一种减少伺服振动对超精密加工微透镜阵列影响的方法

1.本发明涉及微透镜阵列超精密车削加工技术领域，特别是涉及一种减少伺服振动对超精密加工微透镜阵列影响的方法。


背景技术：

2.超精密加工技术加工尺寸可达到亚微米级，且加工面形精度和表面质量高，该技术制备的微透镜弥补了其他方法制备的微透镜表面粗糙、易引起漫敞射、机械强度低、易受磨损且不适用于恶劣环境的不足之处。因此，超精密加工技术是制备微透镜阵列的可行研究方向。然而，多种因素会影响超精密加工表面生成，包括加工环境、加工材料性质以及加工过程中的相对误差运动，其中包括工件和刀具间相对误差运动、主轴振动、刀尖振动以及伺服振动等。在这众多的因素当中，伺服振动将通过刀架直接反应在加工工件表面，是影响加工质量的关键因素之一。微透镜阵列形状较为复杂，且机床z进给方向的往返运动是不可避免的。当该方向运动加速度较大时会导致伺服振动现象发生，该现象会降低加工质量，改变工件形貌，甚至会导致机床故障。原始的超精密加工微透镜的方法中，产生的伺服振动对于微透镜的表面质量影响很大。
3.现有技术缺点：微透镜阵列形状较为复杂，且机床z进给方向往返运动是不可避免的。当该方向运动加速度较大时会导致伺服振动现象发生，该现象会降低加工质量，改变工件形貌，甚至会导致机床故障。在传统的超精密加工微透镜的方法中，产生的伺服振动对于微透镜的表面质量影响很大，所得到的微透镜表面质量比较差，也就制约着光学等领域的进一步发展。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的问题，本发明旨在公开一种减少伺服振动对超精密加工微透镜阵列影响的方法，主要就是为了减少在超精密加工微透镜阵列的过程中伺服振动对微透镜表面的影响，提高微透镜的表面质量。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种减少伺服振动对超精密加工微透镜阵列影响的方法，包括以下步骤：
7.s1：首先，将工件用吸盘装夹于超精密机床主轴上，选取切削刃参考点，选取基准面，以该面为加工的假想平面，将微透镜延伸至该平面并规划加工路径，使得x轴和c轴以恒定速度进给，通过改变z轴切削深度来实现加工；
8.s2：然后，取下加工后的工件，通过设备对工件(微透镜)表面数据进行提取，根据设备的分辨率将加工的微透镜数据和理论微透镜数据进行匹配。沿x方向可取得两个截面表面数据曲线，将两个截面的表面数据曲线进行对比，在此基础上，再沿y方向取n个截面，得到n组理论截面与实际截面的误差数据，再求平均值，就得到了偏移误差大小，即提前量的大小；
9.s3：根据计算得到的提前量，对加工路径进行调整，再用此加工路径进行工件加
工，就可以得到优化后的微透镜阵列；
10.进一步地，所述步骤s1中的所述吸盘为真空吸盘。
11.进一步地，所述步骤s1中的所述切削刃参考点为刀具刀尖点。
12.进一步地，所述步骤s1中的所述基准面为将工件上离加工平面h高度的平面。
13.进一步地，所述步骤s2中的设备为白光干涉仪。
14.进一步地，所述两个截面表面数据曲线为取理论微透镜截面的表面数据曲线和加工得到的微透镜截面的表面数据曲线。
15.本发明的有益效果为：
16.本发明公开的一种减少伺服振动对超精密加工微透镜阵列影响的方法，首先以切削刃顶点为参考点，离工件一定高度的平面为基准面，对工件进行加工，再用白光干涉仪对加工后的工件表面数据进行提取，然后与理论微透镜表面数据进行对比，就可以得到偏移误差的大小，也就是所需要的提前量，然后在加工路径进行调整的时候加入提前量，得到新的加工路径，用此加工路径加工就能得到表面质量良好的微透镜。这样能够减少伺服振动对加工表面所带来的影响。相对于传统技术，本发明有以下优点：首先，所提出的方法简单有效；其次，该方法用到的白光干涉仪精度特别高，能够很好的得到微透镜表面质量数据，为计算偏移误差提供了很好的支撑；最重要的是，本发明能够有效减少伺服振动对微透镜阵列创成的影响，很好的提高了微透镜的表面质量。
附图说明
17.图1为延伸表面示意图的示意图；
18.图2为沿x方向取到的理论微透镜截面的表面数据与加工得到的微透镜截面的表面数据对比图；
19.图3为传统方法加工得到的微透镜表面形貌的示意图；
20.图4为传统方法加工得到的微透镜表面误差的示意图；
21.图5为用本发明方法加工得到的微透镜表面形貌的示意图；
22.图6为用本发明方法加工得到的微透镜表面误差的示意图。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
24.请参阅图1-6，本发明公开了一种减少伺服振动对超精密加工微透镜阵列影响的方法，包括以下步骤：s1：首先，将工件用吸盘装夹于超精密机床主轴上，选取切削刃参考点，选取基准面，以该面为加工的假想平面，如图1所示，这是由于离工件有一定的距离，因此伺服振动的影响不会表现在加工平面上，然后将微透镜延伸至该平面并规划加工路径，使得x轴和c轴以恒定速度进给，通过改变z轴切削深度来实现加工；
25.s2：然后，取下加工后的工件，通过设备对工件(微透镜)表面数据进行提取，根据设备的分辨率将加工的微透镜数据和理论微透镜数据进行匹配。沿x方向可取得两个截面表面数据曲线，将两个截面的表面数据曲线进行对比，如图2所示，在此基础上，再沿y方向
取n个截面，得到n组理论截面与实际截面的误差数据，再求平均值，就得到了偏移误差大小，即提前量的大小；
26.s3：根据计算得到的提前量，对加工路径进行调整，再用此加工路径进行工件加工，就可以得到优化后的微透镜阵列；
27.进一步地，步骤s1中的吸盘为真空吸盘，真空吸盘是采用丁腈橡胶制造,具有较大的吸附力。
28.进一步地，步骤s1中的切削刃参考点为刀具刀尖点，比较直接可靠。
29.进一步地，步骤s1中的基准面为将工件上离加工平面h高度的平面。
30.进一步地，步骤s2中的设备为白光干涉仪，精度特别高，能够很好的得到微透镜表面质量数据，为计算偏移误差提供了很好的支撑。
31.进一步地，两个截面表面数据曲线为取理论微透镜截面的表面数据曲线和加工得到的微透镜截面的表面数据曲线。
32.s1-s3为本发明的完整过程。
33.通过以上方法进行微透镜表面的加工：首先，所提出的方法简单有效；其次，该方法用到的白光干涉仪精度特别高，能够很好的得到微透镜表面质量数据，为计算偏移误差提供了很好的支撑；最重要的是，本发明能够有效减少伺服振动对微透镜阵列创成的影响，很好的提高了微透镜的表面质量。
34.实施例1：
35.本实施例提供了一种减少超精密加工伺服振动对微透镜阵列创成影响的方法，以五轴超精密加工机床为例，在加工环境，刀具，主轴速度一致的情况下，用本发明方法对工件进行加工检测，得到微透镜表面形貌图以及去除微透镜结构后的误差图如图3、图4、图5、图6所示，通过几幅图之间的对比可以明显看出，采用传统方法加工的微透镜表面有着明显的伺服振动现象。在切入和切出的部位都有明显的抖动，甚至微透镜出现严重变形。而在采用本发明方法加工的微透镜表面中，从微透镜表面误差图可以明显看出由伺服振动所导致的抖动有明显降低，且由于切出时刀具直接离开工件表面，故不会对平面的质量产生影响，切入或者切出时的偏移误差也相对减少，整体的微透镜表面加工质量明显的变好。由此可知，本发明方法有着很大的实用性。
36.如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。