一種傾斜入射的離子束拋光修形加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)加工領(lǐng)域，具體涉及一種傾斜入射的離子束拋光修形加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 離子束修形加工是應(yīng)用于光學(xué)零件確定性加工的一種新技術(shù)，原理是在真空環(huán)境 中，應(yīng)用離子源發(fā)射的離子束轟擊光學(xué)鏡面，利用離子轟擊產(chǎn)生的物理濺射效應(yīng)去除光學(xué) 零件表面的誤差材料。離子束修形具有納米量級(jí)的加工精度，是高確定性、高穩(wěn)定性和非接 觸的加工方式。離子束修形克服了傳統(tǒng)方法修形加工過(guò)程中的邊緣效應(yīng)、刀具磨損和壓力 負(fù)載等缺點(diǎn)。離子束修形適宜于加工高精度、非球面、異型、薄型等難加工光學(xué)零件。
[0003] 目前，離子束加工光學(xué)零件有兩種加工方式，五軸加工方式（如圖1所示）和三軸 加工方式（如圖2所示）。如圖1所示，采用五軸加工方式時(shí)，在加工過(guò)程中需要使離子源 3發(fā)出的離子束2垂直入射待加工光學(xué)元件1 (如光學(xué)曲面），入射角（離子束與工件表面 加工點(diǎn)法線的夾角）始終是0°。如圖2所示，采用三軸加工方式時(shí)，在加工過(guò)程中離子源 3發(fā)出的離子束2的姿態(tài)保持不變，離子束2始終平行于待加工光學(xué)元件1的軸線，但是入 射角是變化的。根據(jù)濺射理論，材料的濺射去除速率隨著入射角的增大而增大。這表明入 射角始終為零度的五軸加工方式材料去除速率最低，三軸加工方式雖然入射角不再始終是 零度，材料去除速率有了一定的提高，但是多數(shù)入射角是在零度附近，因此加工效率與五軸 加工相比，雖有提高，但提高得不多。此外，有些實(shí)驗(yàn)表明，離子束傾斜入射比垂直入射能獲 得更小的表面粗糙度。因此，對(duì)于更加關(guān)注粗糙度的應(yīng)用中，應(yīng)用傾斜入射離子束修形加工 不但能縮短加工時(shí)間，提高加工效率，還能獲得更好的表面質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，提供一種加工效率高、加 工時(shí)間短，表面粗糙度小、加工表面質(zhì)量好的傾斜入射的離子束拋光修形加工方法。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] 本發(fā)明提供一種傾斜入射的離子束拋光修形加工方法，步驟包括：
[0007] 1)根據(jù)待加工光學(xué)元件的形狀和尺寸建立離子束修形加工路徑；
[0008] 2)設(shè)定向量形式的傾斜加工入射角⑷，灼，根據(jù)傾斜加工入射角(也灼獲取傾斜入 射去除函數(shù)iv@( x，.v)，并計(jì)算出離子束修形加工路徑上各點(diǎn)Pi處的加工駐留時(shí)間τ i;
[0009] 3)計(jì)算出離子束修形加工路徑上各點(diǎn)Pi處的常規(guī)機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制坐標(biāo)，并將常規(guī) 機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制坐標(biāo)根據(jù)傾斜加工入射角(A妁修正為傾斜入射加工所需的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制坐 標(biāo)；
[0010] 4)根據(jù)離子束修形加工路徑上各點(diǎn)Pi處的傾斜入射加工所需的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制坐 標(biāo)、加工駐留時(shí)間τ i對(duì)待加工光學(xué)元件的表面進(jìn)行數(shù)控修行加工。
[0011] 優(yōu)選地，所述步驟2)的詳細(xì)步驟包括：
[0012] 2. 1)設(shè)定向量形式的傾斜加工入射角(也灼，其中Φ表示離子束拋光機(jī)床用于離 子束姿態(tài)運(yùn)動(dòng)控制的A軸傾斜角度，P表示離子束拋光機(jī)床用于離子束姿態(tài)運(yùn)動(dòng)控制的B 軸傾斜角度；
[0013] 2.2)在常規(guī)去除函數(shù)實(shí)驗(yàn)中使離子束拋光機(jī)床的A軸傾斜角度為Φ、離子束拋 光機(jī)床的B軸傾斜角度，進(jìn)行去除函數(shù)實(shí)驗(yàn)得到設(shè)定入射角(A約下的傾斜入射去除函數(shù) ;
[0014] 2.3)使用傾斜入射去除函數(shù)；V0(x，.V)替代常規(guī)去除函數(shù)p(x，y)計(jì)算加工路徑 上各點(diǎn)P i處的加工駐留時(shí)間τ P
[0015] 優(yōu)選地，所述步驟3)的詳細(xì)步驟包括：
[0016] 3. 1)根據(jù)式（1)和式（2)計(jì)算出離子束修形加工路徑上各個(gè)第i點(diǎn)Pi*基于常 規(guī)加工方法的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制坐標(biāo)(X丨^ Zj1 α丨尻）；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種傾斜入射的離子束拋光修形加工方法，其特征在于步驟包括： 1) 根據(jù)待加工光學(xué)元件的形狀和尺寸建立離子束修形加工路徑； 2) 設(shè)定向量形式的傾斜加工入射角（A約，根據(jù)傾斜加工入射角(A約獲取傾斜入射去 除函數(shù)，并計(jì)算出離子束修形加工路徑上各點(diǎn)P i處的加工駐留時(shí)間τ i; 3) 計(jì)算出離子束修形加工路徑上各點(diǎn)Pi處的常規(guī)機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制坐標(biāo)，并將常規(guī)機(jī)床運(yùn) 動(dòng)控制坐標(biāo)根據(jù)傾斜加工入射角⑷,灼修正為傾斜入射加工所需的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制坐標(biāo)； 4) 根據(jù)離子束修形加工路徑上各點(diǎn)Pi*的傾斜入射加工所需的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制坐標(biāo)、加 工駐留時(shí)間τ i對(duì)待加工光學(xué)元件的表面進(jìn)行數(shù)控修行加工。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傾斜入射的離子束拋光修形加工方法，其特征在于，所述步 驟2)的詳細(xì)步驟包括： 2. 1)設(shè)定向量形式的傾斜加工入射角（4約，其中Φ表示離子束拋光機(jī)床用于離子束 姿態(tài)運(yùn)動(dòng)控制的A軸傾斜角度，表示離子束拋光機(jī)床用于離子束姿態(tài)運(yùn)動(dòng)控制的B軸傾 斜角度； 2.2)在常規(guī)去除函數(shù)實(shí)驗(yàn)中使離子束拋光機(jī)床的A軸傾斜角度為Φ、離子束拋光 機(jī)床的B軸傾斜角度心進(jìn)行去除函數(shù)實(shí)驗(yàn)得到設(shè)定入射角(A灼下的傾斜入射去除函數(shù) (W); 2. 3)使用傾斜入射去除函數(shù)替代常規(guī)去除函數(shù)P (X，y)計(jì)算加工路徑上各點(diǎn) Pi處的加工駐留時(shí)間τ P
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的傾斜入射的離子束拋光修形加工方法，其特征在于，所述步 驟3)的詳細(xì)步驟包括： 3. 1)根據(jù)式（1)和式（2)計(jì)算出離子束修形加工路徑上各個(gè)第i點(diǎn)Pi處基于常規(guī)加 工方法的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制坐標(biāo)(4穴4 <成)；
式⑴和式⑵中，卜?^為第i點(diǎn)Pi處的法向量，（心為加工點(diǎn)Pi在工件 坐標(biāo)系的坐標(biāo)值，1為加工靶距； 3. 2)將所述離子束修形加工路徑上各個(gè)第i點(diǎn)Pi處基于常規(guī)加工方法的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控 制坐標(biāo)(4 W 4 %爲(wèi)〇采用式（3)和式⑷修正為傾斜入射加工所需的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控 制坐標(biāo)（Xi Yi Zi a i β );
式⑶和式⑷中4 4爲(wèi))表示離子束修形加工路徑上各個(gè)第i APi 處基于常規(guī)加工方法的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制坐標(biāo)，Ui Yi Zi Qi f^)表示離子束修形加工路徑上 各個(gè)第i點(diǎn)Pi*傾斜入射加工所需的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制坐標(biāo)，Φ表示離子束拋光機(jī)床的A軸傾 斜角度，P表示離子束拋光機(jī)床的B軸傾斜角度，1為加工靶距。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種傾斜入射的離子束拋光修形加工方法，步驟包括：根據(jù)待加工光學(xué)元件的形狀和尺寸建立離子束修形加工路徑；設(shè)定傾斜加工入射角獲取傾斜入射去除函數(shù)并計(jì)算出離子束修形加工路徑上各點(diǎn)Pi處的加工駐留時(shí)間τi；計(jì)算出各點(diǎn)Pi處的常規(guī)機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制坐標(biāo)，并修正為傾斜入射加工所需的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制坐標(biāo)；根據(jù)離子束修形加工路徑上各點(diǎn)Pi處的傾斜入射加工所需的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制坐標(biāo)、加工駐留時(shí)間τi對(duì)待加工光學(xué)元件的表面進(jìn)行數(shù)控修行加工。本發(fā)明具有加工效率高、加工時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，而且由于傾斜入射的方式修形加工，能夠減小某些材料的表面粗糙度、提高表面質(zhì)量。
【IPC分類(lèi)】B24B1-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104875080
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510236617
【發(fā)明人】周林, 戴一帆, 李圣怡, 解旭輝, 廖文林
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年5月11日