离轴非球面光学元件数控小工具高效加工模型

"离轴非球面数控小工具加工模型的研究和应用，旨在优化中等口径光学元件的精密制造。该技术基于普林斯顿假设，通过控制小工具在工件表面的停留时间和相关参数，精确去除材料，尤其适用于直径小于500mm的离轴非球面光学元件。在实际加工中，模型分析了如何合理确定最接近球面的方法，建立了以弧矢面等高线为加工路径的数控模型，减少了加工过程中的不规则‘碎带’现象，并将二维驻留时间计算简化为一维。同时，模型结合常量-线性分布模型处理边缘效应，确保了加工精度。通过仿真对124mm离轴抛物面镜进行模拟加工，结果显示，采用此模型后，面型误差均方根值显著降低，达到小于λ/60的高精度水平（λ=632.8nm）。" 在离轴非球面光学元件的制造中，数控小工具加工技术扮演着关键角色。这一技术基于普林斯顿假设，即假定小工具在工件表面的切削行为可近似为线性的材料去除过程。为了提高加工精度，研究者首先需解决如何合理确定最接近工件表面的球面部分，这直接影响到加工的起点和路径规划。在模型构建过程中，选择离轴非球面的弧矢面等高线作为加工轨迹，可以有效地减少由小工具造成的不规则表面纹理，即“碎带”现象，从而提高表面质量。 二维驻留时间运算简化为一维，这降低了计算复杂性，使得实时控制更加高效。此外，考虑到边缘效应，即在靠近工件边缘时由于工具几何形状和切削条件变化导致的加工问题，研究者采用了常量-线性分布模型进行处理。这种模型能够更好地预测和补偿边缘区域的形变，保证整个工件表面的均匀性和一致性。 通过仿真验证，124mm离轴抛物面镜的模拟加工结果显示，采用该模型指导的加工工艺，面型误差显著降低，达到了亚波长级别的精度（小于λ/60）。这一成果对于光学系统的设计和制造具有重要意义，能提高光学元件的光学性能，尤其是在高分辨率、高灵敏度的应用中，如天文观测、激光技术和精密测量等领域。 离轴非球面数控小工具加工模型的建立与优化，不仅解决了实际加工中的技术难题，还为中等口径光学元件的高精度制造提供了理论依据和技术支持，推动了光学加工技术的发展。