[發明專利]一種非球面光學零件的研拋方法

無效

• 申請號: 201010196710.8
• 申請日: 2010-06-08
• 公開（公告）號: CN101862989A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 詹建明;鄭堤;胡利永
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: B24B37/00
• 分類號: B24B37/00;B24B47/20
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明;蔡菡華

技術領域

本發明涉及一種機械領域中零件的加工方法，尤其涉及一種非球面光學零件的研拋方法。

背景技術

非球面光學零件因具有良好的光學特性而受到研究者的廣泛關注。近年來，非球面光學零件研拋技術與裝備的研究開發一般利用超精密多軸數控機床為平臺，以多軸數控插補運動伺服的方式進行加工，以實現非球面研拋過程的數控化、精量化，一定程度上提高了研拋的加工效率。但是利用上述設備加工存在以下技術缺陷：(1)由于在加工過程中只是通過數控機床切削加工的位置伺服控制對零件進行加工，而無法對作用在零件上的研拋力進行實時控制，從而使得曲面研拋過程的研拋力不確定、不一致，導致零件表面的精整加工質量不確定、不一致；(2)設備成本高，一般每臺數控機床的價值在數百萬甚至上千萬，極大的阻礙了非球面零件加工的生產普及化。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是一種可提高曲面精加工質量的非球面光學零件的研拋方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種非球面光學零件的研拋方法，包括以下具體步驟：

(1)、在工作臺上安裝第一電機和第一傳動軸，并在第一電機上連接第一傳動機構以帶動第一傳動軸轉動，然后在第一傳動軸上同軸套設轉盤，并在轉盤與第一傳動軸之間設置由至少一根彈簧組成的柔順控制裝置，將轉盤與轉動臂的一端固定連接，在轉動臂的另一端固定連接研磨工具；

(2)、在第二電機上連接第二傳動機構以帶動第二傳動軸轉動，將用于安裝待加工零件的夾具固定連接在第二傳動軸上；

(3)、將待加工的非球面光學零件安裝在夾具上；

(4)、設定工作臺在X方向的進給位移即轉動臂在第二傳動軸上的回轉中心在X方向的進給位移，記為x_p，設定工作臺在Y方向的進給位移即轉動臂在第二傳動軸上的回轉中心在Y方向的進給位移，記為y_p，設定轉動臂的角位移變化值為Δθ，并設定x_p和y_p為：

其中：x、y表示研磨工具在非球面光學零件上加工點的位置，l₁表示研磨工具在非球面光學零件上的加工點到研磨工具與轉動臂的連接點的垂直距離，l₂表示轉動臂的回轉中心到研磨工具與轉動臂的連接點的垂直距離，θ表示研磨工具在非球面光學零件上加工點的切線與X方向所成的夾角，Fn表示研磨工具作用在非球面光學零件上的研拋法向力，k表示柔順控制裝置的彈性系數；

(5)、根據步驟(4)中設定的關系式通過控制系統控制工作臺在X、Y方向的進給運動以及第一電機的轉動，實現控制轉動臂在X、Y方向的進給位移x_p、y_p以及轉動臂繞回轉中心轉動的角度Δθ，以保證研磨工具作用在非球面光學零件上的研拋力始終為研拋法向力，同時通過控制第一電機和柔順控制裝置實時控制研磨工具作用在非球面光學零件上的研拋法向力Fn，實現對非球面光學零件的研拋加工。

所述的彈簧的一端與所述的轉盤連接，所述的彈簧的另一端與所述的第一傳動軸連接。

所述的彈簧為至少兩根，且繞著所述的第一傳動軸均勻分布。

所述的工作臺為數控機床中的伺服工作臺。

與現有技術相比，本發明的優點是通過本方法在加工過程中可直接控制研拋法向力，克服了由于柔順機械系統力/位耦合問題導致的力控制不準確難題，有利于獲得穩定、一致的曲面輪廓，提高了零件表面的精整加工質量；而且以柔順控制的方式對非球面光學零件進行加工，避免了精密加工對機械系統精度的高要求，降低了設備的制造成本，有利于推廣應用；此外，本方法的加工原理簡單，有利于硬件設計和軟件開發。

附圖說明

圖1為本發明中所使用的裝置的俯視圖；

圖2為本發明的第一傳動軸的剖視圖；

圖3為本發明的運動軌跡的原理圖。

具體實施方式

以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。

如圖所示，一種非球面光學零件的研拋方法，包括以下具體步驟：

(1)、在數控機床中的伺服工作臺1上安裝第一電機11和第一傳動軸12，并在第一電機11上連接第一傳動機構7以帶動第一傳動軸12轉動，然后在第一傳動軸12上同軸套設轉盤8，并在轉盤8與第一傳動軸12之間連接由三根均勻分布的彈簧13組成的柔順控制裝置，將轉盤8與轉動臂2的一端固定連接，在轉動臂2的另一端固定連接研磨工具9；

(2)、在第二電機3上連接第二傳動機構6以帶動第二傳動軸14轉動，將用于安裝待加工零件5的夾具4固定連接在第二傳動軸14上；