模製塑膠光學元件，特別是變形和自由形式元件，幾乎完全依賴於模具和母版的單點金剛石車削。由於金剛石車削是一個確定性過程，它可以將機械和光機特性整合到相同的加工操作中，並保證與光學表面對齊。隨著慢速刀具伺服（STS）和快速刀具伺服（FTS）加工工藝的出現，金剛石車削非旋轉對稱光學表面和其他特徵成為可能。
然而，當表面在方位（旋轉）方向變得陡峭時，STS和FTS都受到刀具間隙的限制。大型間隙工具是解決問題的一種方法，但它們成本高昂，製造耗時，且邊緣脆弱，容易磨損和損壞。金剛石銑削是處理大方位角坡度的另一種可能性，但這通常是以減少與長週期相關的表面粗糙度和表面形狀誤差為代價。
在名為《Single-Point Diamond Turning of Features with Large Azimuthal Slope》的論文中，Meta介紹了一種利用具有垂直Y軸的金剛石車削機的多軸運動，並透過傳統金剛石車削工具車來車削陡峭方位角斜坡的過程。
如圖1中的示例性圓柱透鏡所示，由於零件周邊附近的方位角坡度較大，金剛石工具的前間隙角不足以進行常規STS或FTS操作。然而如圖2所示，如果刀具繞其軸線旋轉（平行於車削軸線），則可獲得方位方向上的額外前間隙。從本質上講，這會導致使用一定的徑向間隙來交換方位間隙。儘管繞其軸旋轉刀具可以解決其前間隙面和表面之間的干涉問題，但這需要金剛石車削機（DTM）通常不可用的額外軸。
相比之下，除了傳統的X軸和Z軸外，如今大多數DTM具有（垂直）Y軸。利用這個附加運動軸，可以透過新增Y軸運動來實現繞其軸旋轉刀具的效果。如圖3所示，透過圍繞車削軸旋轉刀具軌跡的插補或車削平面（與工件旋轉軸和刀具接觸點相交的平面），可以獲得操縱刀具間隙的額外自由度。
這個旋轉角度或傾斜角度因此增加了使用給定金剛石工具加工的可用表面坡度範圍。為了視覺化傾斜角度如何影響刀具間隙，將刀具投影到徑向和方位切割平面上非常有用。圖4說明了方位角間隙如何受到負切削坡度前刀具間隙角和正坡度前刀面的限制。相反，如圖5所示，徑向間隙完全由刀具的視窗或半徑夾角決定。
當向刀具新增傾斜角度時，其間隙在將旋轉刀具投影到徑向和方位切割平面後發生顯著變化，如圖6和圖7所示。
隨著程式化斜角的引入，金剛石車削切削力學可以發生顯著變化。斜交角原則上在機械加工中並非前所未有。例如木材行業，其幾個世紀以來都一直採用傾斜切割來幫助剪下端粒上的纖維。儘管刀具前角的t變化會影響自由形狀金剛石車削中的力和表面，但迄今為止，關於斜角度影響的資料相對較少。
結果表明，在前角和傾斜角的極端情況下，表面光潔度顯著降低。單從資料中得出的關鍵是，所述技術在大範圍的前角和斜角上產生良好的表面光潔度，表明這種金剛石車削技術可用於廣泛的用例。
極端前角和傾斜角下表面光潔度下降的兩個主要驅動因素似乎是堆積邊緣的累積和高推力所引起的振動。對於所述極端情況，強化工具可能會產生更好的效能。
透過引入利用現代金剛石車削機現有Y軸運動的可程式設計傾斜角，團隊證明使用慢速刀具伺服和快速刀具伺服進行金剛石車削的非旋轉對稱表面型別可以獲得實質性的收益。另外，利用金剛石工具運動中新發現的自由度非常實際。這一事實證明，即使在傾斜和前角相對較大的情況下，良好的表面光潔度同樣是可能的。團隊指出，至少對高磷鎳有效，而且其他材料肯定會有所變化，但需要加以探索。
文章來源：映維網
