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基于刀具转动加工的微球面透镜加工方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过刀架带动圆弧刀刃绕B轴转动，将圆弧刀刃整体转动切入工件的表面，就能实现在工件表面上完成微球面透镜的加工，极大提高加工效率。

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。

请参考图1至7所示，本发明提供一种基于刀具转动加工的微球面透镜加工方法，包括如下加工过程：

刀具安装：将具有圆弧刀刃3的刀具1安装在刀架6上，将刀具1的前刀面8平行于刀架6的B轴的延伸方向，圆弧刀刃3的圆弧中心4与B轴的旋转中心重合，刀架6带动圆弧刀刃3绕B轴转动；那么在圆弧刀刃3转动的过程中，其自身的圆弧结构扫动的面就会呈现球面状结构；

工件安装：将工件2安装在机床的主轴5上，主轴5的转动轴线与B轴相垂直；使得圆弧刀刃3扫动的球面能够直接正对工件2，并保证在工件2上形成的球面的规整度，具体的，刀具1是侧着装，刀刃是圆弧形刃，摆动的轨迹是球形轨迹，切出的就是凹球面，圆弧刀刃3从工件2表面掠过，就切出了相应的微球面透镜9形状；

调节切削深度：调节主轴5沿Z方向上的移动距离，Z方向为转动轴线的延伸方向，带动工件2远离或靠近圆弧刀刃3，用于调节圆弧刀刃3在工件2表面上的切削深度；以达到所需的球面的深度(即矢高)，

工件切削：刀架6带动圆弧刀刃3绕B轴转动，将圆弧刀刃3转动切入工件2的表面，完成给定切削深度的微球面透镜9加工；也就是说，单独靠圆弧刀刃3的转动即能够一次形成所需加工的微球面透镜9结构，无需现有技术中先对工件2进行刻蚀，在进行磨削的复杂加工工序，极大提高了微球面透镜9的加工效率，需要一种能够实现小尺度、大矢高、高质量的微球面透镜9加工方法；需要一种能够实现小尺度、高质量、高加工效率且排列方式及排列间距可控的微球面透镜9阵列加工方法。

进一步的，在调节切削深度加工过程之前，调节圆弧刀刃3与主轴5的中心的相对位置，使圆弧刀刃3转动轨迹的顶点和主轴5的中心在X、Y方向上均重合，即圆弧刀刃3的顶端点移动至最前侧时，能够与主轴5的中心在X、Y方向上均重合，X方向与Z方向沿水平方向垂直，Y方向与X方向沿竖直方向垂直，且将工件2安装在主轴5的中心处，一方面，通过圆弧刀刃3转动轨迹的顶点和主轴5的中心在X、Y方向上均重合，进而形成对初始所加工的微球面透镜9进行定位，之后在进行加工其余的微球面透镜9时，能够以此初始加工的微球面透镜9进行参照，以能精确的完成对工件2表面微球面透镜9的阵列加工，另一方面，在加工矢高较大的微球面透镜9时，利用圆弧刀刃3进行两次摆动，分别加工出两对称的微球面透镜9，此时需要主轴5带动工件2转动180度，那么通过圆弧刀刃3转动轨迹的顶点和主轴5的中心在X、Y方向上均重合，其目的就在于能够保证加工呈两个对称、结构大小相同的半微球面透镜9，如果不能够使圆弧刀刃3转动轨迹的顶点与主轴5的中心在X、Y方向上均重合，不可避免的使得加工完成的半个微球面透镜9不能够对称，导致不能拼接呈一完整的微球面透镜9。

其中，在切削加工过程中，刀架6带动圆弧刀刃3绕B轴转动，并经历对工件2由浅至深至浅的切除过程，整个圆弧刀刃3都在参与加工，一次转动完成给定深度的微球面透镜9的加工，在加工一些矢高较小的微球面透镜9时，利用圆弧刀刃3的由浅至深至浅的切除，从切入工件2表面到切出工件2表面，有效的提高了对矢高较小的微球面透镜9的加工效率。

而且在切削加工过程中，刀架6带动圆弧刀刃3绕B轴转动，圆弧刀刃3从切入工件2的表面至圆弧刀刃3转动轨迹的顶点，完成给定深度的半个微球面透镜9的加工，将圆弧刀刃3复位，再次将圆弧刀刃3进行转动，在半个微球面透镜9相对于主轴5的中心对称的位置处，完成另外半个微球面透镜9的加工，利用B轴回转，整个圆弧刀刃3都在参与加工，一次切出半个，两次就能拼出一个，一定程度避开了圆弧刀刃3与工件2表面接触导致的加工干涉作用，具体的，传统的慢刀伺服车削加工微透镜，B轴保持不动，刀具1始终与工件2表面垂直，在加工大矢高的微球面透镜9时，随着加工面的伸入，刀具1的侧壁逐渐与工件2的表面接触，导致不能够进一步的对工件2进行伸入加工，以完成整个微球面透镜9的加工，本申请中圆弧刀刃3转动时，与工件2在不同位置时形成了不同的角度，而且仅一次进行半个微球面透镜9的加工，避免圆弧刀刃3继续转动，容易造成其后刀面7与工件2表面的抵接，具体的，针对大矢高的微球面透镜9，一次转动完成整个微球面透镜9的加工方法中，在加工后半个的时候，容易干涉已加工的半个，不可避免的降低了矢高，如图5刀具1在加工过程中已经出现干涉，如图6所示刀具1在加工完成半个微球面透镜9时，刀具1的后刀面7已经与工件2表面相接触，达到临界状态，因此可知半径相同，分两次拼接加工明显提高了矢高，能够充分避免刀具1在工作过程中与工件2的干涉。

进一步的，当加工另外半个微球面透镜9时，可以采用两种方式，即其一转动主轴5，主轴5带动工件2转动180°，那么圆弧刀刃3通过两次相同的转动，即能够完成两个半微球面透镜9的加工，其二转动刀具1，即优化整个刀架6的结构，将其在完成半微球面透镜9加工后，能够转动180°，在另一侧以一个相反的转动方向，进行另外半个微球面透镜9的加工，作为本发明优选的实施方式，为简化刀架6结构，避免再次对刀具1进行定位等复杂操作，当加工另外半个微球面透镜9时，主轴5沿其轴心自转180°，使得工件2能够转动180°，使得另外半个微球面透镜9的位置处正对圆弧刀刃3，使得圆弧刀刃3能对工件2进行切削。

作为本发明另外优选的实施方式，当加工另外半个微球面透镜9时，圆弧刀刃3复位后移动至完成的半个微球面透镜9相对于主轴5的中心对称的位置处，利用刀架6带动圆弧刀刃3绕B轴反向转动，再次将圆弧刀刃3从切入工件2的表面至圆弧刀刃3转动轨迹的顶点，优选的将刀架6进行改进，使其能够沿周向设置有转动副，以能够带动刀具1转动180°。

为避免刀具1在加工过程中与工件2产生干涉，当圆弧刀刃3移动至其转动轨迹的顶点时，前刀面8与工件2表面相垂直，圆弧刀刃3的后刀面7位于微球面透镜9的内侧，则使得圆弧刀刃3在任何加工位置时，使得圆弧刀刃3的后刀面7均能够与工件2存在一定的间隔，所以能够充分避免工件2与刀具1之间产生的干涉，充分保证了所要加工的微球面透镜9的大矢高。

作为本发明优选的实施方式，在刀具1安装加工过程后，将B轴的回转中心和圆弧刀刃3的圆弧中心4对中，先进行粗对刀，再将圆弧刀刃3进行转动，在工件2的表面先切出一个完整的微球面透镜9，获得微球面透镜9的二维轮廓曲线，根据二维轮廓曲线计算B轴回转中心，通过获得试切得到的结构单元的二维轮廓曲线，在二维轮廓曲线上通过给定的切深位置点、刀具1切入点和刀具1切出点三点计算B轴回转中心，能够利用成熟的算法进行精确的计算，进而获得精确的B轴回转中心的计算结果，再根据计算结果调整刀具1的位置，能够实现精确的调整。

进一步的，在切削加工过程中，将主轴5沿X和C方向上进行移动，C方向为主轴5周向转动的方向，且C方向垂直于Z方向，用于调节工件2的表面不同位置处正对圆弧刀刃3，用于在工件2上逐个加工出所需数量的微球面透镜9，结合前期通过圆弧刀刃3转动轨迹的顶点和主轴5的中心在X、Y方向上均重合，进而实现微球面透镜9位置的精确定位和排列方式的可控性，机床的X轴和C轴相当于一个极坐标系，可以确定二维平面内的任意位置，圆弧刀刃3根据需要，并参照主轴5的中心，利用X轴和C轴运动到对应的位置，进行加工微球面透镜9，实现了排列方式及排列间距可控的微球面透镜9阵列加工效果。

进一步的，圆弧刀刃3采用金刚石通过精密磨抛制作而成，金刚石的圆弧半径可以做到很小，直接仿形法加工能充分利用此优势实现小尺度透镜加工，具体的，金刚石这一加工刀具1的材料精度很高，金刚石通过精密研抛能获得足够小的圆弧半径(<10微米)，在放大1500倍以上刀刃依然连续光滑，因此圆弧刀刃3越圆越光滑，切出的微球面透镜9质量也就越高，而且金刚石刀具1刀刃质量高，直接刀具1摆动加工可以获得很高的加工质量，避免出现麻面和凹坑等缺陷，具体的，本申请中圆弧刀刃3转动的加工方法，其本质原理是B轴是回转轴，刀架6带动刀具1及圆弧刀刃3绕B轴转动，圆弧刀刃3扫动出来的面直接切削作用在工件2表面上，因此圆弧刀刃3越圆越光滑，切出的微球面透镜9质量也就越高，而圆弧刀刃3的质量决定圆弧刀刃3的圆度和光滑度。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

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。