一种任意曲率半径光学零件的加工方法及其设备技术

本发明专利技术涉及光学精密制造技术领域，具体涉及一种任意曲率半径光学零件的加工方法及其设备。本发明专利技术的目的是提供一种任意曲率半径光学零件的加工方法及其设备，即可高质量且迅速地加工任意曲率半径的球面光学零件的加工方法。为达到上述目的，本发明专利技术提供的技术方案是：一种任意曲率半径光学零件的加工方法，是通过改变主轴装置与摆轴装置在空间的相交点的位置，实现不同曲率半径的球面光学零件的加工。本发明专利技术加工效率高，易于操作和控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学精密制造
，具体涉及一种任意曲率半径光学零件的加工方法及其设备。
技术介绍
目前，常规的不同曲率半径工件抛光制造技术，是利用和工件面型吻合的磨具或抛光盘进行抛光制造光学零件。这类方法中的抛光用具有一个相同的特征，有相对较硬和固定不变的面型，因此，在实际的加工中，对不同面形的光学零件，需要制作不同面形的专门的抛光磨具，同时，在加工的过程中需要不断检测和校正精磨抛光磨具的面形，才能保证加工的继续。这是一个需要不断重复的过程，稍有不慎就会制造出废品。在整个加工过程中，需要根据零件面形的变化，不断修正抛光模具，以满足被加工对象精度的需求。因而在上述传统方法中人为经验因素也是一个非常重要的条件，很难实现自动化，不能通过设备的精度控制工件的加工精度。在公开的资料中，也有一些其它技术可以实现任意曲率半径工件表面的加工，中国专利ZL96198445. 7是美国罗切斯特大学专利技术的一种用磁流变流体精加工工件表面的方法，该方法是将磁流变液置于一个转动的轮子表面，带动磁流变液到一个磁场中，工件和磁场有一定的间隙，磁流变液在通过这个间隙时被磁化，并形成瞬时精加工工具，用于与工件表面的部分接触并去除工件表面这部分的材料。它类似于一个接触面很小的点接触式研磨抛光，来实现需要的面形和光滑表面，需要结合超精密的机械系统和数控技术来实现。中国专利CN 1872494A介绍了一种磁流变柔性精磨抛光设备和方法，其要求工件主轴装置是移动、自转和摆动的三维运动主轴装置，主要是由摆动机构、上下滑动机构和变速旋转机构组成，机座向上通过连接轴连接有摆架，连接轴中心现即抛光加工控制的虚拟轴，通过控制连接轴跟工件的位置关系实现不同曲率半径光学零件的加工，这种方式对加工零件的曲率半径范围有一定的限制，该方法实现不同曲率半径加工过程中，零件所绕摆点位置是固定不动的，要实现不同零件的加工时，只能通过改变摆杆的长度来实现。上述的加工方法都是可以实现球面光学零件的加工，但是在技术上还存在一定限制，传统的方法需要采用特殊的工装磨具，在进行单件光学零件生产时，其加工成本较高，中国专利ZL96198445. 7采用的是点接触式的方法，其用于球面或者平面光学零件加工时，加工效率低，中国专利CN 1872494A介绍的方法能实现球面光学零件的加工，且具有较高的加工效率，但是其只能加工部分曲率半径范围的球面光学零件。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种任意曲率半径光学零件的加工方法及其设备，即可高质量且迅速地加工任意曲率半径的球面光学零件的加工方法。为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案是 一种任意曲率半径光学零件的加工方法，是通过改变主轴装置与摆轴装置在空间的相交点的位置，实现不同曲率半径的球面光学零件的加工。实现上述加工方法的一种任意曲率半径光学零件的加工设备，包括机座、摆轴装置、摆臂装置、主轴装置和磨头装置，其特殊之处在于摆轴装置铰接安装在机座上，连接点为坐标原点，摆轴装置设置于XOZ平面上且与Z轴的夹角可调，摆轴装置的另一端与摆臂装置铰接，摆臂装置设置于XOY平面上且在XOY平面上可以绕着摆轴装置做往复的摆动，主轴装置固定在摆臂装置上，且主轴装置在XOZ平面内与Z轴的夹角可调，主轴装置可沿摆臂装置在X轴方向上进行左右平行移动，所述磨头装置固定在机座上，磨头装置设置于XOZ平面内且与Z轴平行设置，磨头装置可沿Z轴方向进行上下平行移动，磨头装置也可沿着X轴方向进行左右平行移动。上述摆轴装置包 括摆轴旋转轴、支架、角度调节装置和支撑座，支架通过支撑座与机座固连，支撑座的中心线与坐标轴X轴重合，角度调节装置固定于机座上，摆轴旋转轴通过轴承固定在支架上； 上述摆臂装置包括摆动竖架、摆动横梁、摆臂调平装置和摆动驱动装置，摆动横梁与摆动竖架活动连接，摆臂调平装置一端与摆动竖架活动连接，另一端与摆动横梁活动连接，摆动驱动装置固定于支架上； 上述主轴装置包括变速电机、减速器、皮带传速装置、滑动平台、主轴支撑架和旋转主轴，滑动平台滑动设置于摆动横梁上，变速电机固定安装在滑动平台上，减速器固定设置于主轴支撑架上，主轴支撑架两端与滑动平台活动连接，变速电机通过皮带传速装置与减速器输入轴连接，减速器的输出轴与旋转主轴同心连接，旋转主轴通过轴承固定于主轴支撑架上； 上述磨头装置包括磨头组件、水平移动台和升降台，磨头组件由环带结构的磨头和驱动其旋转的变速电机组成，磨头组件安装在水平移动平台上，水平移动平台安装在升降台上。本专利技术相对于现有技术，具有如下优点和效果 I、本专利技术突破性地提供了一种新的加工方法，并在该方法的指导下提供了一种被加工表面与柔性精磨抛光磨具自适应吻合,进行柔性和可塑性面研磨,还可以加工制造任意曲率半径面形的光学零件，具有通用性，加工效率高，易于操作和控制；同时无需更换磨具就可对不同曲率或不同型面的工件进行抛光加工的磁流变柔性精磨抛光方法和设备。解决了生产实际中急需的粗糙度小于几个纳米的光学面的超光滑加工的问题。2、本专利技术的设备具有结构简单，设备制造成本相比较低，具有较高的加工制造的效率，不用更换工装夹具，就可以实现不同曲率半径光学零件的制造，具有非常广的通用性，在更换不同口径磨头中，可以实现不同口径光学零件的加工，同时实现了柔性、可塑性、通用性加工，效率高，成本低。3、本专利技术的方法和设备，简单易行，解决了生产实际中急切需要的高效，低成本，易操作的柔性超精加工问题。附图说明 图I是传统方法实现不同曲率半径加工摆动方式示意 图2是本专利技术实现不同曲率半径加工摆动方式示意 图3是本专利技术机械结构运动原理示意 图4是本专利技术的环带状柔性精磨抛光设备结构；图5是本专利技术的磁流变柔性精磨抛光实施例中加工凸球面光学面的示意 图6是本专利技术的磁流变柔性精磨抛光实施例中加工凹球面光学面的示意 图7是本专利技术的磁流变柔性精磨抛光实施例中加工平面光学面的示意 图8是本专利技术要求环带状磨头结构形状； I-机座，2-摆轴装置，3-摆臂装置，4-主轴装置，5-磨头装置，6-光学零件，7-摆轴旋转轴，8-支架，9-角度调节装置，10-支撑座，11-摆动竖架，12-摆动横梁，13-摆臂调平装置，14-摆动驱动装置，15-变速 电机，16-减速器，17-皮带传速装置，18-滑动平台，19-主轴支撑架，20-旋转主轴，21-磨头，22-水平移动台，23-升降台，24-未磁化的磁流变液，25-宾汉体，26-磁极，27-磨头电机。具体实施例方式 下面结合附图对本专利技术做详细地说明。球面光学零件被加工表面是某个球体的一部分，其在空间上一个有一个旋转对称点，即球心。零件的加工采用摆动的运动方式时，要求球面光学零件绕球心的摆动，才能够保证球面光学零件的表面加工出来为球面，否则将会形成一个不规则面。现有技术中，参见图1，在实现不同曲率半径半径加工时，保持摆点的位置不变，即加工光学零件6的球心O点的位置是保持不变的，通过调整主轴装置4的长度来实现。该方法要求摆轴装置2通过轴承固定在机座I上，主轴装置4固定安装在摆轴装置2上，且摆轴装置2与主轴装置4的交点为光学零件6的球心O点。其核心的思想是摆轴装置2可以绕自身旋转中心线转动，进而带动主轴装置4绕球心O点往复摆动。该方法实现了光学零本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种任意曲率半径光学零件的加工方法，其特征在于：是通过改变主轴装置（4）与摆轴装置（2）在空间的相交点的位置，实现不同曲率半径的球面光学零件的加工。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘卫国，郭忠达，阳志强，陈智利，弥谦，杭凌侠，王红军，田爱玲，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：