[發明專利]一種小口徑旋轉軸對稱光學曲面元件精密加工方法

有效

• 申請號: 201710881920.2
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107415060B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發明（設計）人: 唐昆;孔明慧;譚可成
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: B28D1/18
• 分類號: B28D1/18;B28D7/00;B28D7/04;B24B29/04;B24B41/06
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1.一種小口徑旋轉軸對稱光學曲面元件精密加工方法，該方法基于一種小口徑旋轉軸對稱光學曲面元件精密加工機床，針對不同的工件材質，遵循不同工序來加工小口徑旋轉軸對稱光學曲面元件，其特征在于：

加工硬脆材質或合金鋼材質的小口徑旋轉軸對稱光學曲面元件時，所遵循的工序為：

工序1：將裝夾有所述待加工工件的工件夾具，通過真空吸盤固定安裝于工件主軸的右端；旋轉所述旋轉臺，使斜軸微細銑削裝置的銑削主軸軸線與工件主軸的軸線傾斜成∠α₁角度相交，∠α₁角度的取值范圍為：40～50°；利用CCD顯微鏡完成所述工件與微細銑削頭的對刀；

工序2：完成工序1中對刀后，通過所述斜軸微細銑削裝置，使微細銑削頭在銑削主軸的驅動下，根據設定的微細銑削加工軌跡，對工件進行斜軸微細銑削加工，加工出所需的工件面形；

工序3：完成工序2中的初步加工后，所述旋轉臺順時針旋轉90°，采用檢測裝置對所加工的工件面形的形狀精度進行在位測量，并將測量結果與要求達到的形狀精度進行對比；

工序4：若工序3的測量結果達到形狀精度要求，則結束斜軸微細銑削加工，進行下一步工序5，進行工件拋光，若工序3的測量結果未達到形狀精度要求，則將測量結果對比初始微細銑削加工軌跡,由機床系統軟件根據對比結果計算出形狀誤差，并在過濾掉所述檢測裝置隨機誤差之后擬合出誤差補償曲線，生成微細銑削頭的補償加工軌跡；接著，所述旋轉臺逆時針旋轉90°，繼續進行工序2中的斜軸微細銑削加工，完成后進行工序3中的測量，如此循環，直至工件面形達到所要求的形狀精度；

工序5：所述旋轉臺逆時針旋轉180°，使斜軸電流變拋光裝置的拋光主軸軸線與工件主軸的軸線傾斜成∠α₂角度相交，∠α₂角度的取值范圍為：40～50°；利用CCD顯微鏡完成所述工件與電流變拋光頭的對刀；

工序6：完成工序5中對刀后，在工件面形的拋光區域不斷加入電流變液，通過所述斜軸電流變拋光裝置，使電流變拋光頭在拋光主軸的驅動下對工件面形進行一定時間的拋光；所述電流變拋光頭圓弧角的圓弧法線始終與工件面形拋光表面的法線重合，工件面形與電流變液接觸點始終構成工件面形拋光區域的法線方向；所述電流變拋光頭前端存在一定強度的電場，電流變液在電場作用下粘度、剪切強度提高，可吸附在電流變拋光頭上實現對工件面形的拋光；

工序7：完成工序6中的拋光后，所述旋轉臺順時針旋轉180°，采用檢測裝置對工件面形的表面粗糙度進行在位測量，并將測量結果與要求達到的表面粗糙度進行對比；

工序8：若工序7的測量結果達到表面粗糙度要求，則進行工序9，取下所述工件；若工序7的測量結果未達到表面粗糙度要求，則繼續進行工序6中的斜軸電流變拋光加工，完成后進行工序7中的測量；如此循環，直至工件面形達到所要求的表面粗糙度；

工序9：所述工件主軸在第一滑臺的帶動下，沿X方向向左平移一定距離，取下工件夾具和工件，完成工件的整個加工過程；

加工軟質金屬及其合金、聚合物、晶體材質的小口徑旋轉軸對稱光學曲面元件時，所遵循的工序為：

工序1：將裝夾有所述待加工工件的工件夾具，通過真空吸盤固定安裝于工件主軸的右端；旋轉所述旋轉臺，使單點金剛石車刀的中心線與工件主軸的軸線重合；利用CCD顯微鏡完成所述工件與單點金剛石車刀的對刀；

工序2：完成工序1中對刀后，通過所述單點金剛石車削裝置，采用單點金剛石車刀，根據設定的單點金剛石車削加工軌跡，對工件進行單點金剛石車削加工，加工出所需的工件面形；

工序3：完成工序2中的初步加工后，所述旋轉臺逆時針旋轉90°，采用檢測裝置對所加工的工件面形的形狀精度進行在位測量，并將測量結果與要求達到的形狀精度進行對比；

工序4：若工序3的測量結果達到形狀精度要求，則結束單點金剛石車削加工，進行下一步工序5，進行工件拋光，若工序3的測量結果未達到形狀精度要求，則將測量結果對比初始單點金剛石車削加工軌跡,由機床系統軟件根據對比結果計算出形狀誤差，并在過濾掉所述檢測裝置隨機誤差之后擬合出誤差補償曲線，生成單點金剛石車刀的補償加工軌跡；接著，所述旋轉臺順時針旋90°，繼續進行工序2中的單點金剛石車削加工，完成后進行工序3中的測量，如此循環，直至工件面形達到所要求的形狀精度；

工序5：所述旋轉臺逆時針旋轉180°，使斜軸電流變拋光裝置的拋光主軸軸線與工件主軸的軸線傾斜成∠α₂角度相交，∠α₂角度的取值范圍為：40～50°；利用CCD顯微鏡完成所述工件與電流變拋光頭的對刀；

工序6：完成工序5中對刀后，在工件面形的拋光區域不斷加入電流變液，通過所述斜軸電流變拋光裝置，使電流變拋光頭在拋光主軸的驅動下對工件面形進行一定時間的拋光；所述電流變拋光頭圓弧角的圓弧法線始終與工件面形拋光表面的法線重合，工件面形與電流變液接觸點始終構成工件面形拋光區域的法線方向；所述電流變拋光頭前端存在一定強度的電場，電流變液在電場作用下粘度、剪切強度提高，可吸附在電流變拋光頭上實現對工件面形的拋光；

工序7：完成工序6中的拋光后，所述旋轉臺順時針旋轉180°，采用檢測裝置對工件面形的表面粗糙度進行在位測量，并將測量結果與要求達到的表面粗糙度進行對比；

工序8：若工序7測量達到表面粗糙度要求，則進行工序9，取下所述工件；若工序7測量未達到表面粗糙度要求，則繼續進行工序6中的斜軸電流變拋光加工，完成后進行工序7中的測量；如此循環，直至工件面形達到所要求的表面粗糙度；

工序9：所述工件主軸在第一滑臺的帶動下，沿X方向向左平移一定距離，取下工件夾具和工件，完成工件的整個加工過程。