專利名稱：一種加工菲涅耳透鏡的金剛石刀具的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超精密加工技術(shù)，具體說就是一種加工菲涅耳透鏡的金剛石刀具的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
超精密車削加工菲涅耳結(jié)構(gòu)時(shí)通常使用帶有圓弧刃的金剛石刀具，根據(jù)切削原理，刀具的刃形將會復(fù)印在加工工件上，這將會降低菲涅耳透鏡的光學(xué)效率，且刀尖圓弧半徑越大，光能損失越大。
此外，常規(guī)金剛石超精密車削加工菲涅耳透鏡結(jié)構(gòu)時(shí)，菲涅耳透鏡的球面、非球面結(jié)構(gòu)是靠機(jī)床的多個軸進(jìn)行插補(bǔ)后完成的，存在一定的原理性加工誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于金剛石超精密車削加工菲涅耳透鏡的金剛石刀具設(shè)計(jì)方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的在進(jìn)行金剛石刀具設(shè)計(jì)時(shí)，需要設(shè)計(jì)的主要參數(shù)有偏角θ，刀尖角，刀尖圓弧半徑Rt和刀尖過渡半徑Rm。
偏角θ的設(shè)計(jì)原則主要是保證當(dāng)加工最外環(huán)帶的階梯面時(shí)，不能發(fā)生干涉；刀尖角

的設(shè)計(jì)原則是一方面保證在加工最外環(huán)帶的球與階梯面連接處時(shí)，不發(fā)生干涉，另一方面保證刀具刀尖的強(qiáng)度；刀尖圓弧半徑Rt，和刀尖過渡半徑Rm設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的因素是刀尖圓弧半徑會影響菲涅耳透鏡的衍射效率。其金剛石刀具的參數(shù)是這樣設(shè)計(jì)的 假設(shè)要加工的菲涅耳透鏡的尺寸參數(shù)為焦距f，工件直徑D，設(shè)計(jì)光波長λ0，相位深度因子M，介質(zhì)折射率n，則根據(jù)菲涅耳透鏡相關(guān)設(shè)計(jì)公式可得 可加工環(huán)帶數(shù) 最大浮雕深度 第m環(huán)帶的環(huán)帶半徑 偏角θ的設(shè)計(jì)過程若要求加工最外環(huán)帶階梯面時(shí)刀具擺角，首先需要求出環(huán)帶上球面半徑R，根據(jù)菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)參數(shù)可知，各點(diǎn)坐標(biāo)，A(rmax，0)，B(rmax-1，h)，C(rmax-1，0)，

則直線AB的斜率直線FO的方程可表示為將k和F點(diǎn)的坐標(biāo)代入，求得直線FO的方程，根據(jù)此方程可得O點(diǎn)坐標(biāo)。
綜上所述，環(huán)帶上球面半徑當(dāng)加工最外環(huán)帶階梯面時(shí)，刀具擺角為保證切削階梯時(shí)不發(fā)生干涉，要保證刀具與階梯面之間有一定的夾角α，則偏角θ＝α+β。
刀尖角

的設(shè)計(jì)過程，

刀尖圓弧半徑Rt設(shè)計(jì)時(shí)考慮到刀尖圓弧半徑會影響菲涅耳透鏡的衍射效率，刀尖圓弧半徑Rt≤0.005mm。刀尖過渡半徑Rm設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮到刀具強(qiáng)度，一般0.05mm≤Rm≤1.5mm。
本發(fā)明一種加工菲涅耳透鏡的金剛石刀具設(shè)計(jì)方法，所設(shè)計(jì)的金剛石刀具可以實(shí)現(xiàn)高精度菲涅耳透鏡的加工，可以消除常規(guī)加工中原理性誤差，本發(fā)明的金剛石刀具可以降低由于圓弧半徑導(dǎo)致的菲涅耳透鏡結(jié)構(gòu)光能損失。


圖1為菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)圖； 圖2為刀具偏角圖； 圖3為加工最外環(huán)帶階梯刀具擺角圖； 圖4為刀尖角圖； 圖5為加工最外環(huán)帶球面時(shí)最大刀尖角圖； 圖6為刀尖圓弧半徑Rt和刀尖過渡半徑Rm圖。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1，結(jié)合圖1，菲涅耳透鏡的設(shè)計(jì)參數(shù)為焦距f，工件直徑D，設(shè)計(jì)光波長λ0，相位深度因子M，介質(zhì)折射率n。根據(jù)菲涅爾透鏡相關(guān)設(shè)計(jì)公式可得 可加工環(huán)帶數(shù) 最大浮雕深度 第m環(huán)帶的環(huán)帶半徑 實(shí)施例2，結(jié)合圖2、圖3、圖4、圖5、圖6，本發(fā)明一種加工菲涅耳透鏡的金剛石刀具設(shè)計(jì)方法，所述的金剛石刀具參數(shù)設(shè)計(jì)如下 偏角θ的設(shè)計(jì)計(jì)算過程要求加工最外環(huán)帶階梯面時(shí)刀具擺角，首先需要求出環(huán)帶上球面半徑R，根據(jù)菲涅耳透鏡設(shè)計(jì)參數(shù)可知，各點(diǎn)坐標(biāo)，A(rmax，0)，B(rmax-1，h)，C(rmax-1，0)，

則直線AB的斜率直線FO的方程可表示為將k和F點(diǎn)的坐標(biāo)代入，求得直線FO的方程，根據(jù)此方程可得O點(diǎn)坐標(biāo)。
綜上所述，環(huán)帶上球面半徑當(dāng)加工最外環(huán)帶階梯面時(shí)，刀具擺角為保證切削階梯時(shí)不發(fā)生干涉，要保證刀具與階梯面之間有一定的夾角α，如圖3所示，則偏角θ＝α+β。
刀尖角

的計(jì)算過程如圖5所示，
刀尖圓弧半徑Rt設(shè)計(jì)時(shí)考慮到刀尖圓弧半徑會影響菲涅耳透鏡的衍射效率，刀尖圓弧半徑Rt≤0.005mm。刀尖過渡半徑Rm設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮到刀具強(qiáng)度，一般0.05mm≤Rm≤1.5mm。
權(quán)利要求
1.一種加工菲涅耳透鏡的金剛石刀具的設(shè)計(jì)方法，在進(jìn)行金剛石刀具設(shè)計(jì)時(shí)，需要設(shè)計(jì)的主要參數(shù)有偏角θ，刀尖角
，刀尖圓弧半徑Rt和刀尖過渡半徑Rm；
偏角θ的設(shè)計(jì)原則主要是保證當(dāng)加工最外環(huán)帶的階梯面時(shí)，不能發(fā)生干涉；刀尖角
的設(shè)計(jì)原則是一方面保證在加工最外環(huán)帶的球與階梯面連接處時(shí)，不發(fā)生干涉，另一方面保證刀具刀尖的強(qiáng)度；刀尖圓弧半徑Rt和刀尖過渡半徑Rm設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的因素是刀尖圓弧半徑會影響菲涅耳透鏡的衍射效率；其金剛石刀具的參數(shù)是這樣設(shè)計(jì)的
假設(shè)要加工的菲涅耳透鏡的尺寸參數(shù)為焦距f，工件直徑D，設(shè)計(jì)光波長λ0，相位深度因子M，介質(zhì)折射率n，則根據(jù)菲涅爾透鏡相關(guān)設(shè)計(jì)公式可得
可加工環(huán)帶數(shù)
最大浮雕深度
第m環(huán)帶的環(huán)帶半徑
偏角θ的設(shè)計(jì)過程若要求加工最外環(huán)帶階梯面時(shí)刀具擺角，首先需要求出環(huán)帶上球面半徑R，根據(jù)菲涅耳透鏡設(shè)計(jì)參數(shù)可知，各點(diǎn)坐標(biāo)，A(rmax，0)，B(rmax-1，h)，C(rmax-1，0)，
則直線AB的斜率則直線FO的方程可表示為將k和F點(diǎn)的坐標(biāo)代入，求得直線FO的方程，根據(jù)此方程可得O點(diǎn)坐標(biāo)；綜上所述，環(huán)帶上球面半徑當(dāng)加工最外環(huán)帶階梯面時(shí)，刀具擺角為保證切削階梯時(shí)不發(fā)生干涉，要保證刀具與階梯面之間有一定的夾角α，則偏角θ＝α+β；
刀尖角
的設(shè)計(jì)過程
刀尖圓弧半徑Rt設(shè)計(jì)時(shí)考慮到刀尖圓弧半徑會影響菲涅耳透鏡的衍射效率，刀尖圓弧半徑Rt≤0.005mm；刀尖過渡半徑Rm設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮到刀具強(qiáng)度，一般0.05mm≤Rm≤1.5mm。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于金剛石超精密車削加工菲涅耳透鏡的金剛石刀具設(shè)計(jì)方法。在進(jìn)行金剛石刀具設(shè)計(jì)時(shí)，需要設(shè)計(jì)的主要參數(shù)有偏角θ，刀尖角φ，刀尖圓弧半徑Rl和刀尖過渡半徑Rm。偏角θ的設(shè)計(jì)原則主要是保證當(dāng)加工最外環(huán)帶的階梯面時(shí)，不能發(fā)生干涉；刀尖角φ的設(shè)計(jì)原則是一方面保證在加工最外環(huán)帶的球與階梯面連接處時(shí)，不發(fā)生干涉，另一方面保證刀具刀尖的強(qiáng)度；刀尖圓弧半徑Rl和刀尖過渡半徑Rm設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的因素是刀尖圓弧半徑會影響菲涅耳透鏡的衍射效率。所設(shè)計(jì)的金剛石刀具可以實(shí)現(xiàn)高精度菲涅耳透鏡的加工，可以消除常規(guī)加工中原理性誤差，可以降低由于圓弧半徑導(dǎo)致的菲涅耳透鏡結(jié)構(gòu)光能損失。
文檔編號B28D1/16GK101367252SQ200810137118
公開日2009年2月18日 申請日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者明 周, 陳時(shí)錦, 張海軍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)