[發明專利]小口徑非球面復合精密加工方法

無效

• 申請號: 201110021427.6
• 申請日: 2011-01-19
• 公開（公告）號: CN102161169A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: 尹韶輝;唐昆;胡天;王宇;余劍武;朱科軍;徐志強;朱勇建
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 陳立武

技術領域

本發明涉及一種非球面加工方法，具體涉及一種小口徑非球面的復合精密加工方法。

背景技術

隨著光電通訊、光學、汽車、生物工程及航空航天產業的迅速發展，超精密小口徑非球面光學元件的需求量急劇增長。這類小口徑非球面光學元件的制造，目前主要通過高精度的模具進行玻璃熱壓成型和光學塑料注射成型而成。而這種模具通常采用超硬合金制成，其模芯的非球面面型要求達到亞微米級的形狀精度、納米級的表而粗糙度和極小的亞表面損傷。

上述小口徑非球面面型的加工，一般采用磨削和研拋兩道工序，分別在超精密磨床和研拋機兩種機床上進行加工。小口徑非球面磨削加工時，由于加工口徑較小，若砂輪與工件采用垂直方式安裝，兩者在加工過程中容易產生干涉現象。因此，為避免發生干涉，加工時可將砂輪軸線相對工件軸線傾斜一定角度，采用斜軸磨削的方式進行加工。而為了達到超光滑和高精度表面，采用一種微粉金剛石砂輪對非球面進行鏡面磨削。完成加工后將工件取下安裝到非球面研拋機床上進行后續研磨拋光，進一步提高表面的形狀精度并降低表面粗糙度。采用上述兩道工序加工的缺陷是，工件需在兩臺不同的機床上進行多次裝夾，這樣會帶來安裝誤差、對刀誤差等影響加工精度的后果；同時多次裝夾消耗了更多的輔助工時，降低了加工效率。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對現有技術存在的缺陷，提供一種小口徑非球面復合精密加工方法，該方法通過集成超精密斜軸鏡面磨削加工與斜軸磁流變研拋加工兩種加工工藝遞進復合加工的方法，結合在位測量與補償加工技術，試圖減少安裝誤差、對刀誤差以提高加工精度和工作效率，且能防止干涉現象的發生，特別適用于超精密小口徑非球面光學元件及其模具的高效制造與穩定生產。

本發明的技術解決方案是，所提供的這種小口徑非球面復合精密加工方法，參見附圖1，是利用一臺配備有斜軸鏡面磨削裝置和斜軸磁流變研拋裝置的精密機床，遵循如下具體操作步驟來加工小口徑非球面工件：參見附圖1～4，

一、將工件5裝夾在所述精密機床上，并使斜軸鏡面磨削裝置1的砂輪主軸2軸線與斜軸磁流變研拋裝置10的研磨頭主軸9的軸線間隔平行，且該兩條軸線與滑臺4之間等間距相隔。該兩條軸線與工件主軸6的軸線依次成等角度夾角∠θ₁和∠θ₂相交，所述∠θ₁和∠θ₂的角度取值范圍均為40～50°；然后，先對工件5和微粉砂輪3采用光學放大鏡進行對心處理。再使微粉砂輪3在砂輪主軸2的帶動下根據設定的磨削加工軌跡對工件5的非球面面型進行斜軸磨削加工。加工時，使所述砂輪主軸2的軸線與工件主軸6的軸線成∠θ₃角度相交，所述∠θ₃的角度取值范圍為；40～50°；

二、采用檢測裝置7對步驟一所獲經過初步加工的工件5的形狀進行在位測量，根據測量結果判斷工件形狀精度是否達到加工要求。如果測量結果表明工件形狀精度達到加工要求即可結束本步驟。如果測量結果表明工件形狀精度未達到加工要求，則將測量結果對比初始磨削加工軌跡，由機床系統軟件根據對比結果常規方法計算出形狀誤差，并采用快速傅里葉變換和高斯變換方法過濾掉測量系統隨機誤差之后，根據三次NURBS(英文全稱Non-UniformRational?B-Spline)曲線(中文譯名為非均勻有理B樣條曲線)常規方法擬合出誤差補償曲線、生成補償加工軌跡，再由微粉砂輪3沿該軌跡對工件實施磨削加工。如此循環，直到工件的形狀精度達到要求為止；

三、使步驟二所獲形狀精度達到加工要求的工件5的工件主軸6沿機床Y軸方向平移400～500mm距離。啟動斜軸磁流變研拋裝置10，使其研磨頭8在研磨頭主軸9的帶動下對步驟二所獲經過誤差補償加工的工件5進行研拋加工。加工時，在研磨頭上方供給磁流變體，所述研磨頭主軸9的軸線與工件主軸6的軸線成∠θ₄角度相交，∠θ₄的角度取值范圍為：40～50°。使所述研磨頭8的圓弧角的圓弧法線始終與工件5的研拋表面法線重合，而所述工件5與磁流變體11的接觸點始終構成工件5研拋區域的法線方向。同時，由于研磨頭8前端存在磁場，利用磁場作用將磁流變體11吸附在研磨頭8上，通過磁流變體11與工件5之間的微細剪切作用來實現對工件5的研磨與拋光即得小口徑非球面復合精密加工成品。

本發明的有益效果是：

a.在單臺機床上集成精密斜軸鏡面磨削與斜軸磁流變研拋兩種加工裝置與工藝，結合在位測量與補償加工技術，減少了安裝誤差、對刀誤差，同時還減少了輔助加工工時，提高了加工精度和加工效率；