一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装及找正方法技术

本发明专利技术涉及一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装，包括工装底座和凸台，所述凸台为立方体，且所述凸台的端面为外接于工件外轮廓的正方形，所述凸台设置在所述工装底座上，所述工装底座为圆柱体，且所述工装底座的端面为圆形，所述圆形的圆心与所述正方形的中心重合，所述正方形的一条边的中心开设有与所述工件上的标记相对应的圆槽。通过将工件的标记与圆槽重合，且工件的外轮廓与正方形的各边相切，使工件与工装的坐标系重合；通过对工装进行对心调节，对工装进行X、Y方向调节，调整机床的C轴的零点位置，使工装与机床的坐标系重合，实现自由曲面光学元件二次装夹过程对心和X轴平行的高精度快速调整。平行的高精度快速调整。平行的高精度快速调整。

【技术实现步骤摘要】
一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装及找正方法


[0001]本专利技术涉及超精密车削加工
，特别是涉及一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装及找正方法。

技术介绍

[0002]光学自由曲面元件具有独特的几何结构和光学成像效果，在航空航天、国防军事、精密仪器等领域的应用需求日益广泛。但自由曲面因其几何面形复杂，要求精度高等，导致造成其制造困难。基于单点金刚石车削机床的慢刀伺服加工技术，被认为是一种加工自由曲面的有效方法，采用该方法能够高效率、高精度、低成本的加工出符合光学系统要求的纳米级表面质量的光学元件。
[0003]目前，慢刀伺服加工自由曲面受各种误差的影响往往难以达到所需求的精度，同时加工时间相对较长以及存在位测量补偿不充分等因素影响，需要进行重复装夹。与传统回转类光学元件安装时只需确定工件与刀具的中心位置相比，自由曲面的加工还需要考虑到工件X轴与机床X轴的平行。超精密车削加工普遍采用的工装基本没有考虑到这一问题，主要解决方法为在上一轮车削结束间在机床吸盘和夹具上同时标记，下一轮加工通过工人肉眼对其标记粗找正，以多次车削来去除找正的误差。这种结果虽然操作简单，但是首次车削的去除量不稳定，容易造成刀具磨损，也会降低加工效率。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本专利技术实施例提供了一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装及找正方法，解决了超精密车削加工自由曲面光学元件，二次装夹工件坐标系与机床坐标系偏差较大，影响车削加工效率的技术问题。
[0006](二)技术方案
[0007]第一方面，本专利技术的实施例提出了一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装，包括：工装底座和凸台，所述凸台为立方体，且所述凸台的端面为外接于工件外轮廓的正方形，所述凸台设置在所述工装底座上，所述工装底座为圆柱体，且所述工装底座的端面为圆形，所述圆形的圆心与所述正方形的中心重合，所述正方形的一条边的中心开设有与所述工件上的标记相对应的圆槽。
[0008]进一步地，所述凸台上设置有多个通孔，且所述通孔同时贯穿所述凸台和所述工装底座。
[0009]进一步地，所述通孔沿不同直径圆的周向均匀分布。
[0010]进一步地，所述圆槽位于所述凸台的Y轴正方向上。
[0011]进一步地，所述圆槽的直径为0.5mm。
[0012]第二方面，提供了一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的找正方法，包括步骤：毛胚加工阶段在工件的Y轴正方向设置标记；将工件的标记与圆槽重合，且工件的外轮廓与正
方形的各边相切，使工件与工装的坐标系重合；启动机床的主轴真空吸盘，使工件与工装结合并固定在主轴真空吸盘上；对工装进行对心调节；对工装进行X、Y方向调节，测量并计算工装在主轴真空吸盘上的X轴水平偏移角θ；通过θ的角度和方向，调整机床的C轴的零点位置，使工装与机床的坐标系重合。
[0013]进一步地，所述对心调节具体为将千分表的测量头抵接工装底座的圆柱面，测量圆柱面的外圆跳动，调节工装位置使跳动控制在1μm以内，将机床坐标系Z轴与工装Z轴重合。
[0014]进一步地，所述X、Y方向调节具体为将千分表的测量头抵接凸台远离圆槽的一侧，通过水平移动X轴，得到凸台A、B两点的显示值分别为a、b，通过A、B两点的显示值计算竖直方向高度H；竖直方向高度H的计算公式为：H＝b
‑
a；通过凸台的边长为已知的值L，得到X轴水平偏移角θ的计算公式为：
[0015](三)有益效果
[0016]综上，本专利技术的有益效果为：
[0017](1)定位精度高，可以同时满足自由曲面光学元件加工的中心偏要求和水平方向偏差的要求；
[0018](2)工装制造简单，工装整体结构简单，制造过程保证关键基准的精度，制造成本低；
[0019](3)操作简单，找正方法简单易行，对于操作人员要求不高。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1是一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装的结构示意图；
[0022]图2是一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装的正视示意图；
[0023]图3是一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装的剖视示意图；
[0024]图4是一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的找正方法的示意图；
[0025]图中：1、工装底座；2、凸台；3、圆槽；4、通孔；5、工件；6、标记。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例，在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
[0027]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0028]请参考图1和图2，第一方面，本专利技术的实施例提出了一种Zernike自由曲面慢刀伺
服加工的工装，包括：工装底座1和凸台2，所述凸台2为立方体，且所述凸台2的端面为外接于工件5外轮廓的正方形。工件5在安装于所述凸台2上时，通过外轮廓与所述正方形的各边相切，确保工件5的Z轴与所述凸台2的Z轴重合。所述凸台2设置在所述工装底座1上，所述工装底座1为圆柱体，且所述工装底座1的端面为圆形，所述圆形的圆心与所述正方形的中心重合，确保工件5的Z轴与所述工装底座1的Z轴重合。所述正方形的一条边的中心开设有与所述工件5上的标记6相对应的圆槽3，通过工件5上的标记6与所述圆槽3重合，能确保工件5的X、Y方向与工装的X、Y方向对齐。
[0029]请参考图2和图3，在一些实施例中，所述凸台2上设置有多个通孔4，且所述通孔4同时贯穿所述凸台2和所述工装底座1，所述通孔4用于在安装工件5和工装于机床的主轴真空吸盘时，主轴真空吸盘产生负压，通过所述通孔4使工件5吸附，同时压紧所述工装紧贴于主轴真空吸盘。
[0030]在一些实施例中，所述通孔4沿不同直径圆的周向均匀分布，使受力更加均匀，减小变形。
[0031]在一些实施例中，所述圆槽3位于所述凸台2的Y轴正方向上，根据毛胚加工阶段在工件5的Y轴正方向设置标记6确定，便于识别，当工件5的标记6在其他位置时，可根据工件5的标记6进行调整。
[0032]在一些实施例中，所述圆槽3的直径为0.5mm，便于装配时进行辨识，同时确保精度。
[0033]第二方面，提供了一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的找正方法，包括步骤：
[0034]毛胚加工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装，其特征在于，包括：工装底座和凸台，所述凸台为立方体，且所述凸台的端面为外接于工件外轮廓的正方形，所述凸台设置在所述工装底座上，所述工装底座为圆柱体，且所述工装底座的端面为圆形，所述圆形的圆心与所述正方形的中心重合，所述正方形的一条边的中心开设有与所述工件上的标记相对应的圆槽。2.根据权利要求1所述的一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装，其特征在于，所述凸台上设置有多个通孔，且所述通孔同时贯穿所述凸台和所述工装底座。3.根据权利要求2所述的一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装，其特征在于，所述通孔沿不同直径圆的周向均匀分布。4.根据权利要求1所述的一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装，其特征在于，所述圆槽位于所述凸台的Y轴正方向上。5.根据权利要求4所述的一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装，其特征在于，所述圆槽的直径为0.5mm。6.一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的找正方法，其特征在于，利用如权利要求1～5中任一项所述的Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装，包括步骤：毛胚...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏鑫，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：