[发明专利]一种非球面光学零件的研抛方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械领域中零件的加工方法，尤其涉及一种非球面光学零件的研抛方法。

背景技术

非球面光学零件因具有良好的光学特性而受到研究者的广泛关注。近年来，非球面光学零件研抛技术与装备的研究开发一般利用超精密多轴数控机床为平台，以多轴数控插补运动伺服的方式进行加工，以实现非球面研抛过程的数控化、精量化，一定程度上提高了研抛的加工效率。但是利用上述设备加工存在以下技术缺陷：（1）由于在加工过程中只是通过数控机床切削加工的位置伺服控制对零件进行加工，而无法对作用在零件上的研抛力进行实时控制，从而使得曲面研抛过程的研抛力不确定、不一致，导致零件表面的精整加工质量不确定、不一致；（2）设备成本高，一般每台数控机床的价值在数百万甚至上千万，极大的阻碍了非球面零件加工的生产普及化。

申请日为2010年6月8日专利号为ZL201010196710.8的中国发明专利说明书中公开了一种非球面光学零件的研抛方法，其优点是通过该方法在加工过程中可直接控制研抛法向力，克服了由于柔顺机械系统力/位耦合问题导致的力控制不准确难题，有利于获得稳定、一致的曲面轮廓，提高了零件表面的精整加工质量；而且以柔顺控制的方式对非球面光学零件进行加工，避免了精密加工对机械系统精度的高要求，降低了设备的制造成本，有利于推广应用；但是该研抛方法必须控制其研抛力为法向研抛力，否则便无法进行加工；而且由于转盘通过由至少一根弹簧组成的柔顺控制装置与第一传动轴连接，使转动臂的转动角度无法精确控制，加工时，只能通过将研磨工具靠在加工零件上，导致其加工质量不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是一种控制简单且表面精加工均匀，产品质量稳定的非球面光学零件的研抛方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种非球面光学零件的研抛方法，包括以下具体步骤：

（1）、在第一电机上连接第一传动机构以带动第一传动轴转动，将夹具固定安装在第一传动轴上，并将待加工零件安装在夹具上；

（2）、在数控机床的伺服工作台上固定安装第二电机和第二传动轴，并在第二电机上连接第二传动机构以带动第二传动轴转动；

（3）、在第二传动轴上同轴固定设置法兰盘，在法兰盘的端面上固定设置与第二传动轴相垂直的缸体，并在缸体的下端固定安装第三电机，在第三电机的驱动轴上同轴固定连接丝杆，并将丝杆穿入缸体中，丝杆的中心轴线经过第二传动轴的中心点，在丝杆上螺接螺母，同时在缸体内设置活塞，在活塞和螺母之间固定连接弹簧，然后在活塞上固定设置与丝杆同轴的活塞杆，活塞杆穿出缸体，并在活塞杆的端部设置安装盘，在安装盘上固定设置研抛头；

（4）、将研抛头顶在待加工零件上；

（5）、设定伺服工作台在X方向的进给位移，记为x_p，设定伺服工作台在Y方向的进给位移，记为y_p，并设定：                                                ，

其中：x、y表示研抛头顶在待加工零件上加工点的位置，表示研抛头在待加工零件上的加工点到第二传动轴中心轴的距离，θ表示研抛头在待加工零件上的加工点至第二传动轴中心轴的连线与X向的夹角，F表示研抛头作用在待加工零件上的研抛力，k表示弹簧的弹性系数，表示弹簧的变形量；

（6）、根据步骤（5）中设定的关系式通过控制系统控制伺服工作台在X、Y方向的进给运动以及第二电机的转动，实现控制研抛头在X、Y方向的进给位移x_p、y_p以及研抛头绕第二传动轴转动的角度，同时控制第三电机的转动实现对研抛头作用在待加工零件上的研抛力的控制，最终完成对非球面光学零件的研抛加工。

所述的步骤（3）中，所述的安装盘固定连接在所述的活塞杆的端部。

所述的步骤（3）中，所述的安装盘轴接在所述的活塞杆的端部。

所述的第一电机采用交流无级变速电机，所述的第一传动机构为同步带和同步带轮，所述的第二电机采用伺服电机，所述的第二传动机构为同步带、同步带轮组合或蜗轮蜗杆。 

所述的步骤（3）中，在所述的缸体中注入液体，所述的液体为水、油或油脂等其它液态状物质，所述的丝杆密封穿入所述的缸体中，所述的活塞杆密封穿出所述的缸体。

所述的研抛头的形状为半球面。