一種基于cam的異形透鏡加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于異形透鏡技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于CAM的異形透鏡加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 球面透鏡是指從透鏡的中心到邊緣具有恒定的曲率，而非球面透鏡則是從中心到 邊緣的曲率連續(xù)發(fā)生變化。非球面透鏡的曲率半徑隨著中心軸而變化，用以改進(jìn)光學(xué)品質(zhì)， 減少光學(xué)元件，降低設(shè)計(jì)成本;這種透鏡具有更加的曲率半徑，可以維持良好的像差修正， 以獲得所需要的性能。非球面透鏡由于在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)考慮到校正的因素，一片可以替代 好幾片球面透鏡補(bǔ)償像差，能夠非常明顯的簡(jiǎn)化光學(xué)設(shè)計(jì)。相對(duì)于球面透鏡，非球面透鏡具 有出色的銳度和更高的分辨率，同時(shí)鏡頭的小型化設(shè)計(jì)成為了可能，因此在光學(xué)儀器、圖 像、光電子工業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 雖然非球面透鏡在性能上大大優(yōu)于球面透鏡，但是其加工和檢驗(yàn)要比球面透鏡復(fù) 雜和困難得多?，F(xiàn)有技術(shù)中，CN101046521A公開了一種非對(duì)稱非球面透鏡的加工方法，是將 透鏡固定在旋轉(zhuǎn)的帶有編碼器的主軸上，主軸設(shè)置在托板上，在透鏡加工曲面相對(duì)的位置 上設(shè)置有擺動(dòng)角和擺動(dòng)半徑可同時(shí)變化的旋轉(zhuǎn)磨頭，將非對(duì)稱非球面透鏡曲率半徑編制成 數(shù)字信號(hào)，用數(shù)字信號(hào)三軸CNC數(shù)控系統(tǒng)來(lái)同時(shí)控制旋轉(zhuǎn)磨頭擺動(dòng)角和擺動(dòng)半徑以及主軸 旋轉(zhuǎn)角度，使磨頭產(chǎn)生與非對(duì)稱非球面透鏡曲面素線相同的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而完成非對(duì)稱非 球面透鏡的加工。該方法的加工干涉性很小，但是加工時(shí)要求主軸、旋轉(zhuǎn)磨頭及其擺動(dòng)角、 擺動(dòng)半徑同時(shí)實(shí)現(xiàn)精密配合，難度較大且只適合簡(jiǎn)單形狀非球面透鏡的粗加工。 CN103481155A公開了一種Si非球面透鏡的數(shù)控加工方法，包括如下步驟:制作拋光模具，非 球面最佳擬合半徑Rf，硬質(zhì)鋁模具的半徑R m，聚氨酯模層厚度h，硬質(zhì)率模具和聚氨酯之間用 軟膠粘接，Rf = Rm±h，凸面取"+"，凹面取制作套環(huán)夾具，套環(huán)口徑比零件直徑大0.05mm ~0.1mm，將透鏡放進(jìn)套環(huán)后鎖緊夾具;計(jì)算修整模層的角度，用電鍍金剛石修整砂輪修聚 氨酯膜層;用制作好的拋光模具、套環(huán)和電子純拋光液粗拋光Si透鏡的零件表面;用制作好 的拋光模具、套環(huán)和電子純拋光液粗拋光Si透鏡;小修磨拋光頭，對(duì)非球面面形進(jìn)行修整， 直至達(dá)到要求。該方法需要用到模具，工藝復(fù)雜，流程長(zhǎng)，過(guò)程精度難以控制。
[0004] 異形透鏡是指外形不規(guī)則、不對(duì)稱的透鏡。異形透鏡的外形往往較為復(fù)雜，采用光 學(xué)數(shù)控的方法進(jìn)行加工，過(guò)程難以控制;大部分光學(xué)數(shù)控成型設(shè)備，安裝的是廠商開發(fā)的模 塊化軟件，只能完成簡(jiǎn)單外形透鏡的銑磨成型工作，但異形透鏡的外形復(fù)雜，受設(shè)備及軟件 限制，通常無(wú)法加工。目前，異形透鏡多依靠手工銑磨成型，精度不高、重復(fù)性差、效率低、廢 品率較高，對(duì)操作人員技能水平要求較高，難以規(guī)?；a(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種基于CAM的異形透鏡加工方法，解決現(xiàn)有異形透鏡加工 困難、精度低、效率不高的問(wèn)題。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種基于CAM的異形透鏡加工方法，包括下列步驟：
[0008] 1)建立回轉(zhuǎn)對(duì)稱的鏡坯模型，并剪切成目標(biāo)異形透鏡模型；
[0009] 2)采用右手坐標(biāo)系，確定坐標(biāo)原點(diǎn)為:X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)的零點(diǎn)位于鏡坯模型的回轉(zhuǎn)軸 線上，Z坐標(biāo)的零點(diǎn)與鏡坯上用于與工裝配合的安裝面的距離d = AZ-H，AZ為加工設(shè)備Z軸 的絕對(duì)零點(diǎn)與工件軸端面Z方向的差值，Η為工裝的高度；
[0010] 3)CAM生成刀具軌跡；
[0011] 4)后置處理，生成NC程序代碼，轉(zhuǎn)換工具軸和冷卻液控制代碼得加工程序；
[0012] 5)依據(jù)鏡坯上用于與工裝配合的安裝面，將鏡坯安裝在工裝上，打表鏡坯外圓，控 制圓跳動(dòng)在0.01mm以內(nèi)，得帶鏡坯工裝；
[0013] 6)將帶鏡坯工裝安裝在銑磨裝置中，按加工程序銑磨鏡坯外形，至外形尺寸及角 度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，拆下，即得。
[0014]優(yōu)選的，步驟1)中，采用UG建立模型。
[0015] 所述工裝為筒形結(jié)構(gòu)，外側(cè)中部設(shè)有限位臺(tái)階;筒形結(jié)構(gòu)內(nèi)部為通孔，一端端面形 成用于支撐鏡坯的支撐面。
[0016] 步驟2)中，ΛΖ的計(jì)算方法為:將一件零件直接固定在加工設(shè)備工件軸端面上，采 用加工設(shè)備試磨該零件的端面，記錄加工時(shí)工件軸實(shí)際的Z值，之后測(cè)量該零件的厚度，用 記錄的Z值減去該零件的厚度，即得ΛΖ。
[0017] 步驟2)中，工裝的高度為從工裝的限位臺(tái)階至支撐面的距離。本發(fā)明的方法也可 以采用無(wú)限位臺(tái)階的筒形結(jié)構(gòu)作為工裝，工裝的高度為筒形結(jié)構(gòu)的高度。
[0018] 步驟3)中，CAM生成刀具軌跡之前，設(shè)置刀具直徑、進(jìn)給速率和每刀進(jìn)給量的參數(shù)。 [0019] 優(yōu)選的，刀具直徑為φ 90mm，進(jìn)給速率為F30mm/min~F50mm/min，每刀進(jìn)給量為 0.5mm〇
[0020] 步驟4)中，工具軸和冷卻液控制代碼包括:工具軸旋轉(zhuǎn)方向、工具軸轉(zhuǎn)速、工具軸 冷卻液噴、工具軸冷卻液閉、程序停止。
[0021] 工具軸和冷卻液控制代碼包括:M3 = 3(工具軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)），S3 = 2000(工具軸轉(zhuǎn) 速2000rpm)，M3 = 8(工具軸冷卻液噴），M3 = 9(工具軸冷卻液閉），M5 = 3(程序停止）。
[0022] 步驟4)中，將得到的加工程度傳至銑磨裝置。優(yōu)選的，所述銑磨裝置為光學(xué)加工中 心。
[0023] 步驟5)中，將鏡坯安裝在工裝上的方法為用蠟將鏡坯粘接在工裝上；后打表鏡坯 外圓，控制圓跳動(dòng)在0.01mm以內(nèi)，冷卻至室溫，得帶鏡坯工裝。粘接所用的蠟事先加熱熔化， 粘接時(shí)按壓鏡坯保證蠟層均勻。
[0024] 步驟6)中，銑磨所用的工具為蝶形砂輪，蝶形砂輪的工作面為柱面。
[0025]所述蝶形砂輪為金剛石砂輪，金剛石的粒度為D91，金剛石的濃度為C35。
[0026]本發(fā)明的基于CAM的異形透鏡加工方法，通過(guò)建立回轉(zhuǎn)對(duì)稱的鏡坯模型，依據(jù)鏡坯 的安裝面確定坐標(biāo)原點(diǎn)，轉(zhuǎn)換工具軸和冷卻液控制代碼得加工程序，利用帶鏡坯工裝按加 工程序銑磨鏡坯外形，實(shí)現(xiàn)了異形透鏡外形的加工成型，擺脫了手工銑磨精度差、效率低等 缺點(diǎn);該方法使用數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)透鏡的復(fù)雜外形加工，突破機(jī)床自帶模塊化軟件的限制，提 高了加工效率和加工精度;該加工方法避免了廢品的產(chǎn)生，降低了加工廢品率;工藝簡(jiǎn)單， 操作方便，具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為實(shí)施例1中異形透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為圖1的側(cè)視圖；
[0029] 圖3為實(shí)施例1的加工方法中建立模型的坐標(biāo)系示意圖；
[0030] 圖4為實(shí)施例1的加工方法中的磨銑示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】 [0032] 中，所用的銑磨裝置為光學(xué)加工中心，型號(hào)MCG250;所用的測(cè)量設(shè)備 為三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x。
[0033]首先計(jì)算該銑磨裝置(MCG250)的ΛΖ:將一件零件直接固定在加工設(shè)備工件軸端 面上，采用加工設(shè)備試磨該零件的端面，記錄加工時(shí)工件軸實(shí)際的Z值，之后測(cè)量該零件的 厚度，用記錄的Z值減去該零件的厚度，即得ΛΖ = -75.55_。
[0034] 實(shí)施例1
[0035] 本實(shí)施例所要加工的異形透鏡的外形如圖1、2所示，工藝要求為(長(zhǎng)度單位為mm):
[0036] 尺寸：33.4:=、3L25:=、27·2±0·1、27·2±0·1;
[0037] 圓弧半徑：R52.645±0.1、R38.355±0.1;
[0038] 倒圓角：R1;
[0039] 角度：160?！?，、160?！?,；
[0040] 粗糙度:Ra 3.2。
[0041 ]本實(shí)施例的基于CAM的異形透鏡加工方法，包括下列步驟：
[0042] 1)UG7.5建立Φ 50.6mm的回轉(zhuǎn)對(duì)稱的鏡坯模型（圓形），一面為平面(該平面即為用 于與工裝配合的安裝面），另一面為凸面，曲面半徑為66.385mm;依據(jù)圖1、2及工藝要求，剪 切成目標(biāo)異形透鏡模型；
[0043] 2)采用右手坐標(biāo)系，如圖3所示，找到剪切前圓形的鏡坯模型的回轉(zhuǎn)軸，確定坐標(biāo) 原點(diǎn)為:X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)的零點(diǎn)位于鏡坯模型的回轉(zhuǎn)軸線上，Z坐標(biāo)的零點(diǎn)與鏡坯上用于與工 裝配合的安裝面（平面）的距離 d = _75 · 55mm-H=-75 · 55mm-64mm=-139 · 55mm，H=64mm 為工 裝的高度；
[0044] 如圖4所示，所述工裝2為筒形結(jié)構(gòu)，外側(cè)中部設(shè)有限位臺(tái)階2-1;筒形結(jié)構(gòu)內(nèi)部為 通孔2-2，一端端面2-3形成用于支撐鏡坯的支撐面;該支撐面與鏡坯1的安裝面相配合；
[0045] 其中，工裝的高度H=64mm為從工裝2的限位臺(tái)階2-1至支撐面2-3的距離；
[0046] 3)設(shè)置刀具直徑為Φ90πιπι，慢速進(jìn)給速率為F50mm/min，加工進(jìn)給速率為F30mm/ min，每刀進(jìn)給量為0.5mm，CAM生成刀具軌跡；
[0047] 4)后置處理；
[0048] 生成NC程序代碼：
[0049] G17 G54
[0050] TOO D1
[0051 ] S2000 M03
[0052] GOO X50.657Y-61.07
[0053] Z239.55
[0054] Z142.55
[0055] G01 Z139.55F50.
[0056] G03 X44.403 Y-60.411 CR = 30.
[0057] X34.142 Y-62.22 CR = 30.
[0058] G01 X26.Y-65.183 F30.
[0059] G02 X7.19 Y-68.5 CR = 55.
[0060] G01 X-7.19
[0061 ] G02 X-26.001 Y-65.183 CR = 55.
[0062] G01 X-41.964 Y-59.373
[0063] G02 X-78.811 Y-6.75 CR = 56.
[0064] X-72.672 Y18.741 CR = 56.
[0065] X-70.224 Y26.527 CR = 24.406
[0066] G02 X-14.746 Y74.9 CR = 56.
[0067] G01 X15.021
[0068] G02 X64.606 Y44.927 CR = 56.
[0069] X78.646 Y.721 CR=132.577
[0070] X79.131 Y-