[發明專利]自由曲面光學零件的大氣等離子體數控加工的裝置

有效

• 申請號: 201310177071.4
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN103212774A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 王波;李娜;姚英學;李國;金會良;辛強;金江;李鐸
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K10/00
• 分類號: B23K10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于等離子體加工大口徑非球面光學零件的技術領域。

背景技術

隨著現代光學技術的發展，不僅對光學表面提出了超低表面粗糙度、超高面型精度以及盡量減輕表層損傷等要求，而且光學零件表面幾何形狀也越來越復雜。傳統的接觸式加工方法會在光學零件表面產生殘余應力，從而造成亞表層損傷。而大氣等離子體加工是基于粒子之間的化學反應，這種非接觸的加工方式可以避免亞表層損傷的產生，有利于提高零件的表面質量。但是目前的大氣等離子體拋光裝置采用的是三軸聯動控制系統，只具有水平的X向、豎直的Y向以及繞Y旋轉的B向三個自由度，而且加工范圍小，這使得大口徑自由曲面光學零件的超精密加工受到一定的限制，因此需要一種運動更加靈活、控制更加精確、加工范圍更大的加工裝置。

發明內容

本發明的目的是提供一種自由曲面光學零件的大氣等離子體數控加工的裝置，為了解決高精度大口徑非球面光學零件的加工效率和表面質量問題。

所述的目的是通過以下方案實現的：所述的一種自由曲面光學零件的大氣等離子體數控加工的裝置，它由大口徑的等離子體炬、中口徑的等離子體炬、小口徑的等離子體炬、五軸聯動數控機床、射頻電源、混合等離子體氣源組成；

五軸聯動數控機床的絕緣工作架上安裝有大口徑的等離子體炬或中口徑的等離子體炬或小口徑的等離子體炬，大口徑的等離子體炬或中口徑的等離子體炬或小口徑的等離子體炬可與射頻電源的輸出端連接作為大氣等離子體放電的陽極；將待加工光學零件裝卡在地電極上，地電極固定在五軸聯動數控機床的水平運動工作臺上；將地電極接地作為大氣等離子體放電的陰極；當絕緣工作架上安裝有大口徑的等離子體炬時，大口徑的等離子體炬的進氣端口可通過絕緣工作架上的導氣孔、氣管與混合等離子體氣源導氣連通；當絕緣工作架上安裝有中口徑的等離子體炬時，中口徑的等離子體炬的進氣端口可通過絕緣工作架上的導氣孔、氣管與混合等離子體氣源導氣連通；當絕緣工作架上安裝有小口徑的等離子體炬時，小口徑的等離子體炬的進氣端口可通過絕緣工作架上的導氣孔、氣管與混合等離子體氣源導氣連通；大口徑的等離子體炬的放電工作面或中口徑的等離子體炬的放電工作面或小口徑的等離子體炬的放電工作面靠近待加工光學零件的待加工表面，并使它們之間保持一定的放電間隙，放電距離范圍為2mm-5mm。

本發明采用五軸聯動的運動控制系統，具有X向、Y向、Z向、繞X旋轉的A向以及繞Z旋轉的C向五個自由度，一般情況下，等離子體炬安裝在Z軸上，可以實現Z向的直線運動、A向的擺動和C向的轉動；光學零件放置在水平工作臺上，可以實現X向和Y向兩個方向的直線運動。由此，保證等離子體炬的軸線方向與光學零件被加工表面的法線方向重合，從而實現對復雜自由曲面的大氣等離子體加工。其中，X軸和Y軸的行程均為500mm，Z軸行程為300mm，可以加工口徑≤450mm、厚度≤250mm的自由曲面光學零件；而由于在大氣等離子體加工過程中，需要在等離子體炬上施加射頻電源，為了防止射頻線的纏繞和過度扭曲，并且兼顧等離子體炬的運動靈活性，A軸的擺動范圍設定為±45°，C軸的轉動范圍設定為±90°。另外，裝夾等離子體炬的夾具與A/C軸的接口設計成模塊化的可拆卸式結構，可以根據不同等離子體炬的尺寸更換不同的夾具。這樣，可以根據不同的加工目標，采用不同類型的等離子體炬進行大氣等離子體加工。加工過程由計算機通過數控系統進行控制，并且該過程中的電流、電壓以及其他與等離子體相關的各參數均由在線監測系統進行實時監測，從而保證加工的精確性、高效性和靈活性。

本發明還具有的優點為：

1.?本發明采用五軸聯動運動系統實現了等離子體炬與待加工光學零件表面之間靈活、精確的相對運動，實現了對復雜非回轉對稱自由曲面光學零件高效、高精度的大氣等離子體加工，并且避免了傳統接觸式研拋方法造成的表面殘余應力及亞表層損傷等問題；

2.?通過對大氣等離子體加工過程中各參數的在線監測，可以及時發現影響該加工過程的不利因素并加以調整，使得加工過程穩定可控；

3.?實現了對復雜曲面光學零件大氣等離子體加工過程的計算機數字控制；

4.?裝夾等離子體炬的夾具與A/C軸的接口設計成模塊化的可拆卸式結構，可以根據不同等離子體炬的尺寸更換不同的夾具。這樣，可以根據不同的加工目標，采用不同類型的等離子體炬進行大氣等離子體加工；

5.?該加工過程在大氣條件下實現，避免了采用真空反應容器，大大降低了使用成本。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構示意圖；