TWI416291B - 非球面透鏡模具加工方法 - Google Patents

Description

非球面透鏡模具加工方法

本發明涉及一種加工方法，特別涉及一種非球面透鏡模具加工方法。

光學零件注射成型技術中之模具要達到很高之要求，用一般之機械加工方法無法達到。目前國外大多數模具製造商均採用超精密單點金剛石車床進行車削或磨削，再用金剛石研磨膏進行手工拋光來加工模具表面(請參見“非球面透鏡模具之製造”，張松，《記錄媒體技術》，2007年第6期，62-64頁)，但是此種方法效率低，不利於非球面透鏡模具之批量生產。然而，其他之方法，如：電火花加工、電鑄複製及光學修磨等，加工精度很低，因此非球面透鏡模具之加工變得十分困難。

有鑑於此，有必要提供一種加工精度好且加工效率高之非球面透鏡模具加工方法。

一種非球面透鏡模具加工方法，其包括以下步驟：提供一加工裝置，其用於對待加工模具進行加工，將待加工模具固定在加工裝置之主軸上，所述主軸帶動加工模具轉動；驅動加工裝置之刀具進入工件坐標系之原點位置；加工裝置之數控單元將刀具之極座 標值轉化為工件座標值，並確定刀具在待加工模具上之加工點；數控單元根據刀具之工件座標值得出待加工模具之一模穴之幾何中心工件座標值，通過將刀具之極座標值及模穴之幾何中心工件座標值代入到非球面面型公式計算出待加工模具模穴之面型，並確定刀具之即時進刀量；根據待加工模具模穴之面型對刀具路徑補正，完成非球面透鏡模具之加工。

相較於先前技術，所述之非球面透鏡模具加工方法通過非球面面型公式得出非球面模具模穴面型，然後驅動刀具根據非球面面型對待加工模具進行即時切削，可有效提高加工精度和生產效率。

圖1係本發明實施方式非球面透鏡模具加工方法流程圖；圖2係本發明實施方式非球面透鏡模具加工方法之加工裝置示意圖；圖3係本發明實施方式非球面透鏡模具加工方法原理示意圖。

下面將結合附圖與實施例對本技術方案作進一步詳細說明。

如圖1及圖2所示，本發明之非球面透鏡模具加工方法包括以下步驟：

S101，提供一加工裝置，其用於對待加工模具100進行加工，將待加工模具100固定在加工裝置之主軸22上，所述主軸22帶動待加工模具100轉動。所述之非球面透鏡模具加工裝置還包括：一數控裝置10、一刀具12、一壓電驅動軸14、一Z軸導軌16、一電 機20、一X軸導軌24。在Z軸導軌16上有一固定壓電驅動軸14。在該壓電驅動軸14相對於待加工模具100之一端固定有一刀具12，所述刀具12為鑽石刀頭，具有較強之耐磨性。在垂直於Z軸導軌18之方向設置有一X軸導軌24，一電機20位於X軸導軌24上，在X軸導軌24內有一驅動裝置可驅動該電機20在X軸方向上移動，實現待加工模具100被加工點之變換。在電機20內有一主軸22，該主軸22帶動模具進行旋轉。

定義刀具12與待加工模具100之接觸點為刀具12之中心點，刀具12中心點在以工件坐標系原點為極點，以工件坐標系之X軸正方向為極軸之極坐標系中之極座標值為(ρ，θ)，所述工件坐標系採用標準右手笛卡兒直角坐標系，符合右手法則，所述刀具12之極座標值(ρ，θ)轉化後之工件座標值為(Xm，Ym)；每個模穴100之幾何中心點在工件坐標系中之座標值為(Xn，Yn)。

S102，驅動加工裝置之刀具12進入工件坐標系之原點位置，此時，刀具12之極座標值為(0，0)。當轉動主軸22及移動位於X軸導軌24上之電機20時，刀具12之極座標值發生改變。

S103，在加工過程中，數控裝置10將刀具12之極座標值轉化為工件座標值，Xm=ρ cos θ，Ym=ρ sin θ，其中，Xm為刀具12在工件坐標系中之橫坐標值，Ym為刀具12在工件坐標系中之縱坐標值，ρ為刀具12在極坐標系中之極徑，θ為刀具12在極坐標系中之極角。數控裝置10根據刀具12之工件座標值確定刀具12在待加工模具100上之加工點。

S104，當刀具12進入待加工模具100之模穴101區域時，數控裝置10通過將刀具12之工件座標值與模穴101之工件座標值範圍之對比，得出待加工模具100之模穴101幾何中心座標值(Xn，Yn)。如圖3所示，當待加工模具100不斷旋轉時，刀具12先後經過模穴101上兩個不同工件座標值之加工點A和加工點B，在這個過程中刀具12之極座標值發生改變，數控裝置10不斷之將刀具12之極座標值轉化為工件座標值，當刀具12經過加工點A時，轉化後之刀具12之工件座標值就是加工點A之工件座標值，同理，當刀具12經過加工點B時，轉化後之刀具12之工件座標值就是加工點B之工件座標值，刀具12之轉化後之每一個工件座標值與待加工模具100上之加工點一一相對應；數控裝置10將刀具12之工件座標值與模穴101之工件座標值範圍進行比對，就可判斷出刀具12進入了哪一個模穴101之加工範圍，以及這個模穴101之幾何中心座標值，數控裝置10就可以準確之根據模穴101幾何中心座標值(Xn，Yn)、刀具12之極座標值(ρ，θ)及一非球面面型公式計算出刀具12之進刀量。

非球面面型公式：

其中，Z是以垂直於光軸且經過透鏡光學中心之平面為參考面，垂直方向上距離光軸為R處沿光軸方向之位移值，C是曲率半徑，R為鏡片高度，K為圓錐定數(Coin Constant)，Ai為i次之非球 面係數(i-th order Aspherical Coefficient)。

所述非球面高度值；(2)通過將公式(2)代入公式(1)得出一全部由已知量組成之非球面面型公式，數控裝置10根據刀具12極座標值和待加工模具100之模穴101之幾何中心座標值，計算出模穴101非球面面型，並驅動壓電驅動軸14作快速回應，帶動刀具12根據非球面面型對模穴101進行切削，所述之驅動壓電驅動軸14之最大移動頻率為400HZ，最大移動距離為70um。通過對模穴101非球面面型之計算，則確定了刀具12之進刀量，且壓電驅動軸14具有較快之移動頻率和較大之移動距離，可有效之減少刀具12之回應時間，提高切削精度。在本實施方式中，可以通過設定壓電驅動軸14之回應頻率，控制刀具12在對模穴101某一點加工一定之時間後自動退刀，準備對下一點進行加工，通過對某一點之多次進刀完成對其之加工。

S105，通過路徑補正方法可進一步提高加工精度，所述路徑補正方法是由於刀具12之刀頭並非無限小，存在一定之半徑，當刀頭之切點與待加工模具100之模穴101相接觸時，刀頭四周之點可能會與模穴101之間存在一定之干涉而導致形狀精度變差，而對刀具12走刀路徑進行優化之一種方法。路徑補正方法就是通過非球面面型公式即時對刀頭四周之點進行計算，確定刀具12之進刀量，判斷是否會存在干涉現象，當刀頭四周存在一點之高度小於非球面面型上相對應之高度就說明存在干涉，於是就根據刀頭上各 點最大干涉量進行退刀，所述干涉量為刀頭四周之高度與非球面面型上相對點之高度之差值。通過對干涉量之即時偵測可選擇一刀頭上各點都不存在干涉之切點對先前存在干涉之位置進行切削，通過對刀具12之路徑補正可有效提高形狀精度。

通過本方法可實現對非球面之加工，並且可有效提高非球面模具之加工精度和加工效率。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

Claims (4)

1. 一種非球面透鏡模具加工方法，其包括以下步驟：提供一加工裝置，其用於對待加工模具進行加工，將待加工模具固定在加工裝置之主軸上，所述主軸帶動加工模具轉動；驅動加工裝置之刀具進入工件坐標系之原點位置；加工裝置之數控單元將刀具之極座標值轉化為工件座標值，並確定刀具在待加工模具上之加工點；數控單元根據刀具之工件座標值得出待加工模具之一模穴之幾何中心工件座標值，通過將刀具之極座標值及模穴之幾何中心工件座標值代入到非球面面型公式計算出待加工模具模穴之面型，並確定刀具之即時進刀量；通過非球面面型公式即時對刀頭四周之點進行計算，確定刀具之進刀量，判斷是否會存在干涉現象，當刀頭四周存在一點之高度小於非球面面型上相對應之高度就說明存在干涉，於是就根據刀頭上各點最大干涉量進行退刀，所述干涉量為刀頭四周之高度與非球面面型上相對點之高度之差值；通過對干涉量之即時偵測可選擇一刀頭上各點都不存在干涉之切點對先前存在干涉之位置進行切削，完成非球面透鏡模具之加工。
2. 如請求項1所述之非球面透鏡模具加工方法，其中：所述工件坐標系採用標準右手笛卡兒直角坐標系，符合右手法則；所述極坐標系，是以原點為極點，以工件坐標系之X軸正方向為極軸。
3. 如請求項1所述之非球面透鏡模具加工方法，其中：通過公式Xm=ρ cos θ，Ym=ρ sin θ將刀具之極座標值轉化為工件座標值，其中，Xm、Ym分別為刀具在工件坐標系中之橫、縱坐標 值，ρ為刀具在極坐標系中之極徑，θ為刀具在極坐標系中之極角。
4. 如請求項1所述之非球面透鏡模具加工方法，其中：所述非球面面型公式中鏡片高度值，其中，Xm、Ym分別為刀具在工件坐標系中之橫、縱坐標值，Xn、Yn為每個待加工模穴之幾何中心在工件坐標系中之橫、縱坐標值。