[发明专利]一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装及找正方法

说明书

本发明涉及一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装，包括工装底座和凸台，所述凸台为立方体，且所述凸台的端面为外接于工件外轮廓的正方形，所述凸台设置在所述工装底座上，所述工装底座为圆柱体，且所述工装底座的端面为圆形，所述圆形的圆心与所述正方形的中心重合，所述正方形的一条边的中心开设有与所述工件上的标记相对应的圆槽。通过将工件的标记与圆槽重合，且工件的外轮廓与正方形的各边相切，使工件与工装的坐标系重合；通过对工装进行对心调节，对工装进行X、Y方向调节，调整机床的C轴的零点位置，使工装与机床的坐标系重合，实现自由曲面光学元件二次装夹过程对心和X轴平行的高精度快速调整。

技术领域

本发明涉及超精密车削加工技术领域，特别是涉及一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装及找正方法。

背景技术

光学自由曲面元件具有独特的几何结构和光学成像效果，在航空航天、国防军事、精密仪器等领域的应用需求日益广泛。但自由曲面因其几何面形复杂，要求精度高等，导致造成其制造困难。基于单点金刚石车削机床的慢刀伺服加工技术，被认为是一种加工自由曲面的有效方法，采用该方法能够高效率、高精度、低成本的加工出符合光学系统要求的纳米级表面质量的光学元件。

目前，慢刀伺服加工自由曲面受各种误差的影响往往难以达到所需求的精度，同时加工时间相对较长以及存在位测量补偿不充分等因素影响，需要进行重复装夹。与传统回转类光学元件安装时只需确定工件与刀具的中心位置相比，自由曲面的加工还需要考虑到工件X轴与机床X轴的平行。超精密车削加工普遍采用的工装基本没有考虑到这一问题，主要解决方法为在上一轮车削结束间在机床吸盘和夹具上同时标记，下一轮加工通过工人肉眼对其标记粗找正，以多次车削来去除找正的误差。这种结果虽然操作简单，但是首次车削的去除量不稳定，容易造成刀具磨损，也会降低加工效率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装及找正方法，解决了超精密车削加工自由曲面光学元件，二次装夹工件坐标系与机床坐标系偏差较大，影响车削加工效率的技术问题。

(二)技术方案

第一方面，本发明的实施例提出了一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的工装，包括：工装底座和凸台，所述凸台为立方体，且所述凸台的端面为外接于工件外轮廓的正方形，所述凸台设置在所述工装底座上，所述工装底座为圆柱体，且所述工装底座的端面为圆形，所述圆形的圆心与所述正方形的中心重合，所述正方形的一条边的中心开设有与所述工件上的标记相对应的圆槽。

进一步地，所述凸台上设置有多个通孔，且所述通孔同时贯穿所述凸台和所述工装底座。

进一步地，所述通孔沿不同直径圆的周向均匀分布。

进一步地，所述圆槽位于所述凸台的Y轴正方向上。

进一步地，所述圆槽的直径为0.5mm。

第二方面，提供了一种Zernike自由曲面慢刀伺服加工的找正方法，包括步骤：毛胚加工阶段在工件的Y轴正方向设置标记；将工件的标记与圆槽重合，且工件的外轮廓与正方形的各边相切，使工件与工装的坐标系重合；启动机床的主轴真空吸盘，使工件与工装结合并固定在主轴真空吸盘上；对工装进行对心调节；对工装进行X、Y方向调节，测量并计算工装在主轴真空吸盘上的X轴水平偏移角θ；通过θ的角度和方向，调整机床的C轴的零点位置，使工装与机床的坐标系重合。

进一步地，所述对心调节具体为将千分表的测量头抵接工装底座的圆柱面，测量圆柱面的外圆跳动，调节工装位置使跳动控制在1μm以内，将机床坐标系Z轴与工装Z轴重合。