專利名稱：一種球面及平面光學元件的面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元件的面接觸磨拋裝置及方法。
背景技術(shù)：
光學元件的應用遍布在人們的生活中各個角落，大到天文望遠鏡，小到微型攝像頭均可見到光學元件的身影。球面及平面光學元件是應用得最為廣泛的光學元件，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、平面光學元件的拋光加工工藝多采用準球心法進行高速拋光，其加工設備造價低廉，且操作簡單。但是這種設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:提供一種適用于球面及平面光學元件數(shù)控磨拋加工的加工工藝及與之相對應的磨拋裝置，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元件的面接觸磨拋裝置，其特征在于:它包括工具柄和筒形磨拋盤基體，所述工具柄用于連接筒形磨拋盤基體并可安裝在數(shù)控加工設備的工具軸上，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，所述筒形磨拋盤基體上粘貼有拋光膜。優(yōu)選的，所述工具柄底部有突出的磨拋盤連接桿，用于跟所述筒形磨拋盤基體頂部凹陷的磨拋盤定位接口進行配合，將工具柄和筒形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，所述工具柄和筒形磨拋盤基體上都設有螺紋接口，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。優(yōu)選的，所述筒形磨拋盤基體外形為圓筒形，底端為圓弧狀，所述筒形磨拋盤基體包括頂部向下凹陷的磨拋盤定位接口，筒形磨拋盤基體下部圓弧處用于粘貼拋光膜。所述拋光膜可依據(jù)待加工工件的材料進行選取，拋光膜裁剪形狀可任意，以粘貼方便、緊固為準則。優(yōu)選的，所述筒形磨拋盤基體圓弧狀底端的圓弧曲率半徑為Γι，使用前，對貼附在筒形磨拋盤基體圓弧端的拋光膜進行修整，使其表面截面曲線為一精確的圓弧，圓弧曲率半徑為r2，拋光膜厚度為h，滿足r2=ri+h。一種球面及平面光學元件的面接觸磨拋方法，其特征在于包括以下步驟:
(I)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)劑將拋光膜粘貼于筒形磨拋盤基體下部圓弧處，待粘貼劑凝固后對拋光膜的圓弧曲率半徑進行修整；
(3)修整時，將磨拋裝置安裝在數(shù)控加工設備的工件軸上，將修整砂輪安裝在數(shù)控加工設備的工具軸上，采用點接觸方式對拋光膜的圓弧表面的曲率半徑進行修整，使拋光膜上的圓弧曲率半徑處處一致，并且使經(jīng)過修整的拋光膜表面曲率半徑與待加工的球面或平面工件的曲率半徑大小相同，符號相反；
(4)在使用過程中，磨拋裝置安裝在數(shù)控設備的工具軸上，待加工工件安裝在數(shù)控設備的工件軸上，在磨拋加工過程中，首先將待加工工件面形的相關(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)控設備的精確定位控制下，使得在任意加工位置上，拋光膜的曲率中心與待加工工件的曲率中心時刻重合，磨拋裝置與待加工工件表面成環(huán)面接觸，實現(xiàn)拋光加工。優(yōu)選的，使用時，磨拋裝置安裝在數(shù)控設備的工具軸上，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給；待加工工件安裝在數(shù)控設備的工件軸上，可繞工件軸軸線轉(zhuǎn)動，待加工工件可在豎直方向上進給，由數(shù)控加工設備控制各個加工位置上磨拋盤基體的進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，所述筒形磨拋盤基體圓弧狀底端的圓弧曲率半徑為Γι，使用前，對貼附在筒形磨拋盤基體圓弧端的拋光膜進行修整，使其表面截面曲線為一精確的圓弧，圓弧曲率半徑為r2，拋光膜厚度為h，滿足r2=ri+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)的球面及平面光學元件的拋光工藝是使磨拋盤與工件的整個表面接觸，是球面或平面接觸，依靠磨拋盤的擺動來實現(xiàn)亂序拋光；本發(fā)明的磨拋盤采用筒形的外觀，拋光過程中為環(huán)面接觸，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2是圖1中工具柄的結(jié)構(gòu) 圖3是圖1中筒形磨拋盤基體的結(jié)構(gòu)圖； 圖4是對第一實施例進行拋光膜修整的示意 圖5是采用第一實施例對凹面元件進行磨拋加工的示意 圖6是本發(fā)明磨拋裝置的第二實施例的結(jié)構(gòu) 圖7是圖6中筒形磨拋盤基體的結(jié)構(gòu)圖； 圖8是采用第二實施例對凸面元件進行磨拋加工的示意 圖9是本發(fā)明磨拋裝置的第三實施例的結(jié)構(gòu) 圖10是圖9中筒形磨拋盤基體的結(jié)構(gòu) 圖11是采用第三實施例對平面元件進行磨拋加工的示意圖。其中:1、工具柄；11、磨拋盤連接桿；2、筒形磨拋盤基體；21、磨拋盤定位接口 ；3、拋光膜；4、螺釘；5、修整砂輪；6、待加工工件；100、磨拋裝置。
具體實施例方式實施例一:如圖1所示，工具柄I下部設有磨拋盤連接桿11，可壓入筒形磨拋盤基體2上部的磨拋盤定位接口 21中。安裝時，將磨拋盤連接桿11壓入磨拋盤定位接口 21中，并與筒形磨拋盤基體2固定，使得磨拋盤連接桿11與磨拋盤定位接口 21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、雙孔接口等與筒形磨拋盤基體2緊固，由此既保證兩者間的連接可靠性，又方便安裝維護。筒形磨拋盤基體2下部圓弧處用于粘貼拋光膜3。拋光膜3可依據(jù)待加工工件7的材料進行選取，拋光膜3裁剪形狀可任意，以粘貼方便、緊固為準則。采用粘結(jié)劑將拋光膜3粘貼于筒形磨拋盤基體2下部的圓弧處，粘貼高度以粘貼緊固為準則。裝配時，首先將磨拋盤連接桿11壓入磨拋盤定位接口 21中，優(yōu)選地通過內(nèi)六角螺釘與筒形磨拋盤基體2固定，使得磨拋盤連接桿11與磨拋盤定位接口 21之間不出現(xiàn)間隙；再在裁剪好的拋光膜3 —面涂抹粘結(jié)劑粘貼于筒形磨拋盤基體2下部的圓弧處，待粘結(jié)劑凝固后，即完成加工準備。按照上述結(jié)構(gòu)并裝配后，即可對磨拋裝置100進行拋光膜3的修整。將磨拋裝置100安裝在數(shù)控加工設備的工件軸上，將修整砂輪5安裝在數(shù)控加工設備的工具軸上，采用點接觸方式對拋光膜3的圓弧表面的曲率半徑進行修整。經(jīng)過修整后的拋光膜3的曲率半徑處處一致，并且使經(jīng)過修整的拋光膜表面曲率半徑與待加工的球面或平面工件的曲率半徑大小相同，符號相反，提高了磨拋加工時的定位精度及加工精度。如圖5所示為采用本發(fā)明磨拋裝置第一實施例對凹面元件進行磨拋加工的示意圖。在使用過程中，磨拋裝置100安裝在數(shù)控設備的工具軸上，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可在水平方向上進給；待加工工件6安裝在數(shù)控設備的工件軸上，可繞工件軸軸線轉(zhuǎn)動，工件可在豎直方向上進給。在磨拋加工過程中，首先將待加工工件6面形的相關(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6即可在數(shù)控設備的精確定位控制下，使得在任意加工位置上，磨拋裝置與待加工工件6均能吻合接觸，實現(xiàn)拋光加工。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)圖，其工具柄1、筒形磨拋盤基體2的結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖2、圖7所示。在該實施例中，磨拋裝置100包括:一工具柄I，用于安裝筒形磨拋盤；一筒形磨拋盤基體2，用于貼附拋光膜3 拋光膜3，用于與待加工工件6 (圖未示)接觸實現(xiàn)磨拋加工。本實施例適用于凸面元件的磨拋加工，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凸面元件進行磨拋加工的示意圖，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)明磨拋裝置的第三實施例的結(jié)構(gòu)圖，其工具柄1、筒形磨拋盤基體2的結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖2、圖10所示。在該實施例中，磨拋裝置100包括:一工具柄1，用于安裝筒形磨拋盤；一筒形磨拋盤基體2，用于貼附拋光膜3 拋光膜3，用于與待加工工件6 (圖未示)接觸實現(xiàn)磨拋加工。本實施例適用于平面元件的磨拋加工，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。本實施例其實是第一、第二實施例的特殊形式，即當?shù)谝?、第二實施例中磨拋盤基體圓弧端的曲率半徑趨近于無窮大時的特例。如圖11所示為采用第三實施例對平面元件進行磨拋加工的示意圖，第三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?？梢岳斫獾氖?，無論是采用第一實施例還是第二實施例還是第三實施例，由于拋光膜3與待加工工件6的接觸面積較小，因此拋光膜3的磨損會較快，但是該套磨拋裝置100具有一定的普適性，只需要對拋光膜3表面的曲率半徑進行精確修整，即可實現(xiàn)單一磨拋裝置100對多口徑多曲率半徑的工件的磨拋加工。當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，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種球面及平面光學元件的面接觸磨拋裝置，其特征在于:它包括工具柄(I)和筒形磨拋盤基體(2 )，所述工具柄(I)用于連接筒形磨拋盤基體(2 )并可安裝在數(shù)控加工設備的工具軸上，所述筒形磨拋盤基體(2 )上粘貼有拋光膜(3 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球面及平面光學元件的面接觸磨拋裝置，其特征在于:所述工具柄(I)底部有突出的磨拋盤連接桿(11 )，用于跟所述筒形磨拋盤基體(2 )頂部凹陷的磨拋盤定位接口( 21)進行配合，將工具柄(I)和筒形磨拋盤基體(2 )連接固定后，所述磨拋盤連接桿(11)被壓入磨拋盤定位接口(21)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元件的面接觸磨拋裝置，其特征在于:所述工具柄(I)和筒形磨拋盤基體(2)上都設有螺紋接口，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元件的面接觸磨拋裝置，其特征在于:所述筒形磨拋盤基體(2)外形為圓筒形，底端為圓弧狀，所述筒形磨拋盤基體(2)包括頂部向下凹陷的磨拋盤定位接口(21)，筒形磨拋盤基體(2)下部圓弧處用于粘貼拋光膜(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種球面及平面光學元件的面接觸磨拋裝置，其特征在于:所述筒形磨拋盤基體(2)圓弧狀底端的圓弧曲率半徑為，使用前，對貼附在筒形磨拋盤基體(2)圓弧端的拋光膜(3)進行修整，使其表面截面曲線為一精確的圓弧，圓弧曲率半徑為r2，拋光膜(3)厚度為h，滿足r2=ri+h。
6.一種球面及平面光學元件的面接觸磨拋方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將磨拋盤連接桿(11)壓入磨拋盤定位接口(21)中，并通過螺釘(4)將兩者固定，使磨拋盤連接桿(11)與磨拋盤定位接口(21)之間不出現(xiàn)間隙； (2)采用粘結(jié)劑將拋光膜(3)粘貼于筒形磨拋盤基體(2)下部圓弧處，待粘貼劑凝固后對拋光膜(3)的圓弧曲率半徑進行修整； (3)修整時，將磨拋裝置(100)安裝在數(shù)控加工設備的工件軸上，將修整砂輪(5)安裝在數(shù)控加工設備的工具軸上，采用點接觸方式對拋光膜(3)的圓弧表面的曲率半徑進行修整，使拋光膜(3)上的圓弧曲率半徑處處一致，并且使經(jīng)過修整的拋光膜(3)表面曲率半徑與待加工的球面或平面工件的曲率半徑大小相同，符號相反； (4)在使用過程中，磨拋裝置(100)安裝在數(shù)控設備的工具軸上，待加工工件(6)安裝在數(shù)控設備的工件軸上，在磨拋加工過程中，首先將待加工工件(6)面形的相關(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(6)即可在數(shù)控設備的精確定位控制下，使得在任意加工位置上，拋光膜(3)的曲率中心與待加工工件(6)的曲率中心時刻重合，磨拋裝置(100)與待加工工件(6)表面成環(huán)面接觸，實現(xiàn)拋光加工。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種球面及平面光學元件的面接觸磨拋方法，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)可在水平方向上進給；待加工工件(6)安裝在數(shù)控設備的工件軸上，可繞工件軸軸線轉(zhuǎn)動，待加工工件(6)可在豎直方向上進給，由數(shù)控加工設備控制各個加工位置上磨拋盤基體的進給速度及待加工工件(6)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元件的面接觸磨拋方法，其特征在于:所述筒形磨拋盤基體(2)圓弧狀底端的圓弧曲率半徑為，使用前，對貼附在筒形磨拋盤基體(2)圓弧端的拋光膜(3) 進行修整，使其表面截面曲線為一精確的圓弧，圓弧曲率半徑為r2，拋光 膜(3)厚度為h，滿足r2=ri+h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種球面及平面光學元件的面接觸磨拋裝置，它包括工具柄和筒形磨拋盤基體，所述工具柄用于連接筒形磨拋盤基體并可安裝在數(shù)控加工設備的工具軸上，所述筒形磨拋盤基體上粘貼有拋光膜；一種球面及平面光學元件的面接觸磨拋方法，拋光過程中為環(huán)面接觸，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；本發(fā)明應用在中國專利(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B24B13/02GK103144005SQ20131008732
公開日2013年6月12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:西安交通大學蘇州研究院, 北京龍奧特科技有限責任公司