[发明专利]一种可降低行程的离子束加工方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到光学加工领域，特指一种适用于大口径光学零件的离子束加工方法。

背景技术

离子束修形加工是应用于光学零件确定性加工的一种新技术。离子束修形是在真空环境中，应用离子源发射的离子束轰击光学镜面，利用离子轰击产生的物理溅射效应去除光学零件表面的材料。离子束修形具有纳米量级的加工精度，是高确定性、高稳定性和非接触的加工方式。离子束修形克服了传统方法修形加工过程中的边缘效应、刀具磨损和压力负载等缺点。离子束修形适宜于加工高精度、非球面、异型、薄型等难加工光学零件。

目前，离子束加工光学零件有两种加工方式，五轴加工方式（如图1所示）和三轴加工方式（如图2所示）。采用五轴加工方式时，在加工过程中需要使离子束2垂直入射工件1（如光学曲面），入射角始终是0°。这种加工方式下，离子源3相对工件需要五个运动自由度，即调整位置的X、Y和Z三个线性运动自由度和调整姿态的A和B两个旋转自由度。采用三轴加工方式时，在加工过程中离子束2的姿态保持不变，离子束2始终平行于工件1的轴线。这种加工方式下，离子源3相对工件仅需要三个运动自由度，即调整位置的X、Y和Z三个线性运动自由度。

相应的，离子束加工设备也可分为两类，三轴加工设备和五轴加工设备。三轴加工设备仅有X、Y和Z三个线性运动轴，仅能进行三轴加工。五轴加工设备除了具有X、Y和Z三个线性轴之外，还具有A和B两个旋转轴。利用五轴加工设备，即可以进行五轴加工，也可进行三轴加工。可见，五轴加工设备通用性更好。

在离子束加工工艺中，尤其是加工大口径的光学零件时，所需的X轴和Y轴行程较大，当所需的行程超过机床的运动行程时，离子束将无法轰击到所要的加工点，因此将无法进行有效加工。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、易实现、适用范围广、尤其适应较大尺寸光学零件的可降低行程的离子束加工方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种可降低行程的离子束加工方法，基于五轴加工设备，当加工所需的X轴和Y轴行程大于机床行程时，摆动A和B两个旋转轴来移动离子束加工点，利用极限行程进行加工，同时对旋转轴和Z轴运动坐标进行修正，并对驻留时间进行修正。

作为本发明的进一步改进：本发明具体步骤为：

（1）建立加工路径；根据待加工光学元件的形状和尺寸建立离子束修形加工路径；其中，设抛光路径上第i点P_i在工件坐标系的坐标为xwiywi;]]>

（2）计算加工路径上各点的驻留时间和机床运动坐标；

（3）修正机床运动坐标；

（4）数控修形加工：根据步骤（3）计算得到的加工点机床运动坐标，对待加工光学元件的光学表面进行数控修形加工。

作为本发明的进一步改进：所述步骤（2）的具体步骤为：

（2.1）计算加工路径上各点P_i处的加工驻留时间

（2.2）计算加工路径上各点P_i处的机床运动坐标：