[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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本發明介紹了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。該方法通過在單臺機床上集成斜軸微細銑削、斜軸電流變拋光、單點金剛石車削三種加工裝置，可實現不同加工方式之間的迅速切換；結合檢測裝置對工件進行在位測量與形狀誤差修正，可實現工件的補償加工，加工路徑可控性好；工件在加工過程中一次性裝夾，降低了累積誤差，減少了輔助工時，提高了加工精度；適應不同面形工件的加工及檢測，可有效避免刀具與工件之間的干涉現象；適合多種材質工件的加工，工件面形的加工效率較高。

技術領域

本發明涉及一種光學曲面元件加工方法，具體涉及一種小口徑旋轉軸對稱光學曲面元件精密加工方法。

背景技術

隨著光電信息、汽車、生物、醫療、安防、軍事及航空航天產業的迅速發展，小口徑旋轉軸對稱光學曲面元件在各類高質量成像系統中的應用日益廣泛，需求量急劇增加。為滿足上述領域中高精度成像的要求，小口徑旋轉軸對稱光學曲面元件的面形要求達到亞微米級的形狀精度，其表面要求達到納米級的表面粗糙度且極小的亞表面損傷。

目前，對于小口徑旋轉軸對稱光學曲面元件的精密制造，主要有兩種方法：（1）直接針對不同材質的毛坯，先進行精密車削、銑削或磨削工序，再進行研磨或拋光工序，加工出所需面形的光學元件；（2）采用先進行精密磨削，再進行研磨、拋光的工序，制造出高精度的模具，然后針對不同材質的毛坯，進行熱壓成型或注射成型，獲得所需面形的光學元件。上述兩種方法中，無論是直接加工毛坯，還是加工高精度模具，其加工工序通常需要在不同的機床上分別完成，其缺陷在于：（1）工件需在不同的機床及檢測裝置上進行多次裝夾，引入了安裝誤差、對刀誤差等，其累積誤差較大，從而影響了最終的加工精度；（2）多次裝夾消耗了更多的輔助工時，降低了加工效率。

針對上述缺陷，中國發明專利“小口徑非球面復合精密加工方法”（申請公布號：CN102161169A，申請公布日：2011.08.24，申請號：2011100214276），提出了一種小口徑非球面復合精密加工方法，通過在一臺機床上結合斜軸鏡面磨削裝置、斜軸磁流變研拋裝置以及檢測裝置，實現小口徑非球面光學元件的復合加工。但是，該發明仍然存在以下不足：（1）該發明的工件面形加工采用斜軸鏡面磨削，該加工方式主要適用于硬脆材料，例如硬質合金、陶瓷、光學玻璃等，而不適于合金鋼、軟質金屬材料及其合金（例如鋁、銅、鎂、鎳、銀、錫、鋅及其合金等）、聚合物（例如乙縮醛、丙烯酸、氟塑料、尼龍等）、晶體材料（鍺、KDP、硅、硒化鋅、氟化鈣、砷化鎵、硫化鋅等）；該發明的工件面形拋光采用斜軸磁流變研拋，由于該加工方式需要加入磁性顆粒的磁流變液完成研拋，不適于研拋導磁材料，如鐵、鎳等；因此，該發明適用的光學毛坯材料有限。（2）該發明的工件面形加工采用斜軸鏡面磨削，該加工方式存在砂輪易堵塞、需頻繁修整，磨削深度及磨削量有限等缺點，降低了加工效率。

發明內容

針對上述現有技術中存在的累積誤差大、加工精度與加工效率低、加工材料有限等問題，本發明旨在提供一種小口徑旋轉軸對稱光學曲面元件精密加工方法。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是，所提供的這種小口徑旋轉軸對稱光學曲面元件精密加工方法，參見附圖1～5，是利用一臺配備有斜軸微細銑削裝置、單點金剛石車削裝置、斜軸電流變拋光裝置及檢測裝置的精密加工機床，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。

所述待加工的工件由工件夾具夾持，工件夾具通過真空吸盤吸附在工件主軸右端，工件主軸通過夾持式固定支架固定安裝于精密加工機床左側的第一滑臺上。所述第一滑臺在第一直線電機的電磁推力驅動下，可在第一導軌上沿床身X方向自由往復平移。所述工件主軸、工件夾具、工件的軸線重合；所述工件主軸旋轉時，帶動工件夾具和工件，以相同的轉速旋轉。