阅读说明：本技术 一种回转对称光学表面单点接触超精密车削方法 (Single-point contact ultra-precise turning method for rotationally symmetrical optical surface ) 是由 孙占文 李佩铮 王素娟 杜雪 于 2021-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种回转对称光学表面单点接触超精密车削方法,涉及回转对称光学表面超精密车削技术领域,包括以下步骤：步骤一、安装刀具和工件,刀具固定于Y轴导轨上,工件固定于C轴上；步骤二、确定所加工的工件回转对称表面面型,并建立工件坐标系；步骤三、确定工件回转对称表面的加工轨迹；步骤四、对工件进行车削加工,在车削加工中,工件随C轴的转动而匀速转动,同时刀具随着X轴由工件的外圆周向工件回转中心匀速运动,在X轴匀速运动的同时,B轴做伴随的旋转运动,且Y轴做伴随的伺服运动。本发明解决了回转对称光学表面在超精密车削中由刀尖圆弧半径制造误差所引起的加工面型精度低,且难以提高面型精度的难题。(The invention discloses a single-point contact ultra-precise turning method for a rotationally symmetric optical surface, which relates to the technical field of rotationally symmetric optical surface ultra-precise turning and comprises the following steps: step one, installing a cutter and a workpiece, wherein the cutter is fixed on a Y-axis guide rail, and the workpiece is fixed on a C-axis; secondly, determining the surface type of the rotationally symmetrical surface of the processed workpiece, and establishing a workpiece coordinate system; step three, determining a processing track of the rotation symmetrical surface of the workpiece; and step four, turning the workpiece, wherein in the turning process, the workpiece rotates at a constant speed along with the rotation of the shaft C, the cutter moves at a constant speed along with the shaft X from the outer circle of the workpiece to the rotation center of the workpiece, the shaft B performs accompanying rotary motion while the shaft X performs uniform motion, and the shaft Y performs accompanying servo motion. The invention solves the problems of low precision of the machined surface shape and difficulty in improving the surface shape precision caused by the manufacturing error of the arc radius of the tool nose in the ultra-precision turning of the rotary symmetric optical surface.)

一种回转对称光学表面单点接触超精密车削方法

技术领域

本发明涉及回转对称光学表面超精密车削技术领域，具体涉及一种回转对称光学表面单点接触超精密车削方法。

背景技术

目前，回转对称光学表面通常采用传统的超精密金刚石车削方法加工，加工的面型精度能达到亚微米级，表面粗糙度能达到纳米级。传统的超精密车削只包含X轴、Y轴和C轴的联合运动，如图1和2所示，在回转对称光学表面的超精密车削中，工件4在随着C轴转动而做匀速转动，X轴匀速进给，而Y轴根据X轴的坐标位置移动，从而加工出回转对称的球面或非球面光学表面。

在传统的超精密车削加工中，随着金刚石刀具5向工件4回转中心移动，金刚石刀具5与工件4的接触点沿着金刚石刀具5的切削刃不断变化，所加工表面的面型精度受金刚石刀具切削刃的制造精度影响。由于制造高精度的金刚石刀具切削刃需要很高的制造成本和时间，导致金刚石刀具5的价格昂贵，进而导致回转对称光学表面元件的制造成本高。

因此，提供一种回转对称光学表面单点接触超精密车削方法，以消除现有技术所存在的上述缺点，成为现在亟待解决技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种回转对称光学表面单点接触超精密车削方法，解决了回转对称光学表面在超精密车削中由刀尖圆弧半径制造误差所引起的加工面型精度低，且难以提高面型精度的难题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种回转对称光学表面单点接触超精密车削方法，包括以下步骤：

步骤一、安装刀具和工件，刀具固定于Y轴导轨上，工件固定于C轴上；

步骤二、确定所加工的工件回转对称表面面型，并建立工件坐标系；

步骤三、确定工件回转对称表面的加工轨迹；

步骤四、对工件进行车削加工，在车削加工中，工件随C轴的转动而匀速转动，同时刀具随着X轴由工件的外圆周向工件回转中心匀速运动，在X轴匀速运动的同时，B轴做伴随的旋转运动，且Y轴做伴随的伺服运动。

优选的，所述刀具采用金刚石刀具。

优选的，所述刀具具有圆弧形切削刃。

优选的，所述步骤二中，确定所加工的工件回转对称表面面型包括表面的数学表达式以及加工表面的半径；

表面的数学表达式为：y＝f(x)；

加工表面的半径为：R_x。

优选的，所述步骤二中，沿着X方向以一个恒定值ΔL等间距离散R_x，从所加工元件的边缘到回转中心第i个点的坐标为：

优选的，x(i)所对应的θ(i)和y(i)坐标为：

y(i)＝f(x(i))。

优选的，所述步骤三中，工件回转对称表面的加工轨迹为x(i),y(i),

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提出一种回转对称光学表面单点接触超精密车削方法，通过X轴、Y轴、B轴和C轴的联合运动，时刻调整金刚石刀具与所加工光学表面的相对角度，使金刚石刀具与工件的接触点在金刚石刀具切削刃上的位置始终保持不变，从而使所加工表面的面型精度不受金刚石刀具切削刃的制造精度所影响，达到提高所加工回转对称光学表面面型精度的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中超精密加工车床车削原理示意图；

图2为现有技术中超精密车削方法示意图；

图3为本发明中超精密加工车床车削原理示意图；

图4为本发明中单点接触超精密车削方法示意图；

图5为本发明中金刚石刀具圆弧形切削刃的结构示意图；

附图标记说明：1、2、3-刀具圆弧形切削刃位置，4-工件，5-金刚石刀具，6-X向导轨，7-Z向导轨，8-刀刃实际轮廓，9-刀刃最小二乘圆轮廓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种回转对称光学表面单点接触超精密车削方法，解决了回转对称光学表面在超精密车削中由刀尖圆弧半径制造误差所引起的加工面型精度低，且难以提高面型精度的难题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图3-5所示，本发明提供一种回转对称光学表面单点接触超精密车削方法，通过X轴、Y轴、B轴和C轴的联合运动实现；本实施例加工原理如图3-4所示，其中金刚石刀具5固定于Y轴导轨上，金刚石刀具5具有圆弧形切削刃，如图3所示，工件4固定于C轴上。

本实施例中，在车削加工中，工件4随C轴的转动而匀速转动，同时金刚石刀具5随着X轴由工件4的外圆周向工件回转中心匀速运动，从而使金刚石刀具5的运动轨迹可以覆盖整个工件4的加工表面。在X轴匀速运动的同时，B轴做伴随的旋转运动且Y轴做伴随的伺服运动(伺服运动就是指根据指令做相应的运动，也就是指Y轴会根据公式y(i)＝f(x(i))计算出来的位置点，做运动)，使金刚石刀具5的刀尖(金刚石切削刃的最尖端，是切削刃上的一个固定点)始终与加工表面接触，从而实现回转对称表面的车削加工。

本实施例通过B轴和Y轴的伴随运动，金刚石刀具5与工件4的接触点始终为切削刃上的固定点，而不随切削位置的变化而变化，因此可以避免刀具切削刃制造误差对加工表面面型精度的影响。

本实施例中，回转对称表面的加工轨迹确定步骤如下：

1.根据加工需求，首先确定所加工回转对称表面面型，包含表面的数学表达式(y＝f(x))以及加工表面的半径(R_x)，并建立工件坐标系。

2.并沿着X方向以一个恒定值ΔL等间距离散R_x，则从所加工元件的边缘到回转中心第i个点的坐标为：

3.为了保证金刚石刀具5的圆弧半径最尖端始终与工件4相接触，即金刚石刀具5与工件4的接触点在切削刃上始终保持不变，B轴和Y轴需要做伴随的运动，可以由下面公式计算x(i)所对应的θ(i)和y(i)坐标：

y(i)＝f(x(i))。

由此可以获得回转对称表面的加工轨迹,即x(i),y(i),θ(i)将生成的轨迹程序输入机床，x轴，y轴和B轴就会按照指令运动，最终加工出理想回转对称表面。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。