自由曲面可制造性分析
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
自由曲面可制造性分析的實例教程
本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數(shù)，解釋了可制造性參數(shù)如何與儀器參數(shù)相關(guān)聯(lián)，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數(shù)。此外，還解釋了如何處理其考察區(qū)域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
表面參數(shù)控制
鏡頭加工中需要進(jìn)行控制的表面參數(shù)將取決于加工方法和設(shè)備。加工塑料光學(xué)元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用 三軸金剛石車床（圖 1）進(jìn)行直接切割，或者更常見的是利用切割模具來加工透鏡。
圖1. 三軸金剛石切割機(jī)（左） 金剛石切割刀具（右）
傾斜角度
讓我們看一下儀器的局限性（圖 2）。刀具的側(cè)面傾角限制了沿任何徑向橫截面的最大可能斜切角。由于這樣的徑向橫截面與子午面重合，因此相應(yīng)的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對而言，旋轉(zhuǎn)對稱表面子午斜率對于自由曲面而言，沿不同的徑向截面具有不同的分布。
另一個參數(shù)是 “弧矢斜率” 角度。當(dāng)我們在三軸金剛石車床上加工自由曲面時，刀具在工件的每一圈都沿 Z 軸來回移動，以加工非旋轉(zhuǎn)對稱形狀的透鏡。在這種情況下，刀具的后角限制了表面沿鏡頭上每個圓圈變化的速度，這稱為弧矢斜率。更準(zhǔn)確地說，刀具在表面上產(chǎn)生螺旋軌跡，但螺旋的步長非常小，在大多數(shù)情況下，可以將刀具軌跡視為一系列圓圈。對于旋轉(zhuǎn)對稱鏡片，弧矢斜率剛好為零。
圖 2. 子午和弧矢斜率，黃線表示沿哪個方向測量斜率
有時，從加工的角度來看，將工件放置在平臺的旋轉(zhuǎn)軸之外而不是沿軸放置是合理的，這樣刀具在工件上的軌跡看起來幾乎是直線。在這種情況下，我們應(yīng)該控制所謂的 “X斜率” 和 “Y斜率”（圖3）。
圖3.
展開 概要
本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數(shù)，解釋了可制造性參數(shù)如何與儀器參數(shù)相關(guān)聯(lián)，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數(shù)。此外，還解釋了如何處理其考察區(qū)域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
表面參數(shù)控制
鏡頭加工中需要進(jìn)行控制的表面參數(shù)將取決于加工方法和設(shè)備。加工塑料光學(xué)元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用 三軸金剛石車床（圖 1）進(jìn)行直接切割，或者更常見的是利用切割模具來加工透鏡。
圖1. 三軸金剛石切割機(jī)（左） 金剛石切割刀具（右）
傾斜角度
讓我們看一下儀器的局限性（圖 2）。刀具的側(cè)面傾角限制了沿任何徑向橫截面的最大可能斜切角。由于這樣的徑向橫截面與子午面重合，因此相應(yīng)的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對而言，旋轉(zhuǎn)對稱表面子午斜率對于自由曲面而言，沿不同的徑向截面具有不同的分布。
另一個參數(shù)是 “弧矢斜率” 角度。當(dāng)我們在三軸金剛石車床上加工自由曲面時，刀具在工件的每一圈都沿 Z 軸來回移動，以加工非旋轉(zhuǎn)對稱形狀的透鏡。在這種情況下，刀具的后角限制了表面沿鏡頭上每個圓圈變化的速度，這稱為弧矢斜率。更準(zhǔn)確地說，刀具在表面上產(chǎn)生螺旋軌跡，但螺旋的步長非常小，在大多數(shù)情況下，可以將刀具軌跡視為一系列圓圈。對于旋轉(zhuǎn)對稱鏡片，弧矢斜率剛好為零。
圖 2. 子午和弧矢斜率，黃線表示沿哪個方向測量斜率
有時，從加工的角度來看，將工件放置在平臺的旋轉(zhuǎn)軸之外而不是沿軸放置是合理的，這樣刀具在工件上的軌跡看起來幾乎是直線。在這種情況下，我們應(yīng)該控制所謂的 “X斜率” 和 “Y斜率”（圖3）。
圖3.
展開 本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數(shù)，解釋了可制造性參數(shù)如何與儀器參數(shù)相關(guān)聯(lián)，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數(shù)。此外，還解釋了如何處理其考察區(qū)域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
作者：DynaOptics 合作翻譯：南京光研 - 杜進(jìn)
表面參數(shù)控制
鏡頭加工中需要進(jìn)行控制的表面參數(shù)將取決于加工方法和設(shè)備。加工塑料光學(xué)元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用 三軸金剛石車床（圖 1）進(jìn)行直接切割，或者更常見的是利用切割模具來加工透鏡。
圖1. 三軸金剛石切割機(jī)（左） 金剛石切割刀具（右）
傾斜角度
讓我們看一下儀器的局限性（圖 2）。刀具的側(cè)面傾角限制了沿任何徑向橫截面的最大可能斜切角。由于這樣的徑向橫截面與子午面重合，因此相應(yīng)的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對而言，旋轉(zhuǎn)對稱表面子午斜率對于自由曲面而言，沿不同的徑向截面具有不同的分布。
另一個參數(shù)是 “弧矢斜率” 角度。當(dāng)我們在三軸金剛石車床上加工自由曲面時，刀具在工件的每一圈都沿 Z 軸來回移動，以加工非旋轉(zhuǎn)對稱形狀的透鏡。在這種情況下，刀具的后角限制了表面沿鏡頭上每個圓圈變化的速度，這稱為弧矢斜率。更準(zhǔn)確地說，刀具在表面上產(chǎn)生螺旋軌跡，但螺旋的步長非常小，在大多數(shù)情況下，可以將刀具軌跡視為一系列圓圈。對于旋轉(zhuǎn)對稱鏡片，弧矢斜率剛好為零。
圖 2. 子午和弧矢斜率，黃線表示沿哪個方向測量斜率
有時，從加工的角度來看，將工件放置在平臺的旋轉(zhuǎn)軸之外而不是沿軸放置是合理的，這樣刀具在工件上的軌跡看起來幾乎是直線。在這種情況下，我們應(yīng)該控制所謂的 “X斜率” 和 “Y斜率”（圖3）。
圖3.
展開 仿真可制造性設(shè)計 (Simulation DFM )
仿真可制造性設(shè)計 (sDFM) 是一種輔助制造的功能。它為產(chǎn)品設(shè)計提供相關(guān)的模具分析結(jié)果，使設(shè)計者可以減少手動驗證每個模擬結(jié)果狀態(tài)的時間。sDFM 的過程分為三個階段： sDFM Setting、sDFM Viewer 和 sDFM Report。
?sDFM Setting 允許使用者自定義驗證標(biāo)準(zhǔn)格式。驗證標(biāo)準(zhǔn)包括驗證項目、相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和制造中的關(guān)鍵因素。用戶可以設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)以從提供的信息中查看分析項目。
?sDFM Viewer 允許用戶查看每個分析項目的驗證狀態(tài)。用戶可以右鍵單擊 SYNC UI 樹狀菜單上的 項目管理器(Project Manager) 來操作sDFM Viewer，它使用自定義的驗證標(biāo)準(zhǔn)顯示自定義選擇的分析項目列表和驗證狀態(tài)。
?sDFM Report 功能在 PowerPoint 中提供完整的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容和分析項目結(jié)果。用戶可以透過報告中的信息查看整個設(shè)計過程。
1. sDFM設(shè)定 (Simulation DFM Setting)
?右鍵單擊 項目管理員(Project Manager) 并在目錄中選擇 Simulation DFM Setting。
?選擇 Simulation DFM Setting 設(shè)定后，開啟 Simulation DFM Setting 模板列，可操作新增/編輯/刪除及匯入/匯出檢驗?zāi)０濉??用戶可以在 Simulation DFM Setting 中選擇驗證項目。在每個子項目下，必須的分析項目（帶有注釋必須）不能取消勾選。
展開 然而這樣的反復(fù)改變設(shè)計和驗證，是一段冗長的工作流程；為了解決這項難題，Moldex3D SYNC在2021的版本推出了幾何優(yōu)化工具，幫助使用者大幅簡化CAE分析的工作，只要幾個簡單的操作步驟，就可以得到所有的尺寸變化與相對應(yīng)的CAE分析結(jié)果。
以下透過一連接器案例來示范如何利用Modex3D SYNC做出優(yōu)化的幾何設(shè)計。圖五是已通過DFM檢查的原始產(chǎn)品模型，圖六則是一開始的模擬結(jié)果；從流動分析來看，連接器兩側(cè)都有流動不平衡的現(xiàn)象。圖七則為翹曲變形結(jié)果，此翹曲情形會造成排針無法正常插入，必須在生產(chǎn)前改善。從原始設(shè)計剖面來看，兩邊厚度不同，而較厚的那端可進(jìn)行些微的厚度修正。推測改變厚度可以改善流動平衡與翹曲 (仍須做結(jié)構(gòu)強度分析)，卻無法判斷應(yīng)修改多少才能達(dá)到最佳厚度。若一一分析不同厚度的設(shè)計，必然曠日費時，如圖八所示。這時若使用Moldex3D SYNC幾何優(yōu)化工具，即可快速指定變化的參數(shù)，并設(shè)置所有分析組別。最后也從中獲得一組優(yōu)化分析結(jié)果(圖九)，波前幾乎在末端重合，也因此改善了翹曲結(jié)果。
圖五 鏈接器案例及其剖面圖
圖六 CAE仿真結(jié)果，顯示兩側(cè)流動不平衡
圖七 可能因流動不平衡而造成的翹曲變形
圖八 對幾何參數(shù)設(shè)置變化范圍并一次產(chǎn)生所有分析組別
圖九 某一組分析結(jié)果，兩側(cè)波前幾乎在末端重合
從上述的例子可得知，可制造性(DFM)的靜態(tài)的規(guī)范檢查，無法百分之百反映動態(tài)生產(chǎn)過程所造成的問題。CAE模流分析則可協(xié)助用戶彌補這一部分；而Moldex3D SYNC幾何優(yōu)化工具更可進(jìn)一步幫助使用者簡化分析所需的工作。若將模流分析提供的分析結(jié)果項目也視為產(chǎn)品可制造性的一環(huán)，結(jié)合CAD與CAE的優(yōu)點與功能，即可有效提升產(chǎn)品設(shè)計效率，縮短產(chǎn)品上市時間。
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概要
本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數(shù)，解釋了可制造性參數(shù)如何與儀器參數(shù)相關(guān)聯(lián)，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數(shù)。此外，還解釋了如何處理其考察區(qū)域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
表面參數(shù)控制
鏡頭加工中需要進(jìn)行控制的表面參數(shù)將取決于加工方法和設(shè)備。加工塑料光學(xué)元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用
仿真可制造性設(shè)計 (sDFM) 是一種輔助制造的功能。它為產(chǎn)品設(shè)計提供相關(guān)的模具分析結(jié)果，使設(shè)計者可以減少手動驗證每個模擬結(jié)果狀態(tài)的時間。sDFM 的過程分為三個階段： sDFM Setting、sDFM Viewer 和 sDFM Report。
?sDFM Setting 允許使用者自定義驗證標(biāo)準(zhǔn)格式。驗證標(biāo)準(zhǔn)包括驗證項目、相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和制造中的關(guān)鍵因素。用戶可以設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)以從提供的信息中查看分析項目
1. sDFM設(shè)定 (Simulation DFM Setting)
?右鍵單擊 項目管理員(Project Manager) 并在目錄中選擇 Simulation DFM Setting。
?選擇 Simulation DFM Setting 設(shè)定后，開啟 Simulation DFM Setting 模板列，可操作新增/編輯/刪除及匯入/匯出檢驗?zāi)０濉?/div>
仿真可制造性設(shè)計 (Simulation DFM )
仿真可制造性設(shè)計 (sDFM) 是一種輔助制造的功能。它為產(chǎn)品設(shè)計提供相關(guān)的模具分析結(jié)果，使設(shè)計者可以減少手動驗證每個模擬結(jié)果狀態(tài)的時間。sDFM 的過程分為三個階段： sDFM Setting、sDFM Viewer 和 sDFM Report。
?sDFM Setting 允許使用者自定義驗證標(biāo)準(zhǔn)格式。驗證標(biāo)準(zhǔn)包括驗證項目、相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和制造中的關(guān)鍵因素
本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數(shù)，解釋了可制造性參數(shù)如何與儀器參數(shù)相關(guān)聯(lián)，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數(shù)。此外，還解釋了如何處理其考察區(qū)域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
作者：DynaOptics 合作翻譯：南京光研 - 杜進(jìn)
表面參數(shù)控制
鏡頭加工中需要進(jìn)行控制的表面參數(shù)將取決于加工方法和設(shè)備
本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數(shù)，解釋了可制造性參數(shù)如何與儀器參數(shù)相關(guān)聯(lián)，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數(shù)。此外，還解釋了如何處理其考察區(qū)域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
表面參數(shù)控制
鏡頭加工中需要進(jìn)行控制的表面參數(shù)將取決于加工方法和設(shè)備。加工塑料光學(xué)元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用
一般塑料制品的生產(chǎn)流程，從產(chǎn)品造型及結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具設(shè)計、模具制造到射出成型，須歷經(jīng)許多階段。若在前段設(shè)計上有不周全的地方，就會造成后段生產(chǎn)的困難，或是需要來回溝通以調(diào)整產(chǎn)品設(shè)計、模具設(shè)計或修整模具。本文即著重在塑料產(chǎn)品設(shè)計時間，說明如何透過模流分析找較佳的產(chǎn)品設(shè)計，藉此預(yù)先排除潛在問題，使產(chǎn)品能順利量產(chǎn)。
在產(chǎn)品設(shè)計時間，通常會有可制造性(DFM)的規(guī)范檢查；而常見的DFM項目包括塑料材料的預(yù)放值
