数控编程球面计算机：基于UG NX的非球面镜片五轴数控编程技术

一、前言    目前镜片的加工主要依赖于三轴或者四轴车片机，加工的对象主要是球面镜片和双球面镜片。非球面镜片由于其几何特性，不能以来目前的三轴或四轴加工机床来加工。非球面是指表面各点的半径都不相同的曲面。最常见的非球面为有一个对称轴的回转非球面。可以用下面方程式表示[1]：

本文针对非球面镜片曲面的特性，制定镜片加工工艺，基于UG NX3.0规划了底模和镜片的加工轨迹。其中使用型腔铣规划了木底模的粗加工轨迹，固定轮廓铣规划木底模精加工轨迹，Swarf方式规划镜片的粗、精加工轨迹。

二、 镜片加工工艺    2.1 镜片加工五坐标数控加工中心

一般说来，五坐标数控加工中心由三个平动轴和两个转动轴构成。根据运动轴配置的不同，五坐标数控加工中心可分为三种基本类型[2]：

1)刀具双摆动 即两个回转轴都作用于刀具上。

2)工作台双回转 即两个回转轴都作用于工件上。

3)刀具和工作台分别回转 即两个回转轴分别作用在刀具和工作台上。

为了保证加工的刚度，本文选用工作台双回转类型的五坐标加工中心，即有X、Y、Z三个平动轴和A、C两个作用在工作台上的转动轴，示意图见图1。

图1. 五坐标加工中心示意图

镜片的生产批量一般比较大，因此加工效率尤为重要，自动换刀功能必不可少。根据加工中使用刀具的数量，建议换刀位不少于5个。

2.2 镜片加工装夹

目前镜片加工的装夹方式主要有两种：1)机夹式，如图2. a)，2)空吸式，如图2.b)。机夹式夹紧较为牢固，但是易存在装夹变形的缺陷。空吸式夹紧相对比较平稳，只要空吸力足够，可以很好的完成夹紧任务。为使得装夹更为稳固，也可同时采用两种装夹。

图2. a)机夹式 b)空吸式

2.3 底模数控加工轨迹规划

底模的包括木模和橡胶模两部分(如图3)。

2.3.1 木模加工轨迹规划

由木模的形状可知，其加工轨迹可以用三轴方式来规划。木模毛坯为木浆胶合而成，质地较为柔软，因此加工进给速度和主轴转速可以较高，可分别设为1000mm/min和20000r/min。

一般说来，粗加工加工策略为型腔铣(CAVITY_MILL)，采用往复式加工来提高加工效率，加工的逐层渐进高度为1mm，生成的加工轨迹如图4。

精加工策略为固定轴轮廓铣(FIXED_CONTOUR)，选定上表面为驱动几何(Drive Geometry)，一般设定残余高度为0.02mm。如图5为木模的精加工轨迹。

经过轨迹转换为NC代码后，对木模进行实加工，加工效果如图2。

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