專利名稱：光學(xué)二次非球面凹面零件仿形加工方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)二次非球面凹面零件仿形加工方法及裝置。
背景技術(shù)：
二次非球面光學(xué)元件，是指面形由二次方程決定、面形上各點(diǎn)的曲率半徑均不相同的光學(xué)元件。光學(xué)系統(tǒng)中采用的非球面，絕大部分是旋轉(zhuǎn)對稱的二次非球面，它可使光學(xué)系統(tǒng)消除像差，減少光能損失，獲得高質(zhì)量的圖像效果和高品質(zhì)的光學(xué)特性，提高儀器鑒別能力，簡化儀器結(jié)構(gòu)，減輕重量等，獲得諸多優(yōu)點(diǎn)。但由于非球面光學(xué)零件的制造和檢測比球面光學(xué)零件困難，使非球面光學(xué)零件得不到廣泛的應(yīng)用。
非球面具有球面不可比擬的優(yōu)越性，促使人們不斷研究非球面的加工與檢驗(yàn)方法，以加快非球面的應(yīng)用。其中，中國發(fā)明專利(申請?zhí)?0132770.4)----<軌跡成型法加工非球面方法與裝置>專利，它提供了一種將設(shè)計(jì)的二次曲線方程軌跡精確地轉(zhuǎn)移到零件上成形非球面的加工方法及裝置，經(jīng)深入研究，發(fā)現(xiàn)該發(fā)明在實(shí)現(xiàn)對二次非球面凸面零件加工時(shí)，沒有原理誤差，但加工二次非球面凹面零件時(shí)尚存在原理誤差。
二次曲面具有光軸旋轉(zhuǎn)對稱性，可用圓錐體靠模仿形加工。加工原理如圖3、圖4，砂輪主軸和刀口固聯(lián)，圓錐體主軸傾斜量調(diào)整好后，再與工件主軸固聯(lián)。二者通過消隙機(jī)構(gòu)保持接觸。加工時(shí)，刀口在圓錐體上靠模，砂輪在工件上仿形，二者同步聯(lián)動(dòng)。同時(shí)，圓錐體和工件一起圍繞過非球面頂點(diǎn)曲率圓圓心或最接近圓圓心的Z軸擺動(dòng)?？梢姡瑘A錐體傾斜角度不同，則可加工不同的二次曲面，它是一種并聯(lián)式仿形加工系統(tǒng)。
由圖3可見，加工凸面時(shí)，在消隙機(jī)構(gòu)作用下，直刀口21是圓錐體22的外切線，圓柱砂輪23柱面母線也是凸面工件24的外切線，因此加工時(shí)無原理誤差。
加工凹面時(shí)，必須采用圓弧包絡(luò)法加工。由圖5可見，在消隙機(jī)構(gòu)作用下，圓盤刀口17與圓錐體22是外切接觸，球砂輪12與凹面工件8是內(nèi)切接觸。因此，圓盤刀口17中心點(diǎn)的軌跡是二次曲線的法向外等距線，球砂輪12中心點(diǎn)的軌跡是二次曲線的法向內(nèi)等距線。加工凹球面時(shí)，若擺動(dòng)軸過其頂點(diǎn)曲率圓圓心或最接近圓圓心，則由于它就是球心，因此無原理誤差；否則，若擺動(dòng)軸過其他點(diǎn)，加工凹球面必有原理誤差。加工二次非球面凹面零件時(shí)，無論擺動(dòng)軸過何點(diǎn)，都存在原理誤差。證明如下見圖5、圖6、圖7、圖8。
當(dāng)使用球砂輪加工二次非球面凹面零件時(shí)，要求圓盤刀口17的半徑和球砂輪12的半徑相同(設(shè)為r)，且不大于二次非球面凹面工件頂點(diǎn)的曲率半徑R0。無論是繞頂點(diǎn)曲率圓中心或最接近圓中心或其他點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)半徑r為0時(shí)，加工凹非球面沒有原理誤差；不為0時(shí)，必然帶來誤差；且半徑越大，誤差越大。實(shí)際中r不可能為0，必然存在誤差。以凹橢球面加工為例，作圓錐體靠模點(diǎn)和工件加工點(diǎn)的水平截面視圖如圖5。
在起始狀態(tài)，圓盤刀口17的靠模點(diǎn)與球砂輪12的加工點(diǎn)處于圖5的原點(diǎn)，二者在同一條直線上(在Z軸方向?qū)R)，此時(shí)無誤差。圖5中的C1表示球砂輪12的加工軌跡，C2表示圓盤刀口17的運(yùn)動(dòng)軌跡，C2與C1相同；X、Y表示圓盤刀口截取的水平截面坐標(biāo)系，O表示坐標(biāo)的原點(diǎn)；X4、Y4表示球砂輪加工的水平截面坐標(biāo)系，O4表示該坐標(biāo)的原點(diǎn)；P0表示圓盤刀口17的運(yùn)動(dòng)軌跡的頂點(diǎn)曲率中心，P1表示球砂輪12的加工軌跡的頂點(diǎn)曲率中心。
由于圍繞過最接近圓圓心(或非球面頂點(diǎn)曲率圓圓心)的Z軸擺動(dòng)(設(shè)轉(zhuǎn)角Φ)，圓盤刀口和球砂輪的位置如圖6，此時(shí)圓盤刀口17與圓錐體22脫離接觸，而球砂輪與工件也未接觸。
在消隙機(jī)構(gòu)的作用下，假設(shè)圓盤刀口與圓錐體點(diǎn)接觸，此時(shí)球砂輪與工件干涉如圖7，圖8是其局部放大圖，可見刀口的截取點(diǎn)是P，砂輪加工的是圓弧段P2P3，它超過橢圓標(biāo)記的切削范圍，因此產(chǎn)生過切(對凹雙曲面，則為欠切)，加工非球面時(shí)必然帶來誤差。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述加工二次非球面凹面零件時(shí)存在原理誤差的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)二次非球面凹面零件仿形加工方法及裝置，實(shí)現(xiàn)對二次非球面凹面零件的無原理誤差加工，從而進(jìn)一步提高加上精確度與效率。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種光學(xué)二次非球面凹面零件仿形加工方法，其特征在于它包括如下步驟a.首先根據(jù)設(shè)計(jì)給出的光學(xué)參數(shù)R0、 e、Φ，及二次非球面凹面零件的母線方程y2＝2R0x-(1-e2)x2，通過數(shù)學(xué)計(jì)算，得到圓盤刀口對空心圓錐體的截取參數(shù)α、θ、L和擺動(dòng)角度；b.調(diào)整擺動(dòng)角度使＝0°；c.選擇錐面開有口的空心圓錐體，將空心圓錐體安裝到圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)上；圓盤刀口從空心圓錐體的錐面開口處置于空心圓錐體的空腔內(nèi)，使圓盤刀口與空心圓錐體的內(nèi)錐面內(nèi)切；調(diào)整空心圓錐體中心軸線與圓盤刀口所在平面之間的夾角，使之等于θ值，鎖緊并固定空心圓錐體；d.調(diào)整圓盤刀口的位置，使之與空心圓錐體的內(nèi)錐面的接觸點(diǎn)離頂點(diǎn)的距離為L值，鎖緊并固定圓盤刀口；e.選取與圓盤刀口的半徑相等的球砂輪，且球砂輪不大于光學(xué)二次非球面凹面工件頂點(diǎn)的曲率半徑R0；調(diào)整球砂輪，使球砂輪的中心與圓盤刀口的軸線在同一條鉛垂線上，并使球砂輪主軸的軸線與圓盤刀口的軸線垂直；f.調(diào)整凹面工件，使凹面工件主軸的軸線與球砂輪主軸的軸線共水平面，同時(shí)使凹面工件主軸的軸線通過球砂輪的中心，并且，調(diào)整凹面工件主軸，使凹面工件與球砂輪的接觸點(diǎn)和圓盤刀口與空心圓錐體的接觸點(diǎn)位于同一條鉛垂線上，凹面工件的位置由調(diào)整機(jī)構(gòu)鎖緊固定；g.球砂輪繞其軸線回轉(zhuǎn)，凹面工件繞其軸線回轉(zhuǎn)，擺動(dòng)軸開始擺動(dòng)，直到擺角為，在這一加工過程中，在消隙機(jī)構(gòu)的作用下，球砂輪始終和凹面工件保持接觸，圓盤刀口與空心圓錐體也始終保持接觸，對任意的加工點(diǎn)，兩接觸點(diǎn)始終位于一條鉛垂線上；獲得二次非球面凹面零件。
一種用于實(shí)施光學(xué)二次非球面凹面零件仿形加工方法的裝置，它由X方向滑架1、X方向?qū)к?、圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)3、圓錐體導(dǎo)向座4、圓錐體、擺動(dòng)臺6、凹面工件主軸7、測頭9、鋼帶機(jī)構(gòu)10、Z向滑架11、球砂輪12、球砂輪主軸架13、配重體14、測頭Z向驅(qū)動(dòng)裝置15、圓盤刀口調(diào)整裝置16、圓盤刀口17、測頭X向驅(qū)動(dòng)裝置18、擺動(dòng)軸19、消隙機(jī)構(gòu)20構(gòu)成，其特征在于圓錐體為錐面開有口的空心圓錐體5；可沿X方向滑動(dòng)的X方向滑架1安裝在X方向?qū)к?上，X方向?qū)к?的底面與固定基礎(chǔ)固接，X方向?qū)к?的頂面安裝有能繞Z軸擺動(dòng)的擺動(dòng)軸19，能繞Z軸擺動(dòng)的擺動(dòng)軸19分別由軸承與圓錐體導(dǎo)向座4、消隙機(jī)構(gòu)20的一端相連接，消隙機(jī)構(gòu)20的另一端由軸承與圓錐體導(dǎo)向座4相連接，能繞Z軸擺動(dòng)的擺動(dòng)軸19的上部與圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)3固定連接；錐面開有口的空心圓錐體5安裝在能沿X方向滑動(dòng)的圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)3的一端，能沿X方向滑動(dòng)的圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)3安裝在圓錐體導(dǎo)向座4內(nèi)；凹面工件8裝夾在凹面工件主軸7的前端，凹面工件主軸7安裝在能繞凹面工件主軸7旋轉(zhuǎn)的擺動(dòng)臺6上，擺動(dòng)臺6安裝在圓錐體導(dǎo)向座4上；球砂輪主軸架13的一端部裝夾能繞Y軸旋轉(zhuǎn)的球砂輪12，球砂輪主軸架13的另一端與Z向滑架11相固接；能沿Z向滑架11滑動(dòng)的圓盤刀口調(diào)整裝置16的安裝在Z向滑架11的下段，圓盤刀口17與圓盤刀口調(diào)整裝置16固定連接，圓盤刀口17置于空心圓錐體5的空腔內(nèi)并與空心圓錐體5的內(nèi)錐面內(nèi)切；測頭9由鋼帶機(jī)構(gòu)10與配重體14相連，測頭Z向驅(qū)動(dòng)裝置15與配重體14相連，測頭Z向驅(qū)動(dòng)裝置15安裝在Z向滑架11上；X方向滑架1與Z向滑架11的下端固定連接，測頭X向驅(qū)動(dòng)裝置18與基礎(chǔ)相連；球砂輪12與圓盤刀口17的半徑相等，且不大于光學(xué)二次非球面凹面工件頂點(diǎn)的曲率半徑R0。
本發(fā)明的有益效果是采用球砂輪加工時(shí)，如圖9所示，即將實(shí)心的圓錐體22做成錐面開有口的空心圓錐體(或稱殼狀圓錐體)5，圓盤刀口17由現(xiàn)有的外切改為內(nèi)切，球砂輪12與圓盤刀口17的半徑相等，且不大于R0。無論擺動(dòng)軸是繞頂點(diǎn)曲率圓中心或最接近圓中心或其他點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，此時(shí)都可保證圓盤刀口17中心的軌跡和球砂輪12中心的軌跡是二次曲線的法向內(nèi)等距線，截取的軌跡和加工的軌跡都是同一條二次曲線，理論上可得到理想二次非球面凹面和二次球面凹面。實(shí)現(xiàn)對二次非球面凹面零件的無原理誤差加工，從而進(jìn)一步提高加工精確度與效率。
本發(fā)明用于實(shí)施光學(xué)二次非球面凹面零件仿形加工方法的裝置，采用圓錐體為錐面開有口的空心圓錐體5，圓盤刀口17置于空心圓錐體5的空腔內(nèi)并與空心圓錐體5的內(nèi)錐面內(nèi)切；球砂輪12與圓盤刀口17的半徑相等，且不大于光學(xué)二次非球面凹面工件頂點(diǎn)的曲率半徑R0。無論擺動(dòng)軸是繞頂點(diǎn)曲率圓中心或最接近圓中心或其他點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，此時(shí)都可保證圓盤刀口17中心的軌跡和球砂輪12中心的軌跡是二次曲線的法向內(nèi)等距線，截取的軌跡和加工的軌跡都是同一條二次曲線，理論上可得到理想二次非球面凹面和二次球面凹面。實(shí)現(xiàn)對二次非球面凹面零件的無原理誤差加工，從而進(jìn)一步提高加工精確度與效率。


圖1為本發(fā)明的空心園錐體靠模原理2為本發(fā)明光學(xué)二次非球面凹面另件仿形加工裝置示意3為軌跡成型法加工非球面凸面的仿形原理4為軌跡成型法加工非球面凹面的仿形原理5為軌跡成型法的球砂輪加工凹橢球面的起始水平截面6為軌跡成型法的球砂輪加工凹橢球面的擺動(dòng)后的水平截面7為軌跡成型法的球砂輪加工凹橢球面的加工狀態(tài)的水平截面8軌跡成型法的球砂輪加工凹橢球面的加工狀態(tài)的局部放大9為本發(fā)明的球砂輪加工凹面的仿形原理10是錐面開有口的空心圓錐體的結(jié)構(gòu)示意中1-X方向滑架，2-X方向?qū)к墸?-圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)，4-圓錐體導(dǎo)向座，5-錐面開有口的空心圓錐體，6-擺動(dòng)臺，7-凹面工件主軸，8-凹面工件，9-測頭，10-鋼帶機(jī)構(gòu)，11-Z向滑架，12-球砂輪，13-球砂輪主軸架，14-配重體，15-測頭Z向驅(qū)動(dòng)裝置，16-圓盤刀口調(diào)整裝置，17-圓盤刀口，18-測頭X向驅(qū)動(dòng)裝置，19-擺動(dòng)軸，20-消隙機(jī)構(gòu)，21-直刀口，22-圓錐體，23-圓柱砂輪，24-凸面工件。
具體實(shí)施例方式
如圖1和圖9所示，一種光學(xué)二次非球面凹面零件仿形加工方法，包括粗磨、精磨和超精磨(或拋光)加工，它包括如下步驟a.如圖1所示為空心圓錐體靠摸原理圖，空心園錐體ABC的半頂角α，離頂點(diǎn)距離為L的某點(diǎn)D，通過D點(diǎn)用垂直于空心園錐體軸線的平面M-M相截，即θ1＝90°時(shí)，即可獲得圓的曲線方程軌跡線，如過D點(diǎn)，用90°＞θ2＞α，的N-N平面相截，則可獲得橢圓方程軌跡線，如過D點(diǎn)，用θ3＝α的H-H平面相截時(shí)，即可獲得拋物線方程軌跡線，如以α＞θ4＞-α的平面K-K相截時(shí)，即可獲得雙曲線方程軌跡線。因此，任何設(shè)計(jì)給定的光學(xué)中的二次曲線方程，只要求得α，θ，L，就可在空心圓錐體上截取，而α，θ，L的值均可通過數(shù)學(xué)計(jì)算求得它們精確值，具體應(yīng)用空心圓錐體仿形時(shí)，首先根據(jù)光學(xué)設(shè)計(jì)者給出的二次非球面凹面零件的母線方程y2＝2R0x-(1-e2)x2及其口徑Φ可知，由光學(xué)參數(shù)(R0，e，Φ)，可以得到圓盤刀口的截取參數(shù)(α，θ，L)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
其中R0----光學(xué)二次非球面凹面工件頂點(diǎn)的曲率半徑，e-----光學(xué)二次非球面凹面工件的偏心率，Φ----光學(xué)二次非球面凹面工件的口徑，α----空心圓錐體的半頂角，θ----空心圓錐體的中心軸線與圓盤刀口所在平面的夾角，L----圓盤刀口在擺動(dòng)角度為零時(shí)與圓錐面的接觸點(diǎn)與空心圓錐體的頂點(diǎn)之間沿母線方向的長度，----圓盤刀口的擺動(dòng)角度(正負(fù)對稱的)；b.調(diào)整擺動(dòng)角度使＝0°，使靠模機(jī)構(gòu)處于初始狀態(tài)；
c.選擇α角合適的錐面開有口的空心圓錐體，將空心圓錐體安裝到光學(xué)二次非球面凹面零件仿形加工裝置的圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)上；圓盤刀口從空心圓錐體的錐面開口處置于空心圓錐體的空腔內(nèi)，使圓盤刀口與空心圓錐體的內(nèi)錐面內(nèi)切；調(diào)整空心圓錐體中心軸線與圓盤刀口所在平面之間的夾角，使之等于θ值，鎖緊并固定空心圓錐體；d.調(diào)整圓盤刀口的位置，使之與空心圓錐體內(nèi)錐面的接觸點(diǎn)離頂點(diǎn)的距離為L值，鎖緊并固定圓盤刀口，此時(shí)，可以保證截取到的二次曲線就是二次非球面的母線；e.選取與圓盤刀口的半徑相等的球砂輪，且球砂輪不大于光學(xué)二次非球面凹面工件頂點(diǎn)的曲率半徑R0；調(diào)整球砂輪，使球砂輪的中心(或球心)與圓盤刀口的軸線在同一條鉛垂線上，并使球砂輪主軸的軸線與圓盤刀口的軸線垂直；f.調(diào)整凹面工件，使凹面工件主軸的軸線與球砂輪主軸的軸線共水平面，同時(shí)使凹面工件主軸的軸線通過球砂輪的中心(或球心)，并且，調(diào)整凹面工件主軸，使凹面工件與球砂輪的接觸點(diǎn)和圓盤刀口與空心圓錐體的接觸點(diǎn)位于同一條鉛垂線上，凹面工件的位置由調(diào)整機(jī)構(gòu)鎖緊固定；g.球砂輪繞其軸線回轉(zhuǎn)，凹面工件繞其軸線回轉(zhuǎn)，擺動(dòng)軸開始擺動(dòng)，直到擺角為，在這一加工過程中，在消隙機(jī)構(gòu)的作用下，球砂輪始終和凹面工件保持接觸，圓盤刀口與空心圓錐體也始終保持接觸，對任意的加工點(diǎn)，兩接觸點(diǎn)始終位于一條鉛垂線上；獲得二次非球面凹面零件。
加工時(shí)，即可使凹面工件主軸和球砂輪主軸共水平面；圓錐體中心軸線、凹面工件主軸和圓盤刀口中心軸線共垂直面，圓盤刀口所在平面平行于水平面，且球砂輪和凹面工件的接觸點(diǎn)與圓盤刀口和空心圓錐體的接觸點(diǎn)連線垂直于水平面。凹面工件在繞凹面工件主軸回轉(zhuǎn)的同時(shí)，又與空心圓錐體固聯(lián)成一體，一起繞擺動(dòng)軸擺動(dòng)。球砂輪繞球砂輪主軸回轉(zhuǎn)。這樣即可加工出更精確的此類零件。
加工完成后，擺動(dòng)軸回復(fù)到擺動(dòng)角＝0°的狀態(tài)，鎖緊并固定擺動(dòng)軸。然后解除消隙機(jī)構(gòu)的作用。
如圖2所示，一種用于實(shí)施光學(xué)二次非球面凹面零件仿形加工方法的裝置，它由X方向滑架1、X方向?qū)к?、圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)3、圓錐體導(dǎo)向座4、空心圓錐體5、擺動(dòng)臺6、凹面工件主軸7、測頭9、鋼帶機(jī)構(gòu)10、Z向滑架11、球砂輪12、球砂輪主軸架13、配重體14、測頭Z向驅(qū)動(dòng)裝置15、圓盤刀口調(diào)整裝置16、圓盤刀口17、測頭X向驅(qū)動(dòng)裝置18、擺動(dòng)軸19、消隙機(jī)構(gòu)20構(gòu)成，可沿X方向滑動(dòng)的X方向滑架1安裝在X方向?qū)к?上，X方向?qū)к?的底面與固定基礎(chǔ)固接，X方向?qū)к?的頂面安裝有能繞Z軸擺動(dòng)的擺動(dòng)軸19，能繞Z軸擺動(dòng)的擺動(dòng)軸19分別由軸承與圓錐體導(dǎo)向座4、消隙機(jī)構(gòu)20的一端相連接，消隙機(jī)構(gòu)20的另一端由軸承與圓錐體導(dǎo)向座4相連接，能繞Z軸擺動(dòng)的擺動(dòng)軸19的上部與圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)3固定連接；錐面開有口的空心圓錐體5安裝在能沿X方向滑動(dòng)的圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)3的一端，能沿X方向滑動(dòng)的圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)3安裝在圓錐體導(dǎo)向座4內(nèi)；凹面工件8裝夾在凹面工件主軸7的前端，凹面工件主軸7安裝在能繞凹面工件主軸7旋轉(zhuǎn)的擺動(dòng)臺6上，擺動(dòng)臺6安裝在圓錐體導(dǎo)向座4上；球砂輪主軸架13的一端部裝夾能繞Y軸旋轉(zhuǎn)的球砂輪12，球砂輪主軸架13的另一端與Z向滑架11相固接；能沿Z向滑架11滑動(dòng)的圓盤刀口調(diào)整裝置16的安裝在Z向滑架11的下段，圓盤刀口17與圓盤刀口調(diào)整裝置16固定連接，圓盤刀口17置于空心圓錐體5的空腔內(nèi)并與空心圓錐體5的內(nèi)錐面內(nèi)切；測頭9由鋼帶機(jī)構(gòu)10與配重體14相連，測頭Z向驅(qū)動(dòng)裝置15與配重體14相連，測頭Z向驅(qū)動(dòng)裝置15安裝在Z向滑架11上，使測頭9可沿Z方向移動(dòng)；X方向滑架1與Z向滑架11的下端固定連接，測頭X向驅(qū)動(dòng)裝置18與基礎(chǔ)相連，可推動(dòng)Z向滑架11沿X方向?qū)к?移動(dòng)；球砂輪12與圓盤刀口17的半徑相等，且不大于光學(xué)二次非球面凹面工件頂點(diǎn)的曲率半徑R0。
本發(fā)明的X方向滑架1、X方向?qū)к?、圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)3、圓錐體導(dǎo)向座4、擺動(dòng)臺6、凹面工件主軸7、測頭9、鋼帶機(jī)構(gòu)10、Z向滑架11、球砂輪12、球砂輪主軸架13、配重體14、測頭Z向驅(qū)動(dòng)裝置15、圓盤刀口調(diào)整裝置16、圓盤刀口17、測頭X向驅(qū)動(dòng)裝置18、擺動(dòng)軸19、消隙機(jī)構(gòu)20均可采用現(xiàn)有公知技術(shù)。
靠模機(jī)構(gòu)包括球砂輪12、凹面工件8、圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)3、圓盤刀口l7。
本發(fā)明提供的加工方法和裝置，有效地解決了光學(xué)非球面凹面仿形加工時(shí)存在的原理誤差問題，從而可獲得更高精度的非球面凹面零件，而且裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，易操作，效率高等優(yōu)點(diǎn)，且可實(shí)現(xiàn)對非球面凹面的兩坐標(biāo)測量。
以下為具體光學(xué)二次非球面凹面零件加工的實(shí)例非球面加工時(shí)一般先把毛坯加工成最接近球面，然后按上述的技術(shù)方案和實(shí)施方式，計(jì)算得到的加工參數(shù)，調(diào)整空心圓錐體5靠模機(jī)構(gòu)的具體位置，進(jìn)行非球面的粗磨、精磨加工。
加工條件工件材質(zhì)K9玻璃，口徑40mm，毛坯凹球面SR22.81mm，要求加工成e＝0.9、R0＝18.50mm的凹橢球面。
砂輪球砂輪，半徑SR10mm。粗磨采用青銅和鑄鐵結(jié)合劑的球砂輪，金剛石粒度120#，濃度50％，使用ELID裝置電解修整；精磨采用樹脂結(jié)合劑的球砂輪，金剛石粒度W7、W2.5，濃度100％，使用碳化硅砂輪修整器修整。
冷卻液三乙醇氨加水。
加工參數(shù)砂輪轉(zhuǎn)速1000-3000rpm；工件轉(zhuǎn)速100-500rpm，工件擺動(dòng)速度5-50mm/min.進(jìn)給量粗磨10-50μm/次，精磨1-2μm/次。
空心圓錐體5靠模機(jī)構(gòu)的調(diào)整參數(shù)經(jīng)計(jì)算為α＝45°為常數(shù)，θ＝46.467°，L＝18.5061mm.
經(jīng)多次進(jìn)給切削，粗磨加工的凹橢球面的e，R0誤差在5％以下，數(shù)據(jù)處理的均方根在0.1mm以下(參照中等精度的機(jī)床對凸橢球面的加工)。精磨加工的凹橢球面的彌散圓半徑在0.2mm量級(參照中等精度的凸橢球面的加工)。
如果加工機(jī)床的精度更高，在上述條件下，光學(xué)二次非球面凹面零件的加工精度也可以相應(yīng)提高。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)二次非球面凹面零件仿形加工方法，其特征在于它包括如下步驟a.首先根據(jù)設(shè)計(jì)給出的光學(xué)參數(shù)R0、e、Ф，及二次非球面凹面零件的母線方程y2＝2R0x-(1-e2)x2，通過數(shù)學(xué)計(jì)算，得到圓盤刀口對空心圓錐體的截取參數(shù)α、θ、L和擺動(dòng)角度；b.調(diào)整擺動(dòng)角度使＝0°；c.選擇錐面開有口的空心圓錐體，將空心圓錐體安裝到圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)上；圓盤刀口從空心圓錐體的錐面開口處置于空心圓錐體的空腔內(nèi)，使圓盤刀口與空心圓錐體的內(nèi)錐面內(nèi)切；調(diào)整空心圓錐體中心軸線與圓盤刀口所在平面之間的夾角，使之等于θ值，鎖緊并固定空心圓錐體；d.調(diào)整圓盤刀口的位置，使之與空心圓錐體的內(nèi)錐面的接觸點(diǎn)離頂點(diǎn)的距離為L值，鎖緊并固定圓盤刀口；e.選取與圓盤刀口的半徑相等的球砂輪，且球砂輪不大于光學(xué)二次非球面凹面工件頂點(diǎn)的曲率半徑R0；調(diào)整球砂輪，使球砂輪的中心與圓盤刀口的軸線在同一條鉛垂線上，并使球砂輪主軸的軸線與圓盤刀口的軸線垂直；f.調(diào)整凹面工件，使凹面工件主軸的軸線與球砂輪主軸的軸線共水平面，同時(shí)使凹面工件主軸的軸線通過球砂輪的中心，并且，調(diào)整凹面工件主軸，使凹面工件與球砂輪的接觸點(diǎn)和圓盤刀口與空心圓錐體的接觸點(diǎn)位于同一條鉛垂線上，凹面工件的位置由調(diào)整機(jī)構(gòu)鎖緊固定；g.球砂輪繞其軸線回轉(zhuǎn)，凹面工件繞其軸線回轉(zhuǎn)，擺動(dòng)軸開始擺動(dòng)，直到擺角為；獲得二次非球面凹面零件。
2.一種用于實(shí)施光學(xué)二次非球面凹面零件仿形加工方法的裝置，它由X方向滑架(1)、X方向?qū)к?2)、圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)(3)、圓錐體導(dǎo)向座(4)、圓錐體、擺動(dòng)臺(6)、凹面工件主軸(7)、測頭(9)、鋼帶機(jī)構(gòu)(10)、Z向滑架(11)、球砂輪(12)、球砂輪主軸架(13)、配重體(14)、測頭Z向驅(qū)動(dòng)裝置(15)、圓盤刀口調(diào)整裝置(16)、圓盤刀口(17)、測頭X向驅(qū)動(dòng)裝置(18)、擺動(dòng)軸(19)、消隙機(jī)構(gòu)(20)構(gòu)成，其特征在于圓錐體為錐面開有口的空心圓錐體(5)；可沿X方向滑動(dòng)的X方向滑架(1)安裝在X方向?qū)к?2)上，X方向?qū)к?2)的底面與固定基礎(chǔ)固接，X方向?qū)к?2)的頂面安裝有能繞Z軸擺動(dòng)的擺動(dòng)軸(19)，能繞Z軸擺動(dòng)的擺動(dòng)軸(19)分別由軸承與圓錐體導(dǎo)向座(4)、消隙機(jī)構(gòu)(20)的一端相連接，消隙機(jī)構(gòu)(20)的另一端由軸承與圓錐體導(dǎo)向座(4)相連接，能繞Z軸擺動(dòng)的擺動(dòng)軸(19)的上部與圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)(3)固定連接；錐面開有口的空心圓錐體(5)安裝在能沿X方向滑動(dòng)的圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)(3)的一端，能沿X方向滑動(dòng)的圓錐體調(diào)整機(jī)構(gòu)(3)安裝在圓錐體導(dǎo)向座(4)內(nèi)；凹面工件(8)裝夾在凹面工件主軸(7)的前端，凹面工件主軸(7)安裝在能繞凹面工件主軸(7)旋轉(zhuǎn)的擺動(dòng)臺(6)上，擺動(dòng)臺(6)安裝在圓錐體導(dǎo)向座(4)上；球砂輪主軸架(13)的一端部裝夾能繞Y軸旋轉(zhuǎn)的球砂輪(12)，球砂輪主軸架(13)的另一端與Z向滑架(11)相固接；能沿Z向滑架(11)滑動(dòng)的圓盤刀口調(diào)整裝置(16)的安裝在Z向滑架(11)的下段，圓盤刀口(17)與圓盤刀口調(diào)整裝置(16)固定連接，圓盤刀口(17)置于空心圓錐體(5)的空腔內(nèi)并與空心圓錐體(5)的內(nèi)錐面內(nèi)切；測頭(9)由鋼帶機(jī)構(gòu)(10)與配重體(14)相連，測頭Z向驅(qū)動(dòng)裝置(15)與配重體(14)相連，測頭Z向驅(qū)動(dòng)裝置(15)安裝在Z向滑架(11)上；X方向滑架(1)與Z向滑架(11)的下端固定連接，測頭X向驅(qū)動(dòng)裝置(18)與基礎(chǔ)相連；球砂輪(12)與圓盤刀口(17)的半徑相等，且不大于光學(xué)二次非球面凹面工件頂點(diǎn)的曲率半徑R0。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學(xué)二次非球面凹面零件仿形加工方法及裝置。一種光學(xué)二次非球面凹面零件仿形加工方法，其特征在于它包括如下步驟a.求出圓盤刀口對空心圓錐體的截取參數(shù)α、θ、L和擺動(dòng)角度φ；b.調(diào)整擺動(dòng)角度使φ＝0°；c.選擇錐面開有口的空心圓錐體，圓盤刀口從空心圓錐體的錐面開口處置于空心圓錐體的空腔內(nèi)，使圓盤刀口與空心圓錐體的內(nèi)錐面內(nèi)切；d.調(diào)整圓盤刀口的位置；e.選取與圓盤刀口的半徑相等的球砂輪，且球砂輪不大于光學(xué)二次非球面凹面工件頂點(diǎn)的曲率半徑R
文檔編號B24B17/00GK1947942SQ20061012467
公開日2007年4月18日 申請日期2006年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月30日
發(fā)明者王院生, 路桂英 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)