[发明专利]一种光学曲面加工用五轴三维超声抛光机床及其使用方法

说明书

一种光学曲面加工用五轴三维超声抛光机床，由机床、抛光液超声雾化施液装置和工件在线检测装置组成；机床上有X、Z和Y向移动机构；Z向移动机构上有主轴超声振动抛光装置，Y向移动机构上有Y向超声振动装置，在Y向超声振动装置上有C向转动工作台。该机床通过五轴联动可使抛光头轴线方向与工件抛光点的法线平行，抛光头转动时，Y向超声振动装置的超声波和绕Z向摆动的超声振动抛光装置的超声波在平面内垂直耦合，当Y向超声振动装置的振幅A1大于超声振动抛光装置的振幅A2时，抛光头与工件能够形成长轴在Y方向、短轴处于工件抛光点法线位置的椭圆形加工轨迹，从而使抛光头与工件的接触面积增大，曲面去除率和抛光加工效率可大幅提高。

技术领域

本发明涉及抛光用机械，特别是一种光学曲面加工用五轴三维超声抛光机床及其使用方法。

背景技术

随着工业技术的发展，硬脆材料在航空航天、汽车、模具、光学以及半导体等领域展现出广阔的应用前景。光学玻璃常被用来制作侦查卫星照相机镜头、隐形雷达探照镜、高速飞行器窗口、天文望远镜的大型反射镜以及激光发射装置中的光学透镜、棱镜等。硬脆材料光学元件常规切削加工非常困难，通常通过超精密研磨、抛光及超精密磨削加工获得，但该方式加工时间长，加工成本较高。为解决这一加工难题，20世纪初一种超声抛光加工方法开始应用于工业领域。超声抛光可减小切削力和切削温度，减小刀具磨损，提高加工质量，拓展可加工材料范围，特别适合加工玻璃、陶瓷、石英、金刚石以及硅等各种硬脆材料。

为解决目前各种超声抛光机床存在的包括抛光头轴线方向与复杂曲面元件抛光点的法线方向不重合导致的因抛光头与工件表面接触应力不均匀影响工件表面抛光精度；抛光过程中抛光头在最大弹性压缩深度时对工件表面易产生损伤；工件浸泡在抛光液中使超声传递的能量被分散，传递给抛光液中磨粒的能量较少，加工效率较低；抛光过程中工件离线检测反复安装产生的定位误差对加工质量和效率的不利影响等诸多技术问题，本申请人曾在申请号为201611119653.7的中国专利申请说明书中披露了一种曲面加工用五轴二维超声抛光机床。该机床由机架、XYZ三维移动机构、旋转式超声振动抛光装置、旋转工作台、抛光液超声雾化施液装置和工件在线检测装置组成。用其抛光光学复杂曲面元件时，将元件的表面形状参数转化为抛光头的走刀文件，通过运动学反解获得机床的数控程序，通过程序控制系统使机床五轴联动(三维移动和二维转动)，使抛光头轴线方向与工件抛光点的法线始终保持重合；根据抛光需要的雾化程度确定抛光液超声雾化施液装置使用的超声波频率；旋转式超声振动抛光装置的振幅根据抛光液雾化施液装置和被加工工件的技术参数以及工件最大弹性压缩深度时的临界冲击速度和临界切削速度按计算公式求得；由工件在线检测装置对工件曲面进行在线检测。该超声抛光机床虽然解决了现有超声抛光机床存在的上述技术问题，但因施加在主轴上的一维超声振动只能使抛光头沿主轴方向做往复直线运动，抛光功率较低，同时因抛光加工时抛光头的运动轨迹在复杂曲面上仅为单一的点，加工效率不够高。

发明内容

为提高光学曲面抛光加工效率，本发明提供一种光学曲面加工用五轴三维超声抛光机床及这种机床的使用方法。

本发明提供的光学曲面加工用五轴三维超声抛光机床，包括五轴机床、抛光液超声雾化施液装置和工件在线检测装置；

所述五轴机床包括由机座和与机座垂直固接成一体的机架构成的机身；在机身上有X向移动机构、Z向移动机构和Y向移动机构；在Z向移动机构上有主轴超声振动抛光装置，在Y向移动机构上有Y向超声振动装置，在Y向超声振动装置上有C向转动工作台；

所述X向移动机构包括固定在机架上部的X向移动机构底座，在X向移动机构底座上安装有X向伺服电机及由X向伺服电机驱动的X向滚珠丝杠,X向滚珠丝杠通过与其配合的X向螺母与X向溜板固接，X向溜板下部有可沿X向移动机构底座上部的X向导轨滑动的X向滑块；