專利名稱：具有偏離主軸軸線的頂點的表面的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及加工具有偏離主軸軸線的軸線的表面。特別地， 一個實施例涉及在使用擺動刀具的切削工藝中補償?shù)毒邘缀涡螤睢?br> 背景技術(shù)：
用車床加工透鏡是用于生產(chǎn)硬性透氣性透鏡(RGPs )的優(yōu)選技術(shù)。隨 著計算機數(shù)控(CNC)的出現(xiàn)，用車床加工接觸透鏡成為一種更加可行的 批量生產(chǎn)透鏡的手段，但是最優(yōu)選的方法可能是DSM (雙側(cè)模制)工藝。
車床加工可能是用于生產(chǎn)專用透鏡例如針對遠視和散光的透鏡或定制 透鏡的優(yōu)選技術(shù)。作為一種加工技術(shù)，與任何其它工藝很類似，車床加工 需要特定的公差，但是刀具磨損/補償也需要額外的機加工步驟以實現(xiàn)所希 望的公差。
車床加工可用于生產(chǎn)透鏡和/或透鏡模具的正面和/或背面。在背面車床 加工或機加工中，可使用坯體或扣狀體(button)。坯體可被供給到卡盤 中以保持扣狀體。 一旦坯體被卡盤保持，則保持卡盤和扣狀體的主軸開始 旋轉(zhuǎn)，并且朝切削刀具進給或前進。切削刀具可由各種材料制成。示例性 的或優(yōu)選的材料包括極硬的材料例如金剛石等。用車床加工透鏡或模具的 第一步是將坯體用車床加工成合適的部件直徑。然后，可使用粗加工刀具 通過多次預編程的切削來切削出初始的背面幾何形狀。通常，需要另一個 步驟來進行最終切削?？赏ㄟ^調(diào)整進給或前進量和/或主軸轉(zhuǎn)速針對深度和 幾何形狀調(diào)整每一漸進路徑切削。坯體/部件的背面也可以任何常規(guī)的方式 被拋光。
在背面被機加工之后，可支撐正面。在此處理中，可使用低熔點蠟將部件安裝到正面刀具中。此蠟安裝步驟有助于避免以下潛在情況其中背 面沒有與主軸的軸線成直角，這可能在生成的模具或透鏡中導致不希望的 棱鏡。在支撐/安裝之后，對正面進行車床加工。類似于背面的車床加工， 將部分拋光的部件(扣狀體)固定到卡盤中或卡盤上，以保持該部分拋光 的扣狀體。該部分拋光的扣狀體必須由車床定位，這通常利用建立中心基 準點的傳感器探針實現(xiàn)。此基準點使計算機數(shù)控車床中的計算機/控制器能 夠計算為了達到需要的或希望的透鏡中心厚度，切削刀具所必需進給或前 進的量。
上述工藝通常用于對稱設(shè)計。但是常常需要不對稱的透鏡和透鏡模具， 例如針對遠視或散光設(shè)計的透鏡。這些類型的透鏡和對應的模具可具有與 主軸和/或透鏡中心不是相同軸線的光學或加工軸線。例如，該部件可能需 要從最大厚度點被切削，該最大厚度點可能不是該部件的幾何中心。用于 生成這些透鏡或模具的技術(shù)包括使部件偏移以便該部件的軸線與主軸的中 心軸線對齊。該方法的效率低，這是因為必須多次移動部件以進行切削和 完成幾何形狀。本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的這些缺陷以及其它缺陷。
本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可實現(xiàn)本申請中的實施例的許多變型 和修改而不會背離本發(fā)明的獨創(chuàng)性概念的精神和范圍。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)前述目標，才艮據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于切削具有 相對于主軸軸線偏心的部件頂點的表面的方法，該方法包括以下步驟使 偏心頂點與主軸軸線對齊；限定距主軸軸線一定徑向距離的中心軸線；將 部件設(shè)計特性化為 一 系列點；將所述一系列點翻譯成疊加高度地形圖 (stacked elevational map );將疊加高度地形圖存儲為第一微型文件；補 償?shù)毒邘缀涡螤?；使用幾何形狀補償值生成第二微型文件；將第二微型文 件傳遞給計算機數(shù)控車床；以及根據(jù)第二微型文件使用擺動刀具切削部件 材料。
在本發(fā)明的實施例中以及根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供一種用于補償金剛石刀具幾何形狀的方法，該方法可包括以下步驟生成部件表面的表 示；針對特定位置計算X和Z值；計算金剛石刀具相對于待切削的表面點 的預期位置；補償金剛石刀具半徑以確定合適的刀具位置，以產(chǎn)生重新計 算的點；以及計算幾何形狀被補償?shù)牧阕游缇€。在一些實施例中，該方法 可包括這樣的方面其中生成部件表示的步驟包括將部件表面表示為螺線， 并且在該螺線中限定子午線。在另外的實施例中，針對特定位置計算X和 Z值的步驟還可包括測量螺線的兩條曲線之間的距離；然后用子午線的 數(shù)量除所述曲線之間的距離；以及換算出沿零子午線的Z值。
在另外的實施例中，該方法可包括以下方面其中計算金剛石刀具的 預期位置包括從零子午線向正在被補償?shù)淖游缇€以刀具軸線角投影一條 線；以及正交于先前步驟中確定的點投影一向量以找到金剛石刀具的中心。 刀具軸線角可在大約0度和大約45度之間。在另外的實施例中，補償步驟 還可包括使預期表面位置垂直于當前子午線偏離刀具半徑值。計算幾何形 狀被補償?shù)牧阕游缇€的步驟還可包括使重新計算出的點圍繞原點旋轉(zhuǎn)刀具 軸線角，并且對計算出的每個點處的最高和最低子午線的值求平均。該方 法還可包括將所有刀具幾何形狀補償值記錄在微型文件中的步驟?？筛鶕?jù) 本發(fā)明的方法生產(chǎn)的示例性表面或部件包括例如透鏡和透鏡模具。


圖1示出其中光軸不與中心軸線對齊的示例性透鏡或透鏡模具表面。
圖2示出圖1的透鏡或透鏡模具表面的構(gòu)建地形圖(build-map)。
圖3示出透鏡或模具的幾何形狀的螺線表示。
圖4示出具有限定的子午線點的圖3的螺線表示。
圖5示出刀具幾何形狀補償方法的圖示。
具體實施例方式
下文將詳細描述本發(fā)明的實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可 實現(xiàn)各種變型和修改而不會背離本發(fā)明的范圍或精神。例如，作為一個實施例的一部分示出或描述的特征可用于另 一實施例以得到又一個實施例。 因此，本發(fā)明旨在覆蓋在所附權(quán)利要求及其等同方案的范圍內(nèi)的變型和修 改。本發(fā)明的其它目的、特征和方面在下文的詳細描述中被公開或者是顯 而易見的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應理解，以下僅是對示例性實施例的描述， 而不是旨在限制本發(fā)明的更寬的方面。
除非另外限定，否則這里使用的所有科技術(shù)語的含義與本發(fā)明所屬領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員通常理解的含義相同?？傮w上，這里所使用的命名法和 制造工藝是本領(lǐng)域公知且常用的。這些工藝使用傳統(tǒng)的方法，例如本領(lǐng)域 和各種一般參考文獻中提供的那些方法。當術(shù)語用單數(shù)表示時，發(fā)明人還 設(shè)想存在該術(shù)語的復數(shù)形式。
這里的實施例旨在提供一種使用擺動刀具用車床加工具有偏離主軸軸 線的軸線的表面的有效方法。該方法是對現(xiàn)有技術(shù)的改進，并且提供了使 得在切削操作期間部件的"重新卡緊"最少的方法。
參照圖1，其中示意性地示出透鏡設(shè)計的側(cè)剖視圖。在圖1中，示出
透鏡IO，該透鏡10的光學頂點20偏離透鏡10的中心軸線30。在此實施 例中，主軸的軸線(為了清楚起見未示出)不與部件(透鏡)的頂點20 或者該部件的頂端(point)或最大厚度對齊。相反，該部件的頂點20偏 離中心軸線30和主軸軸線，并且可進一步偏離透鏡10的光軸(以虛線40 示出)。主軸軸線和光軸可對齊。
計算機數(shù)控車床加工通過根據(jù)透鏡或模具設(shè)計對車床編程進行切削來 實現(xiàn)。這可通過數(shù)學以及各種軟件來實現(xiàn)，所述各種軟件包括能夠表示三 維圖像的軟件和CAD/CAM軟件。但是，對于所有目的，透鏡或模具設(shè)計 都必須被"翻譯"成一系列點，所述一系列點與計算機數(shù)控車床能夠識別 和切削的從數(shù)學上限定的曲線相對應。
在一個實施例中，可通過將設(shè)計分成多個區(qū)段首先對設(shè)計分類。 一旦 已將設(shè)計表達為一系列點，則可將該設(shè)計翻譯成如圖3所示的部件70的疊 加高度地形圖，該部件可以是例如透鏡或模具。此信息或數(shù)據(jù)被存儲為"微 型文件"，即，包含以下信息的數(shù)據(jù)文件所述信息包括用于透鏡的標題(header)或標識的信息以及與透鏡的幾何形狀有關(guān)的信息兩者，所迷數(shù) 據(jù)采用可由計算機控制的加工裝置例如計算機控制的車床解釋的形式。 2006年3月16日公布的美國專利申請No. 20060055876A1中公開了與以 下方法有關(guān)的附加信息該方法用于將所希望的透鏡設(shè)計轉(zhuǎn)換成將在計算 機控制的加工系統(tǒng)中生產(chǎn)的接觸透鏡的幾何形狀。
微型文件生成構(gòu)建地形圖，例如圖2中所示的構(gòu)建地形圖50。圖2中 所示的每條線60限定了切削刀具切削透鏡的特定橫截面時所遵循的路徑。 為了清楚起見，圖2中僅示出數(shù)條線60;但是應理解，可以繪制和使用更 多條切削刀具所遵循的路徑，并且通常如此。擺動刀具是這樣限定的將 金剛石切削刀具(或其它切削部件)安裝在Variform (可從Precitech公 司得到，該公司在Keene， New Hampshire具有辦事處)上或其它合適設(shè)備 上，其能夠在車床主軸旋轉(zhuǎn)時擺動，從而產(chǎn)生非旋轉(zhuǎn)對稱的表面。
對于擺動刀具，在生成微型文件之后必須執(zhí)行一個附加步驟。此步驟 被稱為"刀具幾何形狀補償"，其設(shè)計成補償金剛石刀具的半徑和形狀， 并且與例如簡單的刀具磨損補償不同。當金剛石刀具擺動進入和離開該部 件時，車床上的計算機數(shù)控系統(tǒng)就如同刀具的金剛石刀頭是理論鋒刃、即 不具有可察覺的半徑的有限點一樣來計算或控制切削。實際上，任何金剛 石刀頭都具有每個金剛石所特有的半徑。如果此刀頭半徑未被補償，則將 出現(xiàn)不希望的結(jié)果，例如在待切削部件上的刀具拖曳。
刀具幾何形狀補償?shù)牡谝徊娇砂▽㈩A先生成的微型文件讀入計算機 存儲器。然后，再次參照圖3，如圖3所示在所希望的部件設(shè)計的表面上 表示出螺線跨距(沿螺線環(huán)72在子午線74之間的距離，該螺線環(huán)在機械 加工/切削過程中生成)?？苫诘毒哐a償程序或其它源指定的合適的每分 鐘轉(zhuǎn)數(shù)以及進給速率計算此螺線。生成的螺線環(huán)的數(shù)量(即，轉(zhuǎn)數(shù))由進 給速率和每分鐘的主軸轉(zhuǎn)數(shù)確定。進給速率越慢，每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)越高，則產(chǎn) 生越多的螺線環(huán)。
一旦繪制出螺線階梯，則計算螺線的兩條曲線之間的距離。限定部件 的表面的子午線的數(shù)量由微型文件預先確定(例如，24、 96或384條子午線)。子午線代表處于特定角度的表面的橫截面。當使用更大數(shù)量的子午
線時，微型文件的大小增加；但是對實際表面的表現(xiàn)更加精確。然后，優(yōu) 選地用子午線的數(shù)量除沿給定子午線的任意兩個螺旋曲線之間的距離，以 便如圖4所示，建立子午線上的每個點76的X位置。為了清楚起見，在 圖4中僅示出4個位置點76;但是，應理解，可描繪和使用更多的點。
參照圖5，其中示出補償方法的一個方面。在建立未補償?shù)谋砻纥c的 X位置之后，可使該X位置與示為線100的零子午線上的Z位置匹配。零 子午線100是對應于車床刀架的規(guī)定路徑的二維路徑，其優(yōu)選地為所有子 午線的均值。X位置由線250表示的當前切片直徑(slice diameter)指示。 對于沿線250的每個X位置，在零子午線100上僅存在一個Z位置。對于 零子午線100上的每個點，可以擺動刀具角投影一條線200(刀具軸線角)， 直到該線200與正在被補償?shù)淖游缇€(當前子午線150)相交。此刀具軸 線角200如車床配置中所限定地進行設(shè)定，并且可以是0~45度之間的并 且包含O度、45度的任何角度。
在來自先前步驟的投影線200 (刀具軸線角)與正在被補償?shù)漠斍白?午線150的交點處， 一新向量(未示出)可正交于正在#>補償?shù)淖游缇€150 被投影，以找到由圓350表示的金剛石刀具的中心300。金剛石刀具的半 徑是已知的，因此可被編程。此點300代表未被補償?shù)慕饎偸毒叩闹行摹?參照圖5，水平切線(由虛線F-H示出)與金剛石半徑的交點是理論鋒 刃；即半徑為0的金剛石。半徑為O的金剛石的中心在此車床上取為點"G，，， 其由圖5中的位置G示出。位置G為可應用切削以符合透鏡設(shè)計的位置。 對于每個X和Z存在不同的"位置G，，。所有生成的位置G的集合(對 于每個X和Z)是特定金剛石刀具的真實的被補償表面。真實的被補償表 面將補償金剛石半徑，其未在車床軟件中針對擺動表面予以考慮，理* 刃的值^^用于確定幾何形狀補償位置。理論鋒刃的值由使用的車床類型以 及車床補償程序確定。對螺線中的每條子午線重復此過程以產(chǎn)生一系列新 的點。
此外，界定金剛石半徑的水平切線與垂直切線的交點繪出一個方形，
9例如圖5中所示的由水平線A-C和F-H與垂直線A-F和C-H繪出 的方形。在一些實施例中和/或?qū)τ谄渌毒呒庸ぴO(shè)備，用于確定幾何形狀 補償位置的值可如上所述在點或位置"A"，而對于其它實施例和/或?qū)τ?其它刀具加工設(shè)備，該值可在如圖所示的A、 B、 C、 D、 E、 F、 G或H 中的任何點，其中點或位置A、 C、 H和F位于水平切線和垂直切線的交 點，并且點B、 D、 E和G位于水平和垂直切線與金剛石半徑的交點。
在根據(jù)上述方法確定所有點之后，必須計算新的零子午線。這通過圍 繞原點以刀具軸線角理論地旋轉(zhuǎn)所有計算出的值并且計算最高和最低子午 線的均值來實現(xiàn)。此均值代表新的幾何形狀^L補償?shù)牧阕游缇€，其進行補 償以生成車床刀架所遵循的正確刀具切削路徑。在這些計算完成之后，新 的值作為第二微型文件被保存。此微型文件然后被傳遞給計算機數(shù)控車床。
上文已經(jīng)參照一些特定的優(yōu)選實施例詳細描述了本發(fā)明，以〗吏讀者能 夠?qū)嵤┍景l(fā)明而無需過度的試驗。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地認識到， 可在適當程度上改變或修改許多前述的部件、組成和/或參數(shù)，而不會背離 本發(fā)明的范圍和精神。此外，所提供的題目、標題、示例材料等是為了增 強讀者對此文獻的理解，其不應被理解為限制本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā) 明由下述權(quán)利要求及其合理的擴展和等同方案限定。
權(quán)利要求
1. 一種用于切削表面的方法，該表面具有相對于主軸軸線偏心的部件頂點，該方法包括使偏心頂點與主軸軸線對齊；限定距主軸軸線一定徑向距離的中心軸線；將部件設(shè)計特性化為一系列點；將所述一系列點翻譯成疊加高度地形圖；將疊加高度地形圖存儲為第一微型文件；補償?shù)毒邘缀涡螤睿皇褂脦缀涡螤钛a償值生成第二微型文件；將第二微型文件傳遞給計算機數(shù)控車床；以及根據(jù)第二微型文件使用擺動刀具切削部件材料。
2. —種用于補償金剛石刀具幾何形狀的方法，包括 生成部件表面的表示； 針對特定位置計算X和Z值； 計算金剛石刀具相對于待切削的表面點的預期位置；補償金剛石刀具半徑以確定合適的刀具位置，以產(chǎn)生重新計算的點； 以及計算幾何形狀被補償?shù)牧阕游缇€。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，所述生成步驟包括將部件 表面表示為螺線，并且在該螺線中限定子午線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，針對特定位置計算X和Z 值包括測量螺線的兩條曲線之間的距離； 用子午線的數(shù)量除所述曲線之間的距離；以及 換算出沿零子午線的Z值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，計算金剛石刀具的預期位置包括從零子午線向正在被補償?shù)淖游缇€以刀具軸線角投影一條線；以及 正交于先前步驟中確定的點投影一向量以找到金剛石刀具的中心。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，補償步驟還包括使預期表 面位置垂直于當前子午線偏離刀具半徑值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，計算幾何形狀被補償?shù)牧?子午線還包括使重新計算出的點圍繞原點旋轉(zhuǎn)刀具軸線角，并且對計算出 的每個點處的最高和最低子午線的值求平均。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，還包括將所有刀具幾何形 狀補償值記錄在^t型文件中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，刀具軸線角在0 45度之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，所述部件為透鏡。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，所述部件為透鏡模具。
12. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，所述部件為透鏡。
13. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，所述部件為透鏡模具。
全文摘要
本發(fā)明涉及加工具有偏離主軸軸線的軸線的表面。具體地說，本發(fā)明涉及在使用擺動刀具的切削工藝中補償?shù)毒邘缀涡螤睢?br> 文檔編號G05B19/4093GK101523315SQ200780037750
公開日2009年9月2日 申請日期2007年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月10日
發(fā)明者C·D·尼古拉斯, J·E·莫利納里, N·D·貝蒂, S·肯迪格 申請人:諾瓦提斯公司