自由曲面光学零件的大气等离子体数控加工的装置制造方法及图纸

自由曲面光学零件的大气等离子体数控加工的装置，它属于等离子体加工大口径非球面光学零件的技术领域。它是为了解决高精度大口径非球面光学零件的加工效率和表面质量问题。它的五轴联动数控机床的绝缘工作架上安装有大口径的等离子体炬或中口径的等离子体炬或小口径的等离子体炬；将待加工光学零件装卡在地电极上；大口径的等离子体炬或中口径的等离子体炬或小口径的等离子体炬分别对待加工光学零件待加工表面进行大气等离子体数控加工。本发明专利技术能采用不同类型的等离子体炬进行大气等离子体加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于等离子体加工大口径非球面光学零件的

技术介绍
随着现代光学技术的发展，不仅对光学表面提出了超低表面粗糙度、超高面型精度以及尽量减轻表层损伤等要求，而且光学零件表面几何形状也越来越复杂。传统的接触式加工方法会在光学零件表面产生残余应力，从而造成亚表层损伤。而大气等离子体加工是基于粒子之间的化学反应，这种非接触的加工方式可以避免亚表层损伤的产生，有利于提高零件的表面质量。但是目前的大气等离子体抛光装置采用的是三轴联动控制系统，只具有水平的X向、竖直的Y向以及绕Y旋转的B向三个自由度，而且加工范围小，这使得大口径自由曲面光学零件的超精密加工受到一定的限制，因此需要一种运动更加灵活、控制更加精确、加工范围更大的加工装置。
技术实现思路
本专利技术的目的 是提供一种自由曲面光学零件的大气等离子体数控加工的装置，为了解决高精度大口径非球面光学零件的加工效率和表面质量问题。所述的目的是通过以下方案实现的:所述的一种自由曲面光学零件的大气等离子体数控加工的装置，它由大口径的等离子体炬、中口径的等离子体炬、小口径的等离子体炬、五轴联动数控机床、射频电源、混合等离子体气源组成； 五轴联动数控机床的绝缘工作架上安装有大口径的等离子体炬或中口径的等离子体炬或小口径的等离子体炬，大口径的等离子体炬或中口径的等离子体炬或小口径的等离子体炬可与射频电源的输出端连接作为大气等离子体放电的阳极；将待加工光学零件装卡在地电极上，地电极固定在五轴联动数控机床的水平运动工作台上；将地电极接地作为大气等离子体放电的阴极；当绝缘工作架上安装有大口径的等离子体炬时，大口径的等离子体炬的进气端口可通过绝缘工作架上的导气孔、气管与混合等离子体气源导气连通；当绝缘工作架上安装有中口径的等离子体炬时，中口径的等离子体炬的进气端口可通过绝缘工作架上的导气孔、气管与混合等离子体气源导气连通；当绝缘工作架上安装有小口径的等离子体炬时，小口径的等离子体炬的进气端口可通过绝缘工作架上的导气孔、气管与混合等离子体气源导气连通；大口径的等离子体炬的放电工作面或中口径的等离子体炬的放电工作面或小口径的等离子体炬的放电工作面靠近待加工光学零件的待加工表面，并使它们之间保持一定的放电间隙，放电距离范围为2mm-5mm。本专利技术采用五轴联动的运动控制系统，具有X向、Y向、Z向、绕X旋转的A向以及绕Z旋转的C向五个自由度，一般情况下，等离子体炬安装在Z轴上，可以实现Z向的直线运动、A向的摆动和C向的转动；光学零件放置在水平工作台上，可以实现X向和Y向两个方向的直线运动。由此，保证等离子体炬的轴线方向与光学零件被加工表面的法线方向重合，从而实现对复杂自由曲面的大气等离子体加工。其中，X轴和Y轴的行程均为500mm，Z轴行程为300mm，可以加工口径< 450mm、厚度< 250mm的自由曲面光学零件；而由于在大气等离子体加工过程中，需要在等离子体炬上施加射频电源，为了防止射频线的缠绕和过度扭曲，并且兼顾等离子体炬的运动灵活性，A轴的摆动范围设定为±45°，C轴的转动范围设定为±90°。另外，装夹等离子体炬的夹具与A/C轴的接口设计成模块化的可拆卸式结构，可以根据不同等离子体炬的尺寸更换不同的夹具。这样，可以根据不同的加工目标，采用不同类型的等离子体炬进行大气等离子体加工。加工过程由计算机通过数控系统进行控制，并且该过程中的电流、电压以及其他与等离子体相关的各参数均由在线监测系统进行实时监测，从而保证加工的精确性、高效性和灵活性。本专利技术还具有的优点为: 1.本专利技术采用五轴联动运动系统实现了等离子体炬与待加工光学零件表面之间灵活、精确的相对运动，实现了对复杂非回转对称自由曲面光学零件高效、高精度的大气等离子体加工，并且避免了传统接触式研抛方法造成的表面残余应力及亚表层损伤等问题； 2.通过对大气等离子体加工过程中各参数的在线监测，可以及时发现影响该加工过程的不利因素并加以调整，使得加工过程稳定可控； 3.实现了对复杂 曲面光学零件大气等离子体加工过程的计算机数字控制； 4.装夹等离子体炬的夹具与A/C轴的接口设计成模块化的可拆卸式结构，可以根据不同等离子体炬的尺寸更换不同的夹具。这样，可以根据不同的加工目标，采用不同类型的等离子体炬进行大气等离子体加工； 5.该加工过程在大气条件下实现，避免了采用真空反应容器，大大降低了使用成本。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意 图2是图1中绝缘工作架4-1上安装有大口径的等离子体炬I时，大口径的等离子体炬I与待加工光学零件6之间的位置关系结构示意 图3是图1中绝缘工作架4-1上安装有中口径的等离子体炬2时，中口径的等离子体炬2与待加工光学零件6之间的位置关系结构示意 图4是图1中绝缘工作架4-1上安装有小口径的等离子体炬3时，小口径的等离子体炬3与待加工光学零件6之间的位置关系结构示意图。具体实施例方式具体实施方式一:结合图1所示，它由大口径的等离子体炬1、中口径的等离子体炬2、小口径的等离子体炬3、五轴联动数控机床4、射频电源5、混合等离子体气源7组成； 五轴联动数控机床4的绝缘工作架4-1上安装有大口径的等离子体炬I或中口径的等离子体炬2或小口径的等离子体炬3，大口径的等离子体炬I或中口径的等离子体炬2或小口径的等离子体炬3可与射频电源5的输出端连接作为大气等离子体放电的阳极；将待加工光学零件6装卡在地电极4-2上，地电极4-2固定在五轴联动数控机床4的水平运动工作台4-3上；将地电极4-2接地作为大气等离子体放电的阴极；当绝缘工作架4-1上安装有大口径的等离子体炬I时，大口径的等离子体炬I的进气端口 1-1可通过绝缘工作架4-1上的导气孔4-4、气管7-1与混合等离子体气源7导气连通；当绝缘工作架4-1上安装有中口径的等离子体炬2时，中口径的等离子体炬2的进气端口 2-1可通过绝缘工作架4-1上的导气孔4-4、气管7-1与混合等离子体气源7导气连通；当绝缘工作架4-1上安装有小口径的等离子体炬3时，小口径的等离子体炬3的进气端口 3-2可通过绝缘工作架4-1上的导气孔4-4、气管7-1与混合等离子体气源7导气连通；大口径的等离子体炬I的放电工作面或中口径的等离子体炬2的放电工作面或小口径的等离子体炬3的放电工作面靠近待加工光学零件6的待加工表面,并使它们之间保持一定的放电间隙,放电距离范围为2mm-5mm。所述五轴联动数控机床4采用三个直线轴加偏置式双摆头的结构，并且具有一个密闭的工作舱，可以使加工过程中生成的有毒气体不直接排放到空气中，从而保证加工人员的人身安全。所述射频电源5的频率为13.56MHz，最大功率为2KW。所述混合等离子体气源7为三路气体流量控制系统，可控气体流量范围为0-40L/min0所述混合等离子体气源5中的大气等离子体激发气体可以为氦气、氩气等惰性气体；反应气体可以为六氟化硫、四氟化碳、三氟化氮等；辅助气体可以为氧气。所述待加工光学零件6的材质为硅基光学材料，如熔融石英、碳化硅、超低膨胀玻墙坐具体实施方式二:结合图2说明，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述大口径的等离子体炬I的放电工作面为方形平面或圆形平面，其材质为铝，并与射频电源5的输出端连接作为大本文档来自技高网...

【技术保护点】
自由曲面光学零件的大气等离子体数控加工的装置，其特征在于它由大口径的等离子体炬（1）、中口径的等离子体炬（2）、小口径的等离子体炬（3）、五轴联动数控机床（4）、射频电源（5）、混合等离子体气源（7）组成；五轴联动数控机床（4）的绝缘工作架（4?1）上安装有大口径的等离子体炬（1）或中口径的等离子体炬（2）或小口径的等离子体炬（3），大口径的等离子体炬（1）或中口径的等离子体炬（2）或小口径的等离子体炬（3）可与射频电源（5）的输出端连接作为大气等离子体放电的阳极；将待加工光学零件（6）装卡在地电极（4?2）上，地电极（4?2）固定在五轴联动数控机床（4）的水平运动工作台（4?3）上；将地电极（4?2）接地作为大气等离子体放电的阴极；当绝缘工作架（4?1）上安装有大口径的等离子体炬（1）时，大口径的等离子体炬（1）的进气端口（1?1）可通过绝缘工作架（4?1）上的导气孔（4?4）、气管（7?1）与混合等离子体气源（7）导气连通；当绝缘工作架（4?1）上安装有中口径的等离子体炬（2）时，中口径的等离子体炬（2）的进气端口（2?1）可通过绝缘工作架（4?1）上的导气孔（4?4）、气管（7?1）与混合等离子体气源（7）导气连通；当绝缘工作架（4?1）上安装有小口径的等离子体炬（3）时，小口径的等离子体炬（3）的进气端口（3?2）可通过绝缘工作架（4?1）上的导气孔（4?4）、气管（7?1）与混合等离子体气源（7）导气连通；大口径的等离子体炬（1）的放电工作面或中口径的等离子体炬（2）的放电工作面或小口径的等离子体炬（3）的放电工作面靠近待加工光学零件（6）的待加工表面，并使它们之间保持一定的放电间隙，放电距离范围为2mm?5mm。...

【技术特征摘要】
1.自由曲面光学零件的大气等离子体数控加工的装置，其特征在于它由大口径的等离子体炬(I)、中口径的等离子体炬(2)、小口径的等离子体炬(3)、五轴联动数控机床(4)、射频电源(5)、混合等离子体气源(7)组成； 五轴联动数控机床(4)的绝缘工作架(4-1)上安装有大口径的等离子体炬(I)或中口径的等离子体炬(2)或小口径的等离子体炬(3)，大口径的等离子体炬(I)或中口径的等离子体炬(2)或小口径的等离子体炬(3)可与射频电源(5)的输出端连接作为大气等离子体放电的阳极；将待加工光学零件(6)装卡在地电极(4-2)上，地电极(4-2)固定在五轴联动数控机床(4 )的水平运动工作台(4-3 )上；将地电极(4-2 )接地作为大气等离子体放电的阴极；当绝缘工作架(4-1)上安装有大口径的等离子体炬(I)时，大口径的等离子体炬(I)的进气端口(1-1)可通过绝缘工作架(4-1)上的导气孔(4-4)、气管(7-1)与混合等离子体气源(7)导气连通；当绝缘工作架(4-1)上安装有中口径的等离子体炬(2)时，中口径的等离子体炬(2)的进气端口(2-1)可通过绝缘工作架(4-1)上的导气孔(4-4)、气管(7-1)与混合等离子体气源(7)导气连通；当绝缘工作架(4-1)上安装有小口径的等离子体炬(3)时，小口径的等离子体炬(3)的进气端口(3-2)可通过绝缘工作架(4-1)上的导气孔(4-4)、气管(7-1)与混合等离子体气源(7)导气连通；大口径的等离子体炬(I)的放电工作面或中口径的等离子体炬(2)的放电工作面或小口径的等离子体炬(3)的放电工作面靠近待加工光学零件(6)的待加工表面，并使它们之间保持一定的放电间隙，放电距离范围为2mm-5mm。2.根据权利要求1所述的自由曲面光学零件的大气等离子体数控加工的装置，其特征在于所述大口径的等离子体炬(I)的放电工作面为方形平面或圆形平面，其材质为铝，并与射频电源(5)的输出端连接作为大气等离子体放电的阳极，其边侧位置设置有进气口(1-1)，进气口(1-1)与绝缘工作架(4-1)上的导气孔(4-4)的出气口导气连接；当大口径的等离子体炬(I)进行大气等离子体加工时，离子体气体的流量为2 L/min-5 L/min，反应气体的气体流量为20 ml/min-90 ml/min,辅助气体与反应气体流量的比例为0%_50%，所加射频功率范围200W-400W。3.根据权利要求1所述的自由曲面光学零件的大气等离子体数控加工的装置，其特征在于所述中口径 的等离子体炬(2)由内电极(Al)、圆环形聚四氟乙烯连接块(A2)、圆环形绝缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，李娜，姚英学，李国，金会良，辛强，金江，李铎，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：