[发明专利]一种小口径旋转轴对称光学曲面元件精密加工方法

摘要

本发明介绍了一种小口径旋转轴对称光学曲面元件精密加工方法，该方法基于一种小口径旋转轴对称光学曲面元件精密加工机床，针对不同的工件材质，遵循不同工序来加工小口径旋转轴对称光学曲面元件。该方法通过在单台机床上集成斜轴微细铣削、斜轴电流变抛光、单点金刚石车削三种加工装置，可实现不同加工方式之间的迅速切换；结合检测装置对工件进行在位测量与形状误差修正，可实现工件的补偿加工，加工路径可控性好；工件在加工过程中一次性装夹，降低了累积误差，减少了辅助工时，提高了加工精度；适应不同面形工件的加工及检测，可有效避免刀具与工件之间的干涉现象；适合多种材质工件的加工，工件面形的加工效率较高。

主权项

1.一种小口径旋转轴对称光学曲面元件精密加工方法，该方法基于一种小口径旋转轴对称光学曲面元件精密加工机床，针对不同的工件材质，遵循不同工序来加工小口径旋转轴对称光学曲面元件，其特征在于：加工硬脆材质或合金钢材质的小口径旋转轴对称光学曲面元件时，所遵循的工序为：工序1：将装夹有所述待加工工件的工件夹具，通过真空吸盘固定安装于工件主轴的右端；旋转所述旋转台，使斜轴微细铣削装置的铣削主轴轴线与工件主轴的轴线倾斜成∠α1角度相交，∠α1角度的取值范围为：40～50°；利用CCD显微镜完成所述工件与微细铣削头的对刀；工序2：完成工序1中对刀后，通过所述斜轴微细铣削装置，使微细铣削头在铣削主轴的驱动下，根据设定的微细铣削加工轨迹，对工件进行斜轴微细铣削加工，加工出所需的工件面形；工序3：完成工序2中的初步加工后，所述旋转台顺时针旋转90°，采用检测装置对所加工的工件面形的形状精度进行在位测量，并将测量结果与要求达到的形状精度进行对比；工序4：若工序3的测量结果达到形状精度要求，则结束斜轴微细铣削加工，进行下一步工序5，进行工件抛光，若工序3的测量结果未达到形状精度要求，则将测量结果对比初始微细铣削加工轨迹,由机床系统软件根据对比结果计算出形状误差，并在过滤掉所述检测装置随机误差之后拟合出误差补偿曲线，生成微细铣削头的补偿加工轨迹；接着，所述旋转台逆时针旋转90°，继续进行工序2中的斜轴微细铣削加工，完成后进行工序3中的测量，如此循环，直至工件面形达到所要求的形状精度；工序5：所述旋转台逆时针旋转180°，使斜轴电流变抛光装置的抛光主轴轴线与工件主轴的轴线倾斜成∠α2角度相交，∠α2角度的取值范围为：40～50°；利用CCD显微镜完成所述工件与电流变抛光头的对刀；工序6：完成工序5中对刀后，在工件面形的抛光区域不断加入电流变液，通过所述斜轴电流变抛光装置，使电流变抛光头在抛光主轴的驱动下对工件面形进行一定时间的抛光；所述电流变抛光头圆弧角的圆弧法线始终与工件面形抛光表面的法线重合，工件面形与电流变液接触点始终构成工件面形抛光区域的法线方向；所述电流变抛光头前端存在一定强度的电场，电流变液在电场作用下粘度、剪切强度提高，可吸附在电流变抛光头上实现对工件面形的抛光；工序7：完成工序6中的抛光后，所述旋转台顺时针旋转180°，采用检测装置对工件面形的表面粗糙度进行在位测量，并将测量结果与要求达到的表面粗糙度进行对比；工序8：若工序7的测量结果达到表面粗糙度要求，则进行工序9，取下所述工件；若工序7的测量结果未达到表面粗糙度要求，则继续进行工序6中的斜轴电流变抛光加工，完成后进行工序7中的测量；如此循环，直至工件面形达到所要求的表面粗糙度；工序9：所述工件主轴在第一滑台的带动下，沿X方向向左平移一定距离，取下工件夹具和工件，完成工件的整个加工过程；加工软质金属及其合金、聚合物、晶体材质的小口径旋转轴对称光学曲面元件时，所遵循的工序为：工序1：将装夹有所述待加工工件的工件夹具，通过真空吸盘固定安装于工件主轴的右端；旋转所述旋转台，使单点金刚石车刀的中心线与工件主轴的轴线重合；利用CCD显微镜完成所述工件与单点金刚石车刀的对刀；工序2：完成工序1中对刀后，通过所述单点金刚石车削装置，采用单点金刚石车刀，根据设定的单点金刚石车削加工轨迹，对工件进行单点金刚石车削加工，加工出所需的工件面形；工序3：完成工序2中的初步加工后，所述旋转台逆时针旋转90°，采用检测装置对所加工的工件面形的形状精度进行在位测量，并将测量结果与要求达到的形状精度进行对比；工序4：若工序3的测量结果达到形状精度要求，则结束单点金刚石车削加工，进行下一步工序5，进行工件抛光，若工序3的测量结果未达到形状精度要求，则将测量结果对比初始单点金刚石车削加工轨迹,由机床系统软件根据对比结果计算出形状误差，并在过滤掉所述检测装置随机误差之后拟合出误差补偿曲线，生成单点金刚石车刀的补偿加工轨迹；接着，所述旋转台顺时针旋90°，继续进行工序2中的单点金刚石车削加工，完成后进行工序3中的测量，如此循环，直至工件面形达到所要求的形状精度；工序5：所述旋转台逆时针旋转180°，使斜轴电流变抛光装置的抛光主轴轴线与工件主轴的轴线倾斜成∠α2角度相交，∠α2角度的取值范围为：40～50°；利用CCD显微镜完成所述工件与电流变抛光头的对刀；工序6：完成工序5中对刀后，在工件面形的抛光区域不断加入电流变液，通过所述斜轴电流变抛光装置，使电流变抛光头在抛光主轴的驱动下对工件面形进行一定时间的抛光；所述电流变抛光头圆弧角的圆弧法线始终与工件面形抛光表面的法线重合，工件面形与电流变液接触点始终构成工件面形抛光区域的法线方向；所述电流变抛光头前端存在一定强度的电场，电流变液在电场作用下粘度、剪切强度提高，可吸附在电流变抛光头上实现对工件面形的抛光；工序7：完成工序6中的抛光后，所述旋转台顺时针旋转180°，采用检测装置对工件面形的表面粗糙度进行在位测量，并将测量结果与要求达到的表面粗糙度进行对比；工序8：若工序7测量达到表面粗糙度要求，则进行工序9，取下所述工件；若工序7测量未达到表面粗糙度要求，则继续进行工序6中的斜轴电流变抛光加工，完成后进行工序7中的测量；如此循环，直至工件面形达到所要求的表面粗糙度；工序9：所述工件主轴在第一滑台的带动下，沿X方向向左平移一定距离，取下工件夹具和工件，完成工件的整个加工过程。