TWI427447B - 斜軸非球面鏡面加工系統及方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種超精密加工系統及方法，特別涉及一種斜軸非球面鏡面加工系統及方法。
隨著科技的進步，超精密加工儀器亦不斷創新。工廠雖已經有了精密及自動化機械，也需要相對應的加工儀器以及正確的加工技術，高精度的產品製造才能達成。
非球面光學零件係一種非常重要的光學零件，常用的有抛物面鏡、雙曲面鏡、橢球面鏡等。非球面光學零件可以獲得球面光學零件無可比擬的良好的成像品質，在光學系統中能夠很好的矯正多種像差，改善成像品質，提高系統鑒別能力，它能以一個或幾個非球面零件代替多個球面零件，從而簡化儀器結構，降低成本並有效的減輕儀器重量。
近些年來，出現了許多種新的非球面超精密加工技術，主要有：電腦數控單點金剛石車削技術、電腦數控磨削技術、電腦數控離子束成形技術、電腦數控超精密拋光技術和非球面複印技術等，這些加工方法，基本上解決了各種非球面鏡加工中所存在的問題。前四種方法運用了數控技術，均具有加工精度較高，效率高等
特點，適於批量生產。
目前，超精密加工係指加工精度為1~0.1μm，表面粗糙度為Ra0.1~0.01μm的加工技術，但這個界限是隨著加工技術的進步不斷變化的，今天的超精密加工可能就是明天的一般加工。超精密加工所要解決的問題，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面狀況，有時有無表面缺陷也是這一問題之核心；二是加工效率，有些加工可以取得較好的加工精度，卻難以取得高的加工效率。超精密加工應該包括微細加工和超微細加工、光整加工等加工技術。
超精密加工之加工方法可分為直軸加工及斜軸加工，直軸加工是指刀具之主軸與工件水平面垂直，斜軸加工是指刀具之主軸傾斜於工件水平面。
然而，傳統的超精密加工人為參與過多，導致加工出來的模具精度不高且加工效率低。而且，由於工藝的限制，直軸加工只適用於加工較大的工件。
因此，有必要提供一種斜軸非球面鏡面加工系統及方法，其可自動控制精密加工設備之刀具對小型工件進行斜軸非球面鏡面精密加工，提高加工工件之精度性。
鑒於以上內容，有必要提供一種斜軸非球面鏡面加工系統及方法，其可自動控制精密加工設備之刀具對小型工件進行斜軸非球面鏡面精密加工，提高加工工件之精度性。
一種斜軸非球面鏡面加工系統，其可控制精密加工設備之刀具對工件進行斜軸加工，該系統包括：加工軌跡設計模組，用於根據需求設計出工件之加工軌跡曲線；加工參數設置模組，用於設置刀具半徑及刀具加工參數；加工軌跡計算模組，用於根據所設計的工件之加工軌跡曲線計算斜軸加工的刀具軌跡座標；加工代碼生成模組，用於根據所述之刀具軌跡座標生成相應的加工代碼；及加工軌跡顯示模組，用於執行所述之加工代碼，顯示刀具斜軸加工軌跡，依此刀具斜軸加工軌跡可對工件進行斜軸非球面鏡面加工。
一種斜軸非球面鏡面加工方法，其可控制精密加工設備之刀具對工件進行斜軸加工，該方法包括如下步驟：根據需求設計出工件之加工軌跡曲線；設置刀具半徑及刀具加工參數；根據所設計的工件之加工軌跡曲線計算斜軸加工的刀具軌跡座標；根據所述之刀具軌跡座標生成相應的加工代碼；及執行所述之加工代碼，顯示刀具斜軸加工軌跡，依此刀具斜軸加工軌跡可對工件進行斜軸非球面鏡面加工。
相較於習知技術，所述之斜軸非球面鏡面加工系統及方法其可自動控制精密加工設備之刀具對小型工件進行斜軸非球面鏡面精密加工，提高加工工件的精度性。
1‧‧‧工件
2‧‧‧刀具
10‧‧‧斜軸非球面鏡面加工系統
11‧‧‧加工軌跡設計模組
12‧‧‧加工參數設置模組
13‧‧‧曲線加圓處理模組
14‧‧‧補償加工模組
15‧‧‧加工軌跡計算模組
16‧‧‧加工代碼生成模組
17‧‧‧加工軌跡顯示模組
圖1係本發明斜軸非球面鏡面加工系統Y-Z平面刀具加工示意圖。
圖2係本發明斜軸非球面鏡面加工系統X-Z平面刀具加工示意圖。
圖3係本發明斜軸非球面鏡面加工系統功能模組圖。
圖4係本發明斜軸非球面鏡面加工方法的較佳實施方式之流程圖。
參閱圖1、圖2所示，分別係本發明斜軸非球面鏡面加工系統Y-Z平面刀具加工示意圖及X-Z平面刀具加工示意圖。該斜軸非球面鏡面加工系統運行於精密加工設備的電腦控制系統上或相應的數位控制設備上，用於控制精密加工設備之刀具2之加工軌跡，以達到進一步對工件1進行斜軸非球面鏡面加工的目的。所述之工件1可以係超硬合金材料的金屬工件，所述刀具2係一種精密加工設備中對工件1進行超精密加工的鑽石砂輪刀具。如圖所示，DE為工件1之中軸線，PQ為刀具2之中軸線，G點為刀具加工過程中刀具2與工件1之切點，O點為刀具加工部分之中心點，OG為刀具加工半徑，線段GT垂直於該G點處加工曲面的切線。在刀具斜軸非球面鏡面加工過程中，所述之工件1以其中軸線DE為軸進行轉動，所述之刀具2以其中軸線PQ為軸轉動進而對工件1進行精密加工，同時該刀具2須與工件1在Y-Z軸方向上有一傾斜角，也即所述之線段GT與刀具2之中軸線PQ即不平行也不垂直，以實現斜軸加工。
參閱圖3所示，係本發明斜軸非球面鏡面加工系統功能模組圖。該斜軸非球面鏡面加工系統10主要包括加工軌跡設計模組11，加工參數設置模組12，曲線加圓處理模組13，補償加工模組14，加工軌跡計算模組15，加工代碼生成模組16及加工軌跡顯示模組17
。
所述之加工軌跡設計模組11用於根據需求設計出待加工工件1的加工軌跡曲線。在本實施方式中，所述待加工工件1的加工軌跡曲線在XZ軸座標上可用公式表示為：
其中，R、K、Ai為非球面形狀定義參數，用於控制及調整待加工的工件1加工軌跡曲線。
所述之加工參數設置模組12用於設置刀具半徑及刀具加工參數。所述之刀具加工參數包括刀具運行速度，切割深度，切割速度等。
所述之曲線加圓處理模組13用於判斷是否需要對待加工工件1的加工軌跡曲線進行加圓處理，及用於當需要進行加圓處理時，對待加工工件1的加工軌跡曲線進行加圓處理。
所述之補償加工模組14用於判斷是否需要補償加工，及當需要補償加工時，導入補償加工資料對所設計的待加工工件1的加工軌跡曲線進行補償處理。
所述之加工軌跡計算模組15用於根據加工軌跡設計模組11所設計的待加工工件1的加工軌跡曲線計算斜軸加工的刀具軌跡座標。所述之斜軸加工的刀具軌跡上每個點的座標到該點處刀具2與工
件1的切點的距離都等於刀具加工半徑OG。
所述之加工代碼生成模組16用於根據所述之斜軸加工的刀具軌跡座標生成相應的加工代碼。
所述之加工軌跡顯示模組17用於執行所述之加工代碼，顯示刀具斜軸加工軌跡，依此刀具斜軸加工軌跡可對工件進行斜軸非球面鏡面加工。
參閱圖4所示，係本發明斜軸非球面鏡面加工方法的較佳實施方式的流程圖。首先，步驟S11，加工軌跡設計模組11根據需求設計出待加工工件1的加工軌跡曲線。在本實施方式中，所述待加工工件1的加工軌跡曲線在XZ軸座標上可用公式表示為：
其中，R、K、Ai為非球面形狀定義參數，用於控制及調整待加工的工件1加工軌跡曲線。
步驟S12，加工參數設置模組12設置刀具半徑及刀具加工參數。所述之刀具加工參數包括刀具運行速度，切割深度，切割速度等。
步驟S13，曲線加圓處理模組13判斷是否需要對待加工工件1的加工軌跡曲線進行加圓處理。
步驟S14，當需要進行加圓處理時，曲線加圓處理模組13對待加
工工件1的加工軌跡曲線進行加圓處理。
步驟S15，補償加工模組14判斷是否需要補償加工。
步驟S16，當需要補償加工時，補償加工模組14導入補償加工資料對所設計的待加工工件1的加工軌跡曲線進行補償處理。
步驟S17，加工軌跡計算模組15根據所設計的待加工工件1的加工軌跡曲線計算斜軸加工的刀具軌跡座標。所述之斜軸加工的刀具軌跡上每個點的座標到該點處刀具2與工件1的切點的距離都等於刀具加工半徑OG。
步驟S18，加工代碼生成模組16根據所述之斜軸加工的刀具軌跡座標生成相應的加工代碼。
步驟S19，加工軌跡顯示模組17執行所述之加工代碼，顯示刀具斜軸加工軌跡，依此刀具斜軸加工軌跡可對工件進行斜軸非球面鏡面加工。
在步驟S13中，若不需要對待加工工件1的加工軌跡曲線進行加圓處理時，則轉到步驟S15進行執行。
在步驟S15中，若不需要需要補償加工時，則轉到步驟S17進行執行。
10‧‧‧斜軸非球面鏡面加工系統
11‧‧‧加工軌跡設計模組
12‧‧‧加工參數設置模組
13‧‧‧曲線加圓處理模組
14‧‧‧補償加工模組
15‧‧‧加工軌跡計算模組
16‧‧‧加工代碼生成模組
17‧‧‧加工軌跡顯示模組
Claims (8)
- 一種斜軸非球面鏡面加工系統，其可控制精密加工設備之刀具對工件進行斜軸加工，該系統包括：加工軌跡設計模組，用於根據需求設計出工件之加工軌跡曲線；加工參數設置模組，用於設置刀具半徑及刀具加工參數；加工軌跡計算模組，用於根據所設計的工件之加工軌跡曲線計算斜軸加工的刀具軌跡座標；加工代碼生成模組，用於根據所述之刀具軌跡座標生成相應的加工代碼；及加工軌跡顯示模組，用於執行所述之加工代碼，顯示刀具斜軸加工軌跡，依此刀具斜軸加工軌跡可對工件進行斜軸非球面鏡面加工。
- 如申請專利範圍第1項所述之斜軸非球面鏡面加工系統，其中該系統還包括曲線加圓處理模組，用於判斷是否需要對工件之加工軌跡曲線進行加圓處理，及當需要進行加圓處理時，對工件之加工軌跡曲線進行加圓處理。
- 如申請專利範圍第1項所述之斜軸非球面鏡面加工系統，其中該系統還包括補償加工模組，用於判斷是否需要補償加工，及當需要補償加工時，導入補償加工資料對所設計的工件之加工軌跡曲線進行補償處理。
- 如申請專利範圍第1項所述之斜軸非球面鏡面加工系統，其中所述之刀具加工參數包括刀具運行速度、切割深度及切割速度。
- 一種斜軸非球面鏡面加工方法，其可控制精密加工設備之刀具對工件進行斜軸加工，其中該方法包括如下步驟：根據需求設計出工件之加工軌跡曲線；設置刀具半徑及刀具加工參數；根據所設計的工件之加工軌跡曲線計算斜軸加工的刀具軌跡座標；根據所述之刀具軌跡座標生成相應的加工代碼；及執行所述之加工代碼，顯示刀具斜軸加工軌跡，依此刀具斜軸加工軌跡可對工件進行斜軸非球面鏡面加工。
- 如申請專利範圍第5項所述之斜軸非球面鏡面加工方法，其中在根據加工軌跡曲線計算斜軸加工的刀具軌跡座標的步驟之前還包括：判斷是否需要對工件之加工軌跡曲線進行加圓處理；當需要進行加圓處理時，對工件之加工軌跡曲線進行加圓處理。
- 如申請專利範圍第5項所述之斜軸非球面鏡面加工方法，其中在根據加工軌跡曲線計算斜軸加工的刀具軌跡座標的步驟之前還包括：判斷是否需要補償加工；若需要補償加工，則導入補償加工資料對所設計的工件之加工軌跡曲線進行補償處理。
- 如申請專利範圍第5項所述之斜軸非球面鏡面加工方法，其中所述之刀具加工參數包括刀具運行速度、切割深度及切割速度。
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2007
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