工状态。
在一些具体的实施方案中，上述定位组件包括设置在机架3上的床头基座5和床尾基座6；床头基座5上设置有床头主轴7，床尾基座6上设置有床尾主轴8，模具辊筒1的两端分别固定在床头主轴7和床尾主轴8上。并且，一般来说，床头主轴7和床尾主轴8上均设置有卡盘，利用卡盘固定模具辊筒的端部。当然可以理解的是，上述仅仅是对于定位组件的结构的举例而已，还可以是仅仅固定模具辊筒的一端，只不过定位固定两端的稳定性更好。并且上述采用卡盘的结构也仅仅是本发明实施例对于模具辊筒的两端固定定位的举例而已，还可以是本领域技术人员常用的其他定位固定方式，比如两端采用顶针的方式定位夹紧的结构等。
在一些更具体的实施方案中，上述第二驱动机构具体可以包括设置在机架3上第一水平运动平台9、设置在第一水平运动平台9上的第二水平运动平台10和设置在第二水平运动平台10上的驱动轴11；第一水平运动平台9沿模具辊筒1的轴心方向往复直线运动；第二水平运动平台10在水平面内沿垂直于模具辊筒1的轴心方向往复直线运动；驱动轴11，用于驱动刀具4转动以提供动力。通过第一水平运动平台和第二水平运动平台的方式实现对刀具的水平平面的驱动，通过驱动轴使得刀具能够旋转，进而能够具有切削的动力。当然可以理解的是上述结构仅仅是本发明实施例对于第二驱动机构的举例而已，还可以是本领域技术人员常用的其他驱动机构，比如多轴联动的机械手来实现刀具的驱动。
这里需要说明的是，一般来说，驱动轴11通过固定支架12固定在第二水平运动平台10上。这样使得安装布置更加方便，当然可以理解的是，也可以是驱动轴11直接安装在第二水平运动平台上，也即固定支架与第二水平运动平台为一个一体式的机构。
为了能够实现对加工机床的加工情况进行在线检测和监测，上述固定支架12上还可以设置有扫描探头13。
另外需要说明的是，上述第一水平运动平台9和第二水平运动平台10一般均为气浮平台。这样使得水平运动平台运动的稳定性更好，当然可以理解的是上述气浮平台仅仅是本发明实施例的优选举例而已，还可以采用常规的其他滑动配合的导轨来实现平台的运动。
此外，为了保证机架的放置的平稳性，一般机架3还包括底座14，且底座14为大理石底座。当然可以理解的是，上述大理石的底座仅仅是本发明实施例的优选举例而已，还可以是本领域技术人员常用的其他材质的底座，比如钢板或陶瓷材质的底座等。
为了进一步保证加工机床运行时的稳定性，上述底座14的下方还可以设置有隔震支脚15。
以上对本发明所提供的加工径向菲涅尔结构的模具及其加工机床进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种加工径向菲涅尔结构的辊筒模具，其特征在于，包括模具辊筒(1)，所述模具辊筒(1)的辊面上设置有与待加工的径向菲涅尔结构相对应的反结构(2)。
2.如权利要求1所述的加工径向菲涅尔结构的辊筒模具，其特征在于，所述模具辊筒(1)的辊面上设置有多个所述反结构(2)。
3.一种加工径向菲涅尔结构的辊筒模具的加工机床，其特征在于，所述模具为如权利要求1或2所述的加工径向菲涅尔结构的模具，所述加工机床包括机架(3)，所述机架(3)上设置有用于对所述模具辊筒(1)轴心定位的定位组件、用于驱动所述模具辊筒(1)绕其自身轴心做往复旋转的第一驱动机构、用于切削所述模具辊筒(1)的辊面的刀具(4)和用于驱动所述刀具(4)运动的第二驱动机构；
所述刀具(4)的中心线与所述模具辊面(1)的轴心保持垂直，且所述刀具(4)的中心高度始终与所述模具辊面(1)的轴心高度保持平齐，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构联锁控制，以使所述刀具(4)相对所述模具辊面(1)做与所述反结构(2)的形状轨迹相对应的切削运动。
4.如权利要求3所述的加工径向菲涅尔结构的辊筒模具的加工机床，其特征在于，所述定位组件包括设置在所述机架(3)上的床头基座(5)和床尾基座(6)；
所述床头基座(5)上设置有床头主轴(7)，所述床尾基座(6)上设置有床尾主轴(8)，所述模具辊筒(1)的两端分别固定在所述床头主轴(7)和所述床尾主轴(8)上。
5.如权利要求3所述的加工径向菲涅尔结构的辊筒模具的加工机床，其特征在于，所述第二驱动机构包括设置在所述机架(3)上第一水平运动平台(9)、设置在所述第一水平运动平台(9)上的第二水平运动平台(10)和设置在所述第二水平运动平台(10)上的驱动轴(11)；
所述第一水平运动平台(9)沿所述模具辊筒(1)的轴心方向往复直线运动；
所述第二水平运动平台(10)在水平面内沿垂直于所述模具辊筒(1)的轴心方向往复直线运动；
所述驱动轴(11)，用于驱动所述刀具(4)转动以提供动力。
6.如权利要求5所述的加工径向菲涅尔结构的模具的加工机床，其特征在于，所述驱动轴(11)通过固定支架(12)固定在所述第二水平运动平台(10)上。
7.如权利要求6所述的加工径向菲涅尔结构的辊筒模具的加工机床，其特征在于，所述固定支架(12)上还设置有扫描探头(13)。
8.如权利要求5-7任一项所述的加工径向菲涅尔结构的辊筒模具的加工机床，其特征在于，所述第一水平运动平台(9)和所述第二水平运动平台(10)均为气浮平台。
9.如权利要求3-7任一项所述的加工径向菲涅尔结构的辊筒模具的加工机床，其特征在于，所述机架(3)包括底座(14)，且所述底座(14)为大理石底座。
10.如权利要求9所述的加工径向菲涅尔结构的辊筒模具的加工机床，其特征在于，所述底座(14)的下方设置有隔震支脚(15)。
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