CN109648429B - 一种基于数控加工中心的柱面镜加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数控加工中心的柱面镜加工方法，所用设备为可自由编程，能实现三轴联动的数控加工中心，所述方法可以通过给定的非球面柱面镜相关参数，运用非球面标准方程进行计算并得到加工轨迹，根据铣磨及抛光过程的不同，分别输出铣磨及抛光程序，通过面型反馈补偿、驻留时间调节，柱面镜Z轴直母线方向随机函数的引入来实现对非球面加工质量的提高。
Description
技术领域
本发明涉及透光镜加工技术领域，尤其涉及一种基于数控加工中心的柱面镜加工方法。
背景技术
光学零件的加工因为对表面的光洁度有很高的要求，所以除了单点车削可加工的零件可以直接达到表面要求以外，其余的光学零件只经过铣磨过程是无法达到表面要求的，因此还需要抛光过程来使光学零件达到表面光洁度的要求。柱面镜加工多采用贴擦法，使固定磨具作某一轴向或某两个轴向的直线运动，此类方法得到的非球面面型不可控，具体表现为面型误差大，表面光洁度差，仍保留较为清晰的抛光痕迹，成像效果差。
发明内容
为解决现有技术中，柱面镜加工方法存在的面型误差大、表面光洁度差、仍保留较为清晰的抛光痕迹、成像效果差的技术问题，本发明的技术方案如下：
本发明中的一种基于数控加工中心的柱面镜加工方法，所用设备为可自由编程，能实现三轴联动的数控加工中心，所述方法可以通过给定的非球面柱面镜相关参数，运用非球面标准方程进行计算并得到加工轨迹，根据铣磨及抛光过程的不同，分别输出铣磨及抛光程序，通过面型反馈补偿、驻留时间调节，柱面镜Z轴直母线方向随机函数的引入来实现对非球面加工质量的提高。
所述方法输出的柱面镜抛光程序中引入Z轴作为柱面镜的垂直母线，控制抛光轴在Z轴方向上做往复运动，完成抛光。所述方法输出的柱面镜抛光程序中Z轴运动轨迹引入随机振动函数用以改善零件表面的抛光痕迹，提高表面质量。所述方法可以识别非球面曲线误差参数，根据测量数据进行分析，既可对铣磨轨迹进行反馈修正，又可对抛光过程中的驻留时间变量进行调节，修正面型误差。
具体而言，所述方法包括以下步骤：
步骤S01，根据给定的非球面顶点曲率半径、圆锥系数、各次项系数，通过非球面标准方程，输出一组由自变量及函数值组成的坐标点，自变量的变化为等间距，自变量的取值范围由图纸要求的加工口径限定，所有这些坐标点连接在一起可以形成非球面曲线的近似轨迹，这些坐标点可以被加工中心识别，作为非球面准线的加工轨迹。同时在立柱面Z轴方向每次步进0.05mm～0.1mm的距离，直到整个夹具上的零件全部铣磨完成。通过调节步进距离的大小实现零件的粗磨和精磨。非球面标准方程如下：
其中C＝1/R，R为顶点曲率半径，K为圆锥系数，Ai为各次项系数。
欲实现这些坐标点的输出，采用做非球面轨迹的方法，实现X和Y方向轨迹，并在每完成一次铣磨轨迹后，采用垂直下刀的方法控制Z轴方向的运动。从而形成柱面镜的形状。
步骤S02，抛光过程也需重复上述S01步骤中的坐标点运算，但不同的是要使抛光轴在沿着非球面曲线的轨迹做往复运动的同时在Z轴也做限定值域的往复运动。在输出抛光程序时，在立柱面Z轴方向上补充限定值域随机振动函数把抛光轨迹彻底改为无序状态。为实现上述抛光程序的输出，采用非球面轨迹的方法，同时将Z轴做有限的直线运动，形成柱面镜轨迹，同时为避免一些抛光疵病，在Z轴方向上补充随机振动函数，函数关系为：振幅*随机函数rnd()。
步骤S03，在对铣磨好的柱面镜进行抛光时，同样根据非球面的各项参数，确定柱面镜的准线，绘制非球面加工轨迹，同时引入Z轴作为柱面镜的垂直母线，此时控制抛光工具在Z轴方向上做某一值域范围内的运动。当运动距离和速度均为恒定时，抛光后的产品表面会出现规则的抛光痕迹，表面质量差，故此在程序中的Z轴数值上引入限定值域内无序的随机数，以此实现每次进行Z轴方向运动时，移动的位移均为可控范围内的随机数值，以此消除抛光过程中带来的抛光痕迹。Z轴方向的往复运动及随机振动函数的引入通过随机函数的算法来实现。抛光过程中的循环过程以抛光零件口径来设定，当由零件的前端开始抛光，运动到零件的后端时，又由零件的后端动到零件的前端时，完成一个抛光循环。可以预设抛光循环的次数，抛光循环次数大于设定值时抛光停止，结束加工。
步骤S04，在柱面镜抛光过程中，会遇到抛光之后的面型曲线误差较大的情况，可以识别面型误差数据，根据这些数据映射到抛光对应自变量坐标轴上，根据映射函数关系调整抛光时在对应误差处的驻留时间，从而修正抛光带来的面型误差。
进一步，非球面轨迹的自变量间距可以自由控制，也可以识别面型误差曲线的测量数据，根据这些数据对输出的坐标点进行反馈补偿，从而使抛光后的面型曲线更接近最佳面型。
进一步，所用设备为可自由编程，能实现三轴联动的数控加工中心。
进一步，本方法可应用于其他异形光学零件的铣磨及抛光过程中，可以通过输出的程序控制加工中心按照图纸的要求实现异形光学零件铣磨，同时根据光学冷加工抛光工序的特点，可调节转速、驻留时间、进给等相关参数，实现抛光工序自动循环过程。
本发明适用于使用机械制造设备中的数控加工中心实现光学零件的加工；针对现有技术的局限性而言，特别适合对非球面柱面镜，异形光学零件实现加工。
本发明进一步涉及所述软件输出代码均为标准ASCII码，可以被数控加工中心识别，所述数控加工中心需支持自由编程。目前我们的代码可被西门子840D系统与FANUC系统所识别。
本发明中的一种基于数控加工中心的柱面镜加工方法，与现有技术相比，其有益效果为：
本发明中的一种基于数控加工中心的柱面镜加工方法，该方法能够对非球面柱面镜、异形光学零件实现加工并进行表面光洁度优化及面型误差修正，解决了传统加工方式中具有的面型误差大、表面光洁度差、仍保留较为清晰的抛光痕迹、成像效果差等问题。
附图说明
图1是本发明中一种基于数控加工中心的柱面镜加工方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明中的一种基于数控加工中心的柱面镜加工方法，包括以下步骤：
步骤S01，确定柱面镜的准线，根据给定的非球面顶点曲率半径、圆锥系数、各次项系数，通过非球面标准方程，输出一组由自变量X及函数值Y组成的坐标点，自变量X的变化为等间距，自变量X的取值范围由图纸要求的加工口径限定，所有这些坐标点连接在一起形成非球面曲线的轨迹，这些坐标点被数控加工中心识别，作为柱面镜的准线的加工轨迹；非球面标准方程如下：
其中C＝1/R，R为顶点曲率半径，K为圆锥系数，Ai为各次项系数；
步骤S02，铣磨柱面镜，确定好柱面镜的准线后，引入Z轴作为柱面镜的垂直母线，通过在Z轴方向的步进运动实现柱面镜的铣磨加工，整个铣磨过程在Z轴方向上的轨迹为“己”字形，直至柱面镜铣磨完成；
步骤S03，抛光柱面镜，根据柱面镜的准线，同时引入Z轴作为柱面镜的垂直母线，此时通过抛光工具在Z轴方向上做某一值域范围内的运动，并在Z轴数值上引入限定值域内无序的随机数，以此实现每次进行Z轴方向运动时，移动的位移均为可控范围内的随机数值，以此消除抛光过程中带来的抛光痕迹，Z轴方向的往复运动及随机振动函数的引入通过随机函数的算法来实现，抛光过程中的循环过程以抛光零件口径来设定，当由零件的前端开始抛光，运动到零件的后端时，又由零件的后端动到零件的前端时，完成一个抛光循环，预设抛光循环的次数，抛光循环次数大于设定值时抛光停止，结束加工。
进一步，步骤S03之后还包括以下步骤：
步骤S04，在柱面镜抛光过程中，当遇到抛光之后的面型曲线误差较大的情况，识别面型误差数据，根据这些数据映射到抛光对应自变量X坐标轴上，根据映射函数关系调整抛光时在对应误差处的驻留时间，从而修正抛光带来的面型误差。
进一步，步骤S04中的非球面轨迹的自变量间距可以自由控制，也可以识别面型误差曲线的测量数据，根据这些数据对输出的坐标点进行反馈补偿，从而使抛光后的面型曲线更接近最佳面型。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种基于数控加工中心的柱面镜加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01，确定柱面镜的准线；根据给定的非球面顶点曲率半径、圆锥系数、各次项系数，通过非球面标准方程，输出一组由自变量X及函数值Y组成的坐标点，自变量X的变化为等间距，自变量X的取值范围由图纸要求的加工口径限定，所有这些坐标点连接在一起形成非球面曲线的轨迹，这些坐标点被数控加工中心识别，作为柱面镜的准线的加工轨迹；非球面标准方程如下：
其中C＝1/R，R为顶点曲率半径，K为圆锥系数，Ai为各次项系数；
步骤S02，铣磨柱面镜；确定好柱面镜的准线后，引入Z轴作为柱面镜的垂直母线，通过在Z轴方向的步进运动实现柱面镜的铣磨加工，整个铣磨过程在Z轴方向上的轨迹为“己”字形，直至柱面镜铣磨完成；
步骤S03，抛光柱面镜；根据柱面镜的准线，同时引入Z轴作为柱面镜的垂直母线，此时通过抛光工具在Z轴方向上做某一值域范围内的运动，并在Z轴数值上引入限定值域内无序的随机数，以此实现每次进行Z轴方向运动时，移动的位移均为可控范围内的随机数值，以此消除抛光过程中带来的抛光痕迹，Z轴方向的往复运动及随机振动函数的引入通过随机函数的算法来实现，抛光过程中的循环过程以抛光零件口径来设定，当由零件的前端开始抛光，运动到零件的后端时，又由零件的后端动到零件的前端时，完成一个抛光循环，预设抛光循环的次数，抛光循环次数大于设定值时抛光停止，结束加工；
步骤S04，在柱面镜抛光过程中，当遇到抛光之后的面型曲线误差较大的情况，识别面型误差数据，根据这些数据映射到抛光对应自变量X坐标轴上，根据映射函数关系调整抛光时在对应误差处的驻留时间，从而修正抛光带来的面型误差，非球面轨迹的自变量间距可以自由控制，也可以识别面型误差曲线的测量数据，根据这些数据对输出的坐标点进行反馈补偿，从而使抛光后的面型曲线更接近最佳面型。
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