專利名稱：一種球面及平面光學(xué)元件的線接觸磨拋裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種球面及平面光學(xué)元件的線接觸磨拋裝置及方法。
背景技術(shù)：
光學(xué)元件的應(yīng)用遍布在人們的生活中各個角落，大到天文望遠(yuǎn)鏡，小到微型攝像頭均可見到光學(xué)元件的身影。球面及平面光學(xué)元件是應(yīng)用得最為廣泛的光學(xué)元件，具有加工成本低、易于加工、加工成品率高等特點。
傳統(tǒng)的球面、平面光學(xué)元件的拋光加工工藝多采用準(zhǔn)球心法進(jìn)行高速拋光，其加工設(shè)備造價低廉，且操作簡單。但是這種設(shè)備對于磨拋盤與工件之間接觸壓力的控制較為模糊，浮動范圍大，因此不容易實現(xiàn)確定量加工。而且，在傳統(tǒng)的拋光方法中，一種曲率半徑、口徑的工件就需要一個磨拋盤基體，同口徑不同曲率半徑或者同曲率半徑不同口徑的工件都需要不同的磨拋盤，這就造成了加工成本的提升。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是:提供一種提供一種適用于球面及平面光學(xué)元件數(shù)控磨拋加工的加工工藝及與之相對應(yīng)的磨拋裝置，在中國專利(ZL 200810103309.8)中提到的數(shù)控磨床上，與專有的工藝軟件配合使用，能夠達(dá)到提高加工精度及加工效率、降低生產(chǎn)成本的目的。
本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種球面及平面光學(xué)元件的線接觸磨拋裝置，其特征在于:它包括工具柄和磨拋盤基體，所述工具柄用于連接磨拋盤基體并可安裝在數(shù)控加工設(shè)備的工具軸上，或者將筒形磨拋盤基體與工具柄合為一個整體，作為一個獨立的拋光裝置，所述磨拋盤基體上粘貼有拋光膜，所述磨拋盤基體可以是仿形磨拋盤基體或筒形磨拋盤基體。
優(yōu)選的，所述工具柄底部有突出的磨拋盤連接桿，用于跟所述磨拋盤基體頂部凹陷的磨拋盤定位接口進(jìn)行配合，將工具柄和磨拋盤基體連接固定后，所述磨拋盤連接桿被壓入磨拋盤定位接口中，兩者之間不出現(xiàn)空隙。從而保證所述筒形磨拋盤基體、工具柄的同軸度。
優(yōu)選的，所述工具柄和磨拋盤基體上都設(shè)有螺紋接口，兩者通過螺釘連接固定。所述螺釘優(yōu)選為內(nèi)六角螺釘。既保證兩者間的連接可靠性，又方便安裝維護(hù)。
優(yōu)選的，所述仿形磨拋盤基體的外形為一回轉(zhuǎn)體，其母線為一圓弧，曲率半徑為Γι ;在仿形磨拋盤基體的一端設(shè)有一個磨拋盤定位接口，用于將所述仿形磨拋盤基體安裝在工具柄上，使用之前將拋光膜貼附于仿形磨拋盤基體的回轉(zhuǎn)面上，精確修整后的拋光膜的母線為一圓弧，曲率半徑為r2 ;選用的拋光膜厚度為h，滿足r2=ri+h。
優(yōu)選的，所述筒形磨拋盤基體的外形為圓筒形，其一端為圓弧狀，圓弧曲率半徑為r3 ;另一端設(shè)有一個磨拋盤定位接口，用于將所述筒形磨拋盤基體安裝在工具柄上，使用之前將拋光膜貼附在筒 形磨拋盤基體下方圓弧端，精確修整后的拋光膜的截面曲線為一精確的圓弧，圓弧曲率半徑為r4 ;選用的拋光膜厚度為h，滿足r4=r3+h。
一種球面及平面光學(xué)元件的線接觸磨拋方法，其特征在于包括以下步驟:(1)將磨拋盤連接桿壓入磨拋盤定位接口中，并通過螺釘將兩者固定，使磨拋盤連接桿與磨拋盤定位接口之間不出現(xiàn)間隙； (2)采用粘結(jié)劑將拋光膜粘貼于磨拋盤基體下部，待粘貼劑凝固后對拋光膜的圓弧曲率半徑進(jìn)行修整； (3)修整時，將磨拋裝置安裝在數(shù)控加工設(shè)備的工件軸上，將修整砂輪安裝在數(shù)控加工設(shè)備的工具軸上，采用點接觸方式對拋光膜的圓弧曲率半徑進(jìn)行修整，使拋光膜上的圓弧曲率半徑處處一致； (4)使用時，將磨拋裝置安裝在數(shù)控設(shè)備的工具軸上，待加工工件安裝在數(shù)控設(shè)備的工件軸上，在磨拋的加工過程中，首先將待加工非球面的相關(guān)參數(shù)及磨拋裝置的尺寸數(shù)據(jù)輸入工藝軟件，并生成數(shù)控NC文件，磨拋裝置及待加工工件即可在數(shù)控設(shè)備的控制下，使得在任意加工位置上，磨拋裝置與待加工工件均為線接觸，在加工過程中，仿形磨拋盤基體與待加工工件的接觸軌跡為工件的子午截面曲線的一部分，屬于仿形法加工；筒形磨拋盤基體與工件的接觸軌跡為一包絡(luò)圓，屬于范成法加工。
優(yōu)選的，使用時，磨拋裝置安裝在數(shù)控設(shè)備的工具軸上，可繞工具軸軸線轉(zhuǎn)動，以及繞工具軸擺動中心B點擺動，而且磨拋裝置可在水平方向上進(jìn)給；待加工工件安裝在數(shù)控設(shè)備的工件軸上，可繞工件軸軸線轉(zhuǎn)動，待加工工件可在豎直方向上進(jìn)給，由數(shù)控加工設(shè)備控制各個加工位置上磨拋盤基體的進(jìn)給速度及待加工工件的轉(zhuǎn)速。即可以保證在各個加工位置上磨拋盤與工件之間的接觸壓力恒 定，保證了恒定的去除量，進(jìn)而實現(xiàn)確定量加工。
優(yōu)選的，所述修整工具可以是切削刃幾何形狀不確定的砂輪或者切削刃幾何形狀確定的銑刀盤。
優(yōu)選的，所述仿形磨拋盤基體上的拋光膜粘貼在仿形磨拋盤基體的回轉(zhuǎn)面上，粘貼高度以粘貼緊固且覆蓋整個回轉(zhuǎn)面為準(zhǔn)則；所述筒形磨拋盤基體的拋光膜粘貼在筒形磨拋盤基體的圓弧狀底端。所述拋光膜可依據(jù)待加工工件的材料進(jìn)行選取，拋光膜裁剪形狀可任意，以粘貼方便、緊固為準(zhǔn)則。
優(yōu)選的，所述仿形磨拋盤基體的外形為一回轉(zhuǎn)體，其母線為一圓弧，曲率半徑為^，精確修整后的拋光膜的母線為一圓弧，曲率半徑為r2，選用的拋光膜厚度為h，滿足r2=ri+h ;所述筒形磨拋盤基體的外形為圓筒形，其一端為圓弧狀，圓弧曲率半徑為r3,精確修整后的拋光膜的截面曲線為一精確的圓弧，圓弧曲率半徑為r4 ;選用的拋光膜厚度為h，滿足 r4=r3+h。
本發(fā)明的優(yōu)點是: 1.本發(fā)明裝置中的拋光膜表面的曲率半徑可以實現(xiàn)在位精確修整。
2.本發(fā)明中獨立的工具柄具有通用性，從而降低了裝置的加工成本。
3.傳統(tǒng)的球面磨拋工藝采用準(zhǔn)球心法拋光，磨拋盤與工件是面接觸方式，采用仿形法進(jìn)行拋光加工，本發(fā)明的磨拋盤與工件為線接觸方式，即在整個加工過程中，磨拋盤與工件表面的接觸軌跡為一條閉合的或非閉合的曲線，由于工件的旋轉(zhuǎn)，從而得到所需表面。
4.本發(fā)明的磨拋盤，特別是筒形磨拋盤具有通用性，依靠對拋光膜形狀的修整，使同一外形尺寸的磨拋盤可適用于多種曲率半徑的工件的磨拋加工。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述: 圖1是本發(fā)明磨拋裝置的第一實施例的結(jié)構(gòu)圖； 圖2是圖1中工具柄的結(jié)構(gòu)圖； 圖3是圖1中仿形磨拋盤基體的結(jié)構(gòu)圖； 圖4是對第一實施例進(jìn)行拋光膜修整的示意圖； 圖5是采用第一實施例對凸面元件進(jìn)行外拋加工的示意圖； 圖6是本發(fā)明磨拋裝置的第二實施例的結(jié)構(gòu)圖； 圖7是圖6中仿形磨拋盤基體的結(jié)構(gòu)圖； 圖8是采用第二實施例對凹面元件進(jìn)行外拋加工的示意圖； 圖9是本發(fā)明磨拋裝置的第三實施例的結(jié)構(gòu)圖； 圖10是圖9中筒形磨拋盤基體的結(jié)構(gòu)圖； 圖11是采用第三實施例對凸面元件進(jìn)行拋光加工的示意圖； 圖12是米用第二實施例對凹面兀件進(jìn)行拋光加工的不意圖； 圖13是采用第三實施例對平面元件進(jìn)行拋光加工的示意圖。
其中:1、工具柄；2、仿形磨拋盤基體；3、拋光膜；4、磨拋盤連接桿；5、磨拋盤定位接口 ；6、螺釘；7、筒形磨拋盤基體；8、修整砂輪；9、待加工工件；100、磨拋裝置。
具體實施方式
實施例一:如圖1所示，工具柄I下部設(shè)有磨拋盤連接桿4，可壓入仿形磨拋盤基體2上部的磨拋盤定位接口 5中。安裝時，將磨拋盤連接桿4壓入磨拋盤定位接口 5中，并與仿形磨拋盤基體2固定，使得磨拋盤連接桿4與磨拋盤定位接口 5之間不出現(xiàn)間隙。其中，工具柄I通過任意一種扳手接口，如內(nèi)三角、內(nèi)四角、內(nèi)六角、雙孔接口等與仿形磨拋盤基體2緊固，由此既保證兩者間的連接可靠性，又方便安裝維護(hù)。該形狀的仿形磨拋盤適用于凸面兀件的拋光加工。
仿形磨拋盤基體2的回轉(zhuǎn)面用于粘貼拋光膜3。拋光膜3可依據(jù)待加工工件9的材料進(jìn)行選取，拋光膜3裁剪形狀可任意，以粘貼方便、緊固為準(zhǔn)則。采用粘結(jié)劑將拋光膜3粘貼于仿形磨拋盤基體2的回轉(zhuǎn)面上，粘貼高度以粘貼緊固且覆蓋整個回轉(zhuǎn)面為準(zhǔn)則。
裝配時，首先將磨拋盤連接桿4壓入磨拋盤定位接口 5中，優(yōu)選地通過內(nèi)六角螺釘6與仿形磨拋盤2固定，使得磨拋盤連接桿4與磨拋盤定位接口 5之間不出現(xiàn)間隙；再在裁剪好的拋光膜3—面涂抹粘結(jié)劑粘貼于仿形磨拋盤基體2的回轉(zhuǎn)面上，待粘結(jié)劑凝固后，SP完成加工準(zhǔn)備。
按照上述結(jié)構(gòu)并裝配后，即可對磨拋裝置100進(jìn)行拋光膜3的修整。如圖4所示為對第一實施例進(jìn)行拋光膜3修整的示意圖。將磨拋裝置100安裝在數(shù)控加工設(shè)備的工件軸(圖未示)上，磨拋裝置100可繞工件軸軸線旋轉(zhuǎn)，并繞數(shù)控加工設(shè)備的工件軸擺動中心B擺動，且可在水平方向上進(jìn)給；將修整砂輪8安裝在數(shù)控加工設(shè)備的工具軸(圖未示)上，修整砂輪8可繞工具軸軸線旋轉(zhuǎn)，且可在豎直方向上進(jìn)給。采用點接觸方式對拋光膜3圓弧曲率半徑進(jìn)行修整。經(jīng)過修整后的拋光膜3的表面，其圓弧曲率半徑處處一致，提高了拋光加工時的定位精度及加工精度。
如圖5所示為采用本發(fā)明磨拋裝置100第一實施例對凸面元件進(jìn)行拋光加工的示意圖。在使用過程中，磨拋裝置100安裝在數(shù)控設(shè)備的工具軸(圖未示)上，可繞工具軸軸線轉(zhuǎn)動，及繞工具軸擺動中心B點擺動，而且磨拋裝置100可在水平方向上進(jìn)給；待加工工件9安裝在數(shù)控設(shè)備的工件軸上，可繞工件軸軸線轉(zhuǎn)動，工件可在豎直方向上進(jìn)給。在拋光的加工過程中，首先將待加工非球面的相關(guān)參數(shù)及磨拋裝置100的尺寸數(shù)據(jù)輸入工藝軟件，并生成數(shù)控NC文件，磨拋裝置100及待加工工件9即可在數(shù)控設(shè)備的控制下，使得在任意加工位置上，磨拋裝置100與待加工工件9均為線接觸，且接觸軌跡完全吻合于待加工球面工件的子午截面曲線。
實施例二:如圖6所示為本發(fā)明磨拋裝置100第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，實施例二的工具柄1、仿形磨拋盤基體2的結(jié)構(gòu)分別如圖2、圖7所示。在該實施例中，磨拋裝置100包括:一工具柄I，用于安裝仿形磨拋盤基體2 ;—仿形磨拋盤基體2，用于貼附拋光膜3 ; —拋光膜3，用于與待加工工件9 (圖未示)接觸實現(xiàn)拋光加工。該形狀的仿形磨拋盤基體2適用于凹面元件的拋光加工。其裝配流程及對拋光膜3的修整與第一實施例相同，在此不再贅述。
如圖8所示為采用第二實施例對凹面元件進(jìn)行外拋加工的示意圖，第二實施例的使用與第一實施例的使用方法相同，在此不再贅述。
實施例三:如圖9所示為本發(fā)明磨拋裝置100第三實施例的結(jié)構(gòu)圖，實施例三的工具柄1、筒形磨拋盤基體7的結(jié)構(gòu)分別如圖2、圖10所示。在該實施例中，磨拋裝置100包括:一工具柄I，用于安裝筒形磨拋盤基體7 ;—筒形磨拋盤基體7，用于貼附拋光膜3 ;—拋光膜3，用于與待加工工件9 (圖未示)接觸實現(xiàn)拋光加工。本實施例的裝配流程及對拋光膜3的修整與第一實施例相同，在此不再贅述。
本實施例中，筒形磨拋盤基體7采用了筒形外觀，此外形的優(yōu)點在于同一尺寸的磨拋盤適用于多種口徑多種曲率半徑的工件面形加工。因其加工原理與球面的銑磨原理相同，均是范成法加工，拋光膜3與工件的接觸軌跡為一包絡(luò)圓。
如圖11、圖12及圖13所示，分別為采用本發(fā)明磨拋裝置第三實施例對凸面元件、凹面元件、平面元件進(jìn)行拋光加工的示意圖。
當(dāng)然上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種球面及平面光學(xué)元件的線接觸磨拋裝置，其特征在于:它包括工具柄(I)和磨拋盤基體，所述工具柄(I)用于連接磨拋盤基體并可安裝在數(shù)控加工設(shè)備的工具軸上，所述磨拋盤基體上粘貼有拋光膜(3)，所述磨拋盤基體可以是仿形磨拋盤基體(2)或筒形磨拋盤基體(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球面及平面光學(xué)元件的線接觸磨拋裝置，其特征在于:所述工具柄(I)底部有突出的磨拋盤連接桿(4)，用于跟所述磨拋盤基體頂部凹陷的磨拋盤定位接口( 5 )進(jìn)行配合，將工具柄(I)和磨拋盤基體連接固定后，所述磨拋盤連接桿(4 )被壓入磨拋盤定位接口(5)中，兩者之間不出現(xiàn)空隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球面及平面光學(xué)元件的線接觸磨拋裝置，其特征在于:所述工具柄(I)和磨拋盤基體上都設(shè)有螺紋接口，兩者通過螺釘(4)連接固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球面及平面光學(xué)元件的線接觸磨拋裝置，其特征在于:所述仿形磨拋盤基體(2)的外形為一回轉(zhuǎn)體，其母線為一圓弧，曲率半徑為A ;在仿形磨拋盤基體(2 )的一端設(shè)有一個磨拋盤定位接口( 5 )，用于將所述仿形磨拋盤基體(2 )安裝在工具柄(I)上，使用之前將拋光膜(3)貼附于仿形磨拋盤基體(2)的回轉(zhuǎn)面上，精確修整后的拋光膜(3)的母線為一圓弧，曲率半徑為r2 ;選用的拋光膜(3)厚度為h，滿足r2=ri+h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球面及平面光學(xué)元件的線接觸磨拋裝置，其特征在于:所述筒形磨拋盤基體(7)的外形為圓筒形，其一端為圓弧狀，圓弧曲率半徑為r3 ;另一端設(shè)有一個磨拋盤定位接口(5)，用于將所述筒形磨拋盤基體(7)安裝在工具柄(I)上，使用之前將拋光膜(3)貼附在筒形磨拋盤基體(7)下方圓弧端，精確修整后的拋光膜(3)的截面曲線為一精確的圓弧，圓弧曲率半徑為r4 ;選用的拋光膜(3 )厚度為h，滿足r4=r3+h。
6.一種球面及平面光學(xué)元件的線接觸磨拋方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將磨拋盤連接桿(4)壓入磨拋盤定位接口(5)中，并通過螺釘(6)將兩者固定，使磨拋盤連接桿(4)與磨拋盤定位接口(5)之間不出現(xiàn)間隙； (2)采用粘結(jié)劑將拋光膜(3)粘貼于磨拋盤基體下部，待粘貼劑凝固后對拋光膜(3)的圓弧曲率半徑進(jìn)行修整； (3)修整時，將磨拋裝置(100)安裝在數(shù)控加工設(shè)備的工件軸上，將修整砂輪(8)安裝在數(shù)控加工設(shè)備的工具軸上，采用點接觸方式對拋光膜(3)的圓弧曲率半徑進(jìn)行修整，使拋光膜(3)上的圓弧曲率半徑處處一致； (4)使用時，將磨拋裝置(100)安裝在數(shù)控設(shè)備的工具軸上，待加工工件(9)安裝在數(shù)控設(shè)備的工件軸上，在磨拋的加`工過程中，首先將待加工非球面的相關(guān)參數(shù)及磨拋裝置(100)的尺寸數(shù)據(jù)輸入工藝軟件，并生成數(shù)控NC文件，磨拋裝置(100)及待加工工件(9)即可在數(shù)控設(shè)備的控制下，使得在任意加工位置上，磨拋裝置(100 )與待加工工件(9 )均為線接觸，在加工過程中，仿形磨拋盤基體(2)與待加工工件(9)的接觸軌跡為工件的子午截面曲線的一部分，屬于仿形法加工；筒形磨拋盤基體(7)與工件的接觸軌跡為一包絡(luò)圓，屬于范成法加工。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種球面及平面光學(xué)元件的線接觸磨拋方法，其特征在于:使用時，磨拋裝置(100)安裝在數(shù)控設(shè)備的工具軸上，可繞工具軸軸線轉(zhuǎn)動，以及繞工具軸擺動中心B點擺動，而且磨拋裝置(100)可在水平方向上進(jìn)給；待加工工件(9)安裝在數(shù)控設(shè)備的工件軸上，可繞工件軸軸線轉(zhuǎn)動，待加工工件(9)可在豎直方向上進(jìn)給，由數(shù)控加工設(shè)備控制各個加工位置上磨拋盤基體的進(jìn)給速度及待加工工件(9)的轉(zhuǎn)速。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種球面及平面光學(xué)元件的線接觸磨拋方法，其特征在于:所述仿形磨拋盤基體(2)上的拋光膜(3)粘貼在仿形磨拋盤基體(2)的回轉(zhuǎn)面上，粘貼高度以粘貼緊固且覆蓋整個回轉(zhuǎn)面為準(zhǔn)則；所述筒形磨拋盤基體(7)的拋光膜(3)粘貼在筒形磨拋盤基體(7)的圓弧狀底端。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種球面及平面光學(xué)元件的線接觸磨拋方法，其特征在于:所述仿形磨拋盤基體(2)的外形為一回轉(zhuǎn)體，其母線為一圓弧，曲率半徑為，精確修整后的拋光膜(3)的母線為一圓弧，曲率半徑為r2，選用的拋光膜(3)厚度為h，滿足r2=ri+h ;所述筒形磨拋盤基體(7)的外形為圓筒形，其一端為圓弧狀，圓弧曲率半徑為r3，精確修整后的拋光膜(3)的截面曲線為一精確的圓弧，圓弧曲率半徑為r4 ；選用的拋光膜(3)厚度為h，滿足 r 4=r3+h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種球面及平面光學(xué)元件的線接觸磨拋裝置，它包括工具柄和磨拋盤基體，所述工具柄用于連接磨拋盤基體并可安裝在數(shù)控加工設(shè)備的工具軸上，所述磨拋盤基體上粘貼有拋光膜，所述磨拋盤基體可以是仿形磨拋盤基體或筒形磨拋盤基體；一種球面及平面光學(xué)元件的線接觸磨拋方法，磨拋裝置與待加工工件均為線接觸，在加工過程中，仿形磨拋盤基體與待加工工件的接觸軌跡為工件的子午截面曲線的一部分，屬于仿形法加工，筒形磨拋盤基體與工件的接觸軌跡為一包絡(luò)圓，屬于范成法加工；本發(fā)明應(yīng)用在中國專利(ZL200810103309.8)中提到的數(shù)控磨床上，與專有的工藝軟件配合使用，能夠達(dá)到提高加工精度及加工效率、降低生產(chǎn)成本的目的。
文檔編號B24B13/06GK103170886SQ20131008687
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者陳耀龍, 張川, 陳曉燕 申請人:西安交通大學(xué)蘇州研究院, 北京龍奧特科技有限責(zé)任公司