[发明专利]一种映射到柱面上的复杂微特征球冠面车削轨迹生成方法

说明书

本发明涉及一种映射到柱面上的复杂微特征球冠面车削轨迹生成方法，属于机械数控加工领域。在空间直角坐标系下建立微特征球冠向柱面映射的模型，根据设定的径向球冠分布个数划分出球冠处柱面分布角度和非球冠处柱面分布角度，将柱面按照轴向螺距刻度和径向角度所分份数划分，推导非球冠处和球冠处柱面螺旋轨迹生成表达式生成刀触点轨迹，选取刀具半径对刀触点进行刀具半径补偿生成刀位点轨迹，最终将刀位点坐标输出生成数控机床加工NC代码用于实际加工。优点是该轨迹生成方法可一次成型加工柱面微特征结构，无需再进行磨抛，对于旋转体和非旋转体都适用，加工效率高，实用性好，便于推广。

技术领域

本发明涉及机械数控加工领域，具体涉及一种复杂微特征球冠非旋转体柱面车削螺旋刀具轨迹生成方法。

背景技术

微特征结构一直以来都是国内外研究的热点，微特征透镜广泛应用于光学领域，可用于光信息处理、光互连、图像扫描、干涉仪等。目前微特征透镜的加工方法主要有精密车削和研磨抛光法、化学腐蚀法以及模压成型法，精密加工对加工设备的精度要求较高，而且此类方法的加工设备成本很高，并且加工效率较低，不适合批量生产。化学腐蚀则不容易控制腐蚀速度，且制造精度较低，加工出的微特征透镜表面不够光滑。模压成型法是用模具对熔融状态下的玻璃毛坯进行加压成型，需要高精度的压型模具，控制温度进行加压成型。

柱状的压型模具设计复杂，加工工序复杂，加工成本较高，目前微特征柱面结构的加工方法大多集中在精密车削、抛光、光刻蚀、激光加工等，可加工柱面上的局部微特征结构、简单微特征结构和旋转体微特征结构，对于复杂非旋转体的柱状微特征结构的加工还较为困难。如申请号为CN201810020688.8的专利中对柱面微特征为旋转体结构进行了轨迹规划，这种方法通过旋转微特征的母线得到柱面结构，但这种方法并不适用于非旋转体结构的微特征，存在局限性；申请号为CN201520848734.5的专利中为降低光学元件的偏心现象的影响设计了一种加工装置，但需要进行二次磨边，不能够一次成型；申请号为CN202011007335.8的专利中通过控制激光发射装置将激光光斑照射至待加工的工件表面进行加工，该加工方法只是在零件表面上局部加工，而不是对整个零件的完整加工，不能够保证整体的面型精度。

为了满足对复杂非旋转体柱面微特征结构的一次性成型加工的需求，使得柱面加工不再局限于单一旋转体或简单微结构，同时能够一次成型无需进行别的工序，便于对柱状的压型模具进行加工，进而高效率生产微特征透镜，需提出一种映射到柱面上的复杂微特征球冠面车削轨迹生成方法。

发明内容

本发明提供一种映射到柱面上的复杂微特征球冠面车削轨迹生成方法，以解决现有技术无法高效率一次性加工出复杂的非旋转体柱面微特征结构的问题。

本发明采取的技术方案是：包括下列步骤：

(1)在空间直角坐标系下建立柱面球冠的模型，选择圆柱轴线为X轴，根据螺旋轨迹的螺距对X轴进行刻度划分，同时对径向角度进行划分；

(2)根据设定的径向球冠分布个数划分出球冠处柱面分布角度和非球冠处柱面分布角度；

(3)推导圆柱面生成表达式，将柱面轴向按照螺距刻度划分，根据非微特征球冠处柱面分布角度按照径向所分份数生成非微特柱面刀触点轨迹；

(4)推导柱面球冠表达式，将柱面轴向按照螺距刻度划分，根据微特征球冠处柱面分布角度按照径向所分份数生成微特征球冠处柱面刀触点轨迹；

(5)选取刀具半径，根据刀具半径补偿公式对刀触点进行刀具半径补偿生成刀位点轨迹；

(6)将刀位点坐标输出生成数控机床加工NC代码。