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在光学系统成像设计领域,自由曲面光学元件越来越多地受到人们的关注。由于自由曲面光学元件具有可以消除光学系统的各种像差,提高光学性能,减轻光学系统的质量等优点。因此,自由曲面光学元件不仅应用在航天、航空、国防、军事等领域,而且还面向消费者的工业领域,例如数码相机、扫描仪、光电显示器等光电产品中都含有自由曲面的光学元件。目前,国内外主流的光学设计软件(CODE V、ZEMAX)可以进行光学自由曲面的设计,但是存储的文件格式却不适合数控编程。很多商用的CAD/CAM软件(MasterCAM、Unigraphics等)大多数都是针对通用的数控机床或者加工中心进行端面铣削或者球头铣削加工。自由曲面光学元件的加工与传统光学元件的加工有较大的区别,由于传统的球面或非球面光学元件有回转对称轴,采用两轴超精密机床就可以加工。而光学自由曲面通常采用金刚石飞切加工,普通的CAM软件不能对其进行自动数控编程,并且传统的加工设备和加工技术并不能满足光电产品对自由曲面光学元件高精度的加工要求。目前直接通过光学自由曲面的设计结果和切削参数自动生成刀具轨迹的软件还比较少。光学自由曲面模型主要来自于光学设计软件设计的结果,可以转化为标准的CAD文件格式,CAD软件和CAM软件之间存在着数据兼容性交换的问题,美国工业界和美国国家标准局联合制定了基本图形交换规范标准(Initial Graphics Exchange Specification, IGES),用来解决不同系统之间数据兼容性交换的问题。几乎所有国际上知名的CAD/CAM软件都配置了IGES接口。要使开发的软件系统能够读取光学设计软件设计的光学自由曲面模型的数据,也必须为开发的软件系统编写相应的IGES数据接口,以便和光学设计软件进行集成和数据共享。鉴于光学设计软件设计的光学自由曲面的存储格式不适合数控编程,以及普通的CAM软件不能对金刚石飞切加工光学自由曲面进行自动数控编程这些不足之处,因此本文开发一套可以和光学设计软件集成进行光学自由曲面的表示,并且根据刀具几何参数、切削工艺参数和FTS运动型式自动生成金刚石车削光学自由曲面的刀具轨迹的软件。在软件的开发过程中本文采用了目前最为流行的软件开发工具Visual Basic.NET,在Visual Basic. NET开发环境下主要开发软件的界面和与光学设计软件之间进行数据兼容性交换的IGES接口,然后调用Mat lab的图形函数库进行数值计算和图形表示。该软件的主要功能有：(1)对于可以用数学方程来描述的一类典型的光学自由曲面,在对话框中输入光学自由曲面的有关参数,就可以在软件主界面的图形窗口中表示出相应的光学自由曲面,并在参数窗口中显示光学自由曲面的参数。(2)对于由光学设计软件生成的另一类比较复杂的光学自由曲面,该软件能够读取光学设计软件生成的IGES格式的光学自由曲面文件,通过抽取文件中光学自由曲面的特征信息和数据,然后基于NURBS重构光学自由曲面。(3)软件中还集成了光学自由曲面金刚石车削的刀具路径规划算法,利用此算法可以对典型的光学自由曲面进行刀具轨迹的生成。该软件的成功开发将解决了光学设计软件和CAM软件之间进行数据兼容性交换的问题,在软件中就能对光学设计软件生成的自由曲面光学元件进行表示。在此基础上开发最佳刀具轨迹和数控程序自动生成功能就可以对自由曲面加工过程进行仿真,从而不用再花费大量的时间编写程序和昂贵的试切试验,缩短了光学自由曲面的加工周期。