多轴自由曲面光学元件的抛光设备制造技术

公开了多轴自由曲面光学元件的抛光设备，床身水平放置，待加工工件通过夹具水平放置在高精度转台上，因此利于定位和装夹，提高了加工效率，降低了装夹难度和装夹造成的变形，可以加工大口径自由曲面光学元件；高精度转台相对于床身能沿X轴移动并围绕C轴旋转，多轴自由曲面抛光装置在横梁上能沿Y轴和Z轴两个方向移动，并能围绕平行于X轴的A轴和平行于Y轴的B轴进行伺服旋转，基于确定性修形方法，因此可以对经过超精密车削和磨削的光学元件进行进一步的修形，能够实现优于传统机械加工的精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
多轴自由曲面光学元件的抛光设备


[0001]本技术涉及光学元件超精密加工的
，尤其涉及一种多轴自由曲面光学元件的抛光设备。

技术介绍

[0002]近半个世纪以来，人类在半导体制造、空间观测等
取得了飞速进展。与此同时，这些领域对各类光学元件的制造精度和尺寸提出了更多要求，光学元件口径不断变大，面形也由最初的球面、抛物面等面形发展为各种自由曲面。在光学系统中，应用多轴自由曲面光学元件可以使复杂的光学系统变得简单，它们可以有效地消除像差，提高系统的成像质量。而且能够使系统的尺寸及重量减少，稳定性提高，成本降低，这在航天器领域尤其明显。因此使得多轴自由曲面光学元件应用更加广泛，人们在光学设计中越来越多地考虑用多轴自由曲面光学元件替换原来复杂的球面元件组成的光学系统。但是，多轴自由曲面光学元件的加工制造难度很大。
[0003]为此，科研人员想出了许多解决方法，其中计算机控制光学成形(Computer Controlled Optical Surfacing，CCOS)是非常重要的一种。自上世纪70年代提出以来，其加工设备和加工工艺发展迅速，实现了在经过超精密车削和超精密磨削后的光学元件上面形精度的进一步提升，凭借其高效率、高确定性和高精度等优点已有取代传统手工光学研抛的趋势，如今被广泛用于平面和自由曲面光学元件的高精度修形。计算机控制光学成形CCOS的原理是：在其他因素(接触压力、接触区域内抛光头的相对速度、温度、抛光介质等)保持不变时，抛光头在加工区域驻留时间与材料去除量与呈线性关系，表面误差高点位置的驻留时间较长，抛光头在该处去除更多材料，反之在误差低点，抛光头在工件表面停留时间更短，以去除更少材料。在测量得到准确的初始面形误差并获得具有时间线性性和长时间稳定性的去除函数后，进行控制加工。
[0004]在有了光学成形加工模型后，若想实现光学元件自由曲面的超精密修形，需要机床具备较好的运动精度、刚度以及尺寸稳定性。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术的缺陷，本技术要解决的技术问题是提供了一种多轴自由曲面光学元件的抛光设备，其利于定位和装夹，提高了加工效率，降低了装夹难度和装夹造成的变形，可以加工大口径自由曲面光学元件，能够实现优于传统机械加工的精度。
[0006]本技术的技术方案是：这种多轴自由曲面光学元件的抛光设备，包括：床身(2)、工件装夹平台(3)、立柱(4)、横梁(5)、直线运动机构(6)、多轴自由曲面抛光装置(7)，
[0007]床身(2)水平放置，工件装夹平台(3)安装于床身上且包括：夹具(31)、高精度转台(32)、X轴直线运动溜板(33)和X轴直线运动导轨(34)，夹具(31)固定于高精度转台(32)上，待加工工件通过夹具水平放置在高精度转台(32)上，高精度转台固定于X轴直线运动溜板(33)上，围绕垂直于床身的C轴进行高精度伺服旋转，X轴直线运动溜板安装在X轴直线运动
导轨上且沿X轴方向进行直线运动；
[0008]立柱(4)对称地置于床身的左右两侧，横梁(5)架设在两根立柱上，横梁上安装直线运动机构(6)，直线运动机构由两组运动方向相互垂直的直线运动模块组成，分别为Y轴直线运动模块(61)和Z轴直线运动模块(62)；
[0009]Y轴直线运动模块直接安装在横梁上且包括：Y轴直线导轨(611)、Y轴直线运动溜板(612)，Y轴直线运动溜板(612)安装在Y轴直线导轨(611)上并沿Y轴方向进行直线运动，Y轴直线运动溜板的一端与Y轴直线导轨的平面相配合，另一端与Z轴直线运动模块(62)配合；
[0010]Z轴直线运动模块(62)包括：Z轴直线运动导轨(621)、Z轴直线运动溜板(622)，Z轴直线运动溜板安装在Z轴直线运动导轨上并沿Z轴方向进行直线运动，Z轴直线运动溜板上装有多轴自由曲面抛光装置(7)，多轴自由曲面抛光装置分别围绕平行于X轴的A轴和平行于Y轴的B轴进行伺服旋转，从而使多轴自由曲面抛光装置的光学抛光头(71)在与待加工工件接触时始终正交接触于工件表面；
[0011]在数控系统的控制下，通过高精度转台、X轴直线运动溜板、Y轴直线运动溜板和Z轴直线运动溜板的联动，使得抛光头按照预设抛光路径进给。
[0012]本技术的床身水平放置，待加工工件通过夹具水平放置在高精度转台上，因此利于定位和装夹，提高了加工效率，降低了装夹难度和装夹造成的变形，可以加工大口径自由曲面光学元件；高精度转台相对于床身能沿X轴移动并围绕C轴旋转，多轴自由曲面抛光装置在横梁上能沿Y轴和Z轴两个方向移动，并能围绕平行于X轴的A轴和平行于Y轴的B轴进行伺服旋转，基于确定性修形方法，因此可以对经过超精密车削和磨削的光学元件进行进一步的修形，能够实现优于传统机械加工的精度。
附图说明
[0013]图1是根据本技术的多轴自由曲面光学元件的抛光设备的整体结构示意图。
[0014]图2是根据本技术的多轴自由曲面光学元件的抛光设备的床身结构示意图。
[0015]图3是根据本技术的多轴自由曲面光学元件的抛光设备的立柱与横梁结构示意图。
[0016]图4是根据本技术的多轴自由曲面光学元件的抛光设备上Y轴直线运动导轨平面示意图。
[0017]图5是根据本技术的多轴自由曲面光学元件的抛光设备上直线运动机构示意图。
[0018]图6是根据本技术的多轴自由曲面光学元件的抛光设备上多轴自由曲面抛光装置绕B轴偏摆的示意图。
[0019]图7是根据本技术的多轴自由曲面光学元件的抛光设备上多轴自由曲面抛光装置绕A轴偏摆的示意图。
[0020]图8是根据本技术的多轴自由曲面光学元件的抛光设备的抛光头加工路径示意图。
[0021]图中各标号表示：
[0022]1、底座；2、床身；3、工件装夹平台；31、夹具；32、高精度转台；33、X轴直线运动溜
板；34、X轴直线运动导轨；4、立柱；5、横梁；6、直线运动机构；61、Y轴直线运动模块；611、Y轴直线导轨；612、Y轴直线运动溜板；62、Z轴直线运动模块；621、Z轴直线导轨；622、Z轴直线运动溜板；63、平衡缸；7、多轴自由曲面抛光装置；71、光学抛光头。
具体实施方式
[0023]如图1
‑
7所示，这种多轴自由曲面光学元件的抛光设备，包括：床身2、工件装夹平台3、立柱4、横梁5、直线运动机构6、多轴自由曲面抛光装置7，
[0024]床身2水平放置，工件装夹平台3安装于床身上且包括：夹具31、高精度转台32、X轴直线运动溜板33和X轴直线运动导轨34，夹具31固定于高精度转台32上，待加工工件通过夹具水平放置在高精度转台32上，高精度转台固定于X轴直线运动溜板33上，围绕垂直于床身的C轴进行高精度伺服旋转，X轴直线运动溜板安装在X轴直线运动导轨上且沿X轴方向进行直线运动；
[0025]立柱4对称地置于床身的左右两侧，横梁5架设在两根立柱上，横梁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多轴自由曲面光学元件的抛光设备，包括：床身(2)、工件装夹平台(3)、立柱(4)、横梁(5)、直线运动机构(6)、多轴自由曲面抛光装置(7)，其特征在于：床身(2)水平放置，工件装夹平台(3)安装于床身上且包括：夹具(31)、高精度转台(32)、X轴直线运动溜板(33)和X轴直线运动导轨(34)，夹具(31)固定于高精度转台(32)上，待加工工件通过夹具水平放置在高精度转台(32)上，高精度转台固定于X轴直线运动溜板(33)上，围绕垂直于床身的C轴进行高精度伺服旋转，X轴直线运动溜板安装在X轴直线运动导轨上且沿X轴方向进行直线运动；立柱(4)对称地置于床身的左右两侧，横梁(5)架设在两根立柱上，横梁上安装直线运动机构(6)，直线运动机构由两组运动方向相互垂直的直线运动模块组成，分别为Y轴直线运动模块(61)和Z轴直线运动模块(62)；Y轴直线运动模块直接安装在横梁上且包括：Y轴直线导轨(611)、Y轴直线运动溜板(612)，Y轴直线运动溜板(612)安装在Y轴直线导轨(611)上并沿Y轴方向进行直线运动，Y轴直线运动溜板的一端与Y轴直线导轨的平面相配合，另一端与Z轴直线运动模块(62)配合；Z轴直线运动模块(62)包括：Z轴直线运动导轨(621)、Z轴直线运动溜板(622)，Z轴直线运动溜板安装在Z轴直线运动导轨上并沿Z轴方向进行直线运动，Z轴直线运动溜板上装有多轴自由曲面抛光装置(7)，多轴自由曲面抛光装置分别围绕平行于X轴的A轴和平行于Y轴的B轴进行伺服旋转，从而使多轴自由曲面抛光装置的光学抛光头(71)在与待加工工件接触时始终正交接触于工件表面；在数控系统的控制下，通过高精度转台、X轴直线运动溜板、Y轴直线运动溜板和Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建敏，
申请(专利权)人：湖南大敏尚东精密机械有限公司，
类型：新型
国别省市：