本發(fā)明涉及光學零件精密加工，具體涉及一種衍射光學元件的車削刀具圓弧面半徑補償方法。

背景技術：

1、衍射光學元件將折射和衍射原理結合起來，具有特殊的色散特性、熱特性特點。借助衍射原件的消色散和無熱化設計可以在提高成像系統質量的同時，能夠減少光學系統的重量并減小光學系統的體積,滿足了現代光學系統中輕量化和緊湊型的設計理念，以紅外晶體材料制備的衍射光學元件被廣泛應用于紅外光學系統，但由于其為了實現衍射特性在非球面基底上具有微米尺寸的臺階形狀的微結構特征，其表面是非連續(xù)的，又要求較高的面形精度和粗糙度要求，傳統研磨拋光加工難以滿足其加工需求。

2、單點金剛石車削加工方式是一種廣泛應用于紅外光學元件加工領域的加工技術，其采用金剛石刀具實現材料的納米級去除，可以一次加工獲得亞微米級的面形精度和納米級的表面粗糙度，被認為是衍射光學元件的最佳加工方式。為了獲得較高的表面質量，金剛石刀具通常為圓弧形狀，對于連續(xù)表面的加工具有良好的加工效果，但針對于衍射光學元件這種具有微結構特征的非連續(xù)表面，圓弧金剛石刀具會造成臺階結構的過切，實際高度和徑向位置同理想設計存在一定的差距，影響衍射效率，因此，需要一種良好的刀具圓弧面半徑補償方法實現衍射元件微結構的高精度加工。

3、因此，發(fā)明人提供了一種衍射光學元件的車削刀具圓弧面半徑補償方法。

技術實現思路

1、(1)要解決的技術問題

2、本發(fā)明實施例提供了一種衍射光學元件的車削刀具圓弧面半徑補償方法，解決了衍射光學元件車削加工精度較低的技術問題。

3、(2)技術方案

4、本發(fā)明提供了一種衍射光學元件的車削刀具圓弧面半徑補償方法，包括以下步驟：

5、根據衍射光學元件的光學面形方程建立加工曲線；

6、對所述加工曲線的方程進行離散處理，獲得加工接觸點軌跡，所述軌跡為實際加工中刀具與所述衍射光學元件的表面接觸點；

7、依據所述表面接觸點、刀具圓弧面半徑及預設斜率，對所述衍射光學元件的連續(xù)曲面處的所述刀具圓弧面半徑進行法向偏置補償；以及，對所述衍射光學元件的臺階位置處的所述刀具圓弧面半徑進行線性補償。

8、進一步地，所述預設斜率為過所述表面接觸點且與所述加工曲線相切的直線方程的斜率。

9、進一步地，所述依據所述表面接觸點、刀具圓弧面半徑及預設斜率，對所述衍射光學元件的連續(xù)曲面處的所述刀具圓弧面半徑進行法向偏置補償，具體包括以下步驟：

10、對所述衍射光學元件的連續(xù)曲面進行車削加工時，刀具圓弧與加工曲面始終相切，切點為p，確定以刀具圓弧面半徑r為圓弧半徑且過點p與所述加工曲線相切的圓的圓心點o為刀具控制點；

11、依據所述表面接觸點的坐標p(x0，z0)，確定過點p且與所述加工曲線相切的直線方程；

12、根據所述直線方程，計算所述刀具控制點的坐標。

13、進一步地，所述刀具控制點的橫坐標與所述刀具圓弧面半徑呈反相關。

14、進一步地，所述刀具控制點的縱坐標與所述刀具圓弧面半徑呈正相關，且與所述預設斜率呈反相關。

15、進一步地，所述對所述衍射光學元件的臺階位置處的所述刀具圓弧面半徑進行線性補償，具體為：

16、確定以所述表面接觸點為圓心的設定半徑的圓弧與所述加工曲線的臺階頂點的交點為臨界點，刀具從所述臨界點開始豎直向上移動第一設定距離后，再沿水平方向移動第二設定距離加工出臺階狀微結構。

17、進一步地，確定刀具沿所述臨界點p1(x1，z1)法向補償的點為o1(xt1，zt1)、沿臺階頂點法向補償的點為o2(xt2，zt2)，所述刀具的運動軌跡為從點o1(xt1，zt1)沿z向運動到過渡點(xt1，zt2)，再沿x方向移動到點o2(xt2，zt2)，形成所述臺階狀微結構。

18、進一步地，所述臨界點位于區(qū)間[x2-r，x2]內，其中，x2為所述臺階頂點的橫坐標，r為刀具圓弧面半徑。

19、進一步地，所述加工曲線中的每一個曲率突變的位置均為所述臺階狀微結構。

20、進一步地，所述衍射光學元件為回轉對稱元件，所述加工曲線為所述回轉對稱元件的母線。

21、(3)有益效果

22、綜上，本發(fā)明通過在衍射光學元件的連續(xù)曲面位置進行法向補償，在臺階位置進行精確的位置補償，生成衍射光學元件單點金剛石車削加工軌跡點，實現衍射光學元件的超精密車削加工。另外識別臺階位置，采用符合臺階位置的軌跡進行移動，來替代該區(qū)間內的原始沿法向偏置的軌跡，生成加工軌跡。

技術特征：

1.一種衍射光學元件的車削刀具圓弧面半徑補償方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的衍射光學元件的車削刀具圓弧面半徑補償方法，其特征在于，所述預設斜率為過所述表面接觸點且與所述加工曲線相切的直線方程的斜率。

3.根據權利要求2所述的衍射光學元件的車削刀具圓弧面半徑補償方法，其特征在于，所述依據所述表面接觸點、刀具圓弧面半徑及預設斜率，對所述衍射光學元件的連續(xù)曲面處的所述刀具圓弧面半徑進行法向偏置補償，具體包括步驟：

4.根據權利要求3所述的衍射光學元件的車削刀具圓弧面半徑補償方法，其特征在于，所述刀具控制點的橫坐標與所述刀具圓弧面半徑呈反相關。

5.根據權利要求3所述的衍射光學元件的車削刀具圓弧面半徑補償方法，其特征在于，所述刀具控制點的縱坐標與所述刀具圓弧面半徑呈正相關，且與所述預設斜率呈反相關。

6.根據權利要求1所述的衍射光學元件的車削刀具圓弧面半徑補償方法，其特征在于，所述對所述衍射光學元件的臺階位置處的所述刀具圓弧面半徑進行線性補償，具體為：

7.根據權利要求6所述的衍射光學元件的車削刀具圓弧面半徑補償方法，其特征在于，確定刀具沿所述臨界點p1(x1，z1)法向補償的點為o1(xt1，zt1)、沿臺階頂點法向補償的點為o2(xt2，zt2)，所述刀具的運動軌跡為從點o1(xt1，zt1)沿z向運動到過渡點(xt1，zt2)，再沿x方向移動到點o2(xt2，zt2)，形成所述臺階狀微結構。

8.根據權利要求6所述的衍射光學元件的車削刀具圓弧面半徑補償方法，其特征在于，所述臨界點位于區(qū)間[x2-r，x2]內，其中，x2為所述臺階頂點的橫坐標，r為刀具圓弧面半徑。

9.根據權利要求6所述的衍射光學元件的車削刀具圓弧面半徑補償方法，其特征在于，所述加工曲線中的每一個曲率突變的位置均為所述臺階狀微結構。

10.根據權利要求1所述的衍射光學元件的車削刀具圓弧面半徑補償方法，其特征在于，所述衍射光學元件為回轉對稱元件，所述加工曲線為所述回轉對稱元件的母線。

技術總結
本發(fā)明涉及光學零件精密加工技術領域，具體涉及一種衍射光學元件的車削刀具圓弧面半徑補償方法，其包括步驟：根據衍射光學元件的光學面形方程建立加工曲線；對加工曲線的方程進行離散處理，獲得加工接觸點軌跡，軌跡為實際加工中刀具與衍射光學元件的表面接觸點；依據表面接觸點、刀具圓弧面半徑及預設斜率，對衍射光學元件的連續(xù)曲面處的刀具圓弧面半徑進行法向偏置補償；以及，對衍射光學元件的臺階位置處的刀具圓弧面半徑進行線性補償。該衍射光學元件的車削刀具圓弧面半徑補償方法的目的是解決衍射光學元件車削加工精度較低的問題。

技術研發(fā)人員：趙宏鑫,張彬,張楊,楊海濤
受保護的技術使用者：中國航空工業(yè)集團公司北京航空精密機械研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/4/28