[发明专利]高陡度内外腔共形光学元件的超精密车削方法

说明书

本发明公开了一种高陡度内外腔共形光学元件的超精密车削方法，步骤包括利用三坐标测量机测量内外腔的形状位置精度，建模分析内外腔的加工余量并确定加工顺序；如先加工外表面，则以端面为粗基准粗车外表面，以外表面为基准粗车内表面和端面，精车内表面，以端面为精基准精车外表面，结束并退出；否则，以外表面截线为粗基准粗车内表面和端面，以内表面为基准粗车外表面，精车外表面，以外表面为精基准精车内表面和端面，结束并退出。本发明能够确保不同毛胚精度下加工的合格率，增加对毛胚形状的适应性，确保加工精度，能够实现对高陡度内外腔共形光学元件的高形状精度、高位置精度、高表面质量的加工，并可降低加工成本，提高加工效率。

技术领域

本发明涉及超精密车削技术领域，具体涉及一种高陡度内外腔共形光学元件的超精密车削方法。

背景技术

现代光学系统中越来越多地使用了非球面光学元件，尤其是航空航天设备及武器系统的窗口零件，将其内外腔都设计成高陡度共形非球面，在满足基本光学功能的同时，尽量符合空气动力学的设计要求以实现更高的飞行速度。该类零件不但要求内外表面的高面形精度，还对内外表面的位置关系提出了高的要求，比传统光学元件的加工难度大幅增加。

目前非球面光学元件的加工过程中应用最多是单点金刚石车削技术。此项技术能够加工出亚微米级面形精度和纳米级表面粗糙度的非球面光学元件，具有很高的加工效率。但由于高陡度内外腔共形光学元件本身结构上的特殊性，利用单点金刚石车削技术进行加工主要存在以下几个难点：1、高陡度内外腔共形光学元件毛胚精度较低，粗加工时没有显性定位基准，而其内外腔形状精度、位置精度要求高，基准选择不当很容易加工超差；2、内腔受限于空间可达性，容易发生刀具干涉，需要特制的细长车刀杆才能实现加工，而细长车刀杆刚度低，车削过程中会发生刀具震颤，严重影响加工质量，并伴随剧烈的刀具磨损；3、内外腔的同轴度和中心厚等位置关系难以保证。申请号为CN201610239408.3的中国专利文献公开了一种圆弧刃金刚石刀具精密车削高陡度非球面的方法，但其将重点放在了插补算法上，并未对刀杆及工艺基准、流程方面进行考虑。申请号为CN201710277368.6的中国专利文献公开了一种用于高陡度保形头罩表面加工的装夹装置及装夹方法，并未涉及到刀杆设计及加工方法，且只涉及了加工外表面的装夹装置及装夹方法。

综上所述，为了加工出高形位精度和表面粗糙度的高陡度共形内外腔光学元件，需要对其加工过程中的夹具、车刀杆、工序等进行专门设计和优化。如何实现高陡度内外腔共形光学元件的超精密车削，已经成为一项亟待解决的系统化技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种高陡度内外腔共形光学元件的超精密车削方法，本发明能够确保不同毛胚精度下加工的合格率，增加对毛胚形状的适应性，确保加工精度，能够实现对高陡度内外腔共形光学元件的高形状精度、高位置精度、高表面质量的加工，并可降低加工成本，提高加工效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高陡度内外腔共形光学元件的超精密车削方法，其特征在于实施步骤包括：

1）利用三坐标测量机分别测量被加工高陡度内外腔共形光学元件的内外腔的形状精度、位置精度，通过建模分析内外腔的加工余量，确定内外腔的加工顺序；如果加工顺序为先加工外表面，则跳转执行步骤2）；如果加工顺序为先加工内表面，则跳转执行步骤5）；

2）以端面为粗基准粗车外表面；

3）以外表面为基准粗车内表面和端面，改变磨削用量，精车内表面；

4）以端面为精基准精车外表面，结束并退出；

5）以外表面某一截线为粗基准粗车内表面和端面；

6）以内表面为基准粗车外表面，改变磨削用量，精车外表面；

7）以外表面为精基准精车内表面和端面，结束并退出。