一種任意曲率半徑光學零件的加工設備制造技術

本實用新型專利技術涉及光學精密制造技術領域，具體涉及一種任意曲率半徑光學零件的加工設備。本實用新型專利技術的目的是提供一種可高質量且迅速地加工任意曲率半徑的球面光學零件的加工設備。為達到上述目的，本實用新型專利技術提供的技術方案是：一種任意曲率半徑光學零件的加工設備，包括機座、擺軸裝置、擺臂裝置、主軸裝置和磨頭裝置，擺軸裝置鉸接安裝在機座上，擺軸裝置的另一端與擺臂裝置鉸接，主軸裝置固定在擺臂裝置上，磨頭裝置固定在機座上。本實用新型專利技術可高質量且迅速地加工任意曲率半徑的球面光學零件。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及光學精密制造
，具體涉及一種任意曲率半徑光學零件的加工設備。
技術介紹
目前，常規的不同曲率半徑工件拋光制造技術，是利用和工件面型吻合的磨具或拋光盤進行拋光制造光學零件。這類方法中的拋光用具有一個相同的特征，有相對較硬和固定不變的面型，因此，在實際的加工中，對不同面形的光學零件，需要制作不同面形的專門的拋光磨具，同時，在加工的過程中需要不斷檢測和校正精磨拋光磨具的面形，才能保證加工的繼續。這是一個需要不斷重復的過程，稍有不慎就會制造出廢品。在整個加工過程中，需要根據零件面形的變化，不斷修正拋光模具，以滿足被加工對象精度的需求。因而在上述傳統方法中人為經驗因素也是一個非常重要的條件，很難實現自動化，不能通過設備·的精度控制工件的加工精度。在公開的資料中，也有一些其它技術可以實現任意曲率半徑工件表面的加工，中國專利ZL96198445. 7是美國羅切斯特大學技術的一種用磁流變流體精加工工件表面的方法，該方法是將磁流變液置于一個轉動的輪子表面，帶動磁流變液到一個磁場中，工件和磁場有一定的間隙，磁流變液在通過這個間隙時被磁化，并形成瞬時精加工工具，用于與工件表面的部分接觸并去除工件表面這部分的材料。它類似于一個接觸面很小的點接觸式研磨拋光，來實現需要的面形和光滑表面，需要結合超精密的機械系統和數控技術來實現。中國專利CN 1872494A介紹了一種磁流變柔性精磨拋光設備和方法，其要求工件主軸裝置是移動、自轉和擺動的三維運動主軸裝置，主要是由擺動機構、上下滑動機構和變速旋轉機構組成，機座向上通過連接軸連接有擺架，連接軸中心現即拋光加工控制的虛擬軸，通過控制連接軸跟工件的位置關系實現不同曲率半徑光學零件的加工，這種方式對加工零件的曲率半徑范圍有一定的限制，該方法實現不同曲率半徑加工過程中，零件所繞擺點位置是固定不動的，要實現不同零件的加工時，只能通過改變擺桿的長度來實現。上述的加工方法都是可以實現球面光學零件的加工，但是在技術上還存在一定限制，傳統的方法需要采用特殊的工裝磨具，在進行單件光學零件生產時，其加工成本較高，中國專利ZL96198445. 7采用的是點接觸式的方法，其用于球面或者平面光學零件加工時，加工效率低，中國專利CN 1872494A介紹的方法能實現球面光學零件的加工，且具有較高的加工效率，但是其只能加工部分曲率半徑范圍的球面光學零件。
技術實現思路
本技術的目的是提供一種任意曲率半徑光學零件的加工設備，即可高質量且迅速地加工任意曲率半徑的球面光學零件的加工設備。為達到上述目的，本技術提供的技術方案是一種任意曲率半徑光學零件的加工設備，包括機座、擺軸裝置、擺臂裝置、主軸裝置和磨頭裝置，其特殊之處在于擺軸裝置鉸接安裝在機座上，連接點為坐標原點，擺軸裝置設置于XOZ平面上且與Z軸的夾角可調，擺軸裝置的另一端與擺臂裝置鉸接，擺臂裝置設置于XOY平面上且在XOY平面上可以繞著擺軸裝置做往復的擺動，主軸裝置固定在擺臂裝置上，且主軸裝置在XOZ平面內與Z軸的夾角可調，主軸裝置可沿擺臂裝置在X軸方向上進行左右平行移動，所述磨頭裝置固定在機座上，磨頭裝置設置于XOZ平面內且與Z軸平行設置，磨頭裝置可沿Z軸方向進行上下平行移動，磨頭裝置也可沿著X軸方向進行左右平行移動。上述擺軸裝置包括擺軸旋轉軸、支架、角度調節裝置和支撐座，支架通過支撐座與機座固連，支撐座的中心線與坐標軸X軸重合，角度調節裝置固定于機座上，擺軸旋轉軸通過軸承固定在支架上；上述擺臂裝置包括擺動豎架、擺動橫梁、擺臂調平裝置和擺動驅動裝置，擺動橫梁與擺動豎架活動連接，擺臂調平裝置一端與擺動豎架活動連接，另一端與擺動橫梁活動連接，擺動驅動裝置固定于支架上； 上述主軸裝置包括變速電機、減速器、皮帶傳速裝置、滑動平臺、主軸支撐架和旋轉主軸，滑動平臺滑動設置于擺動橫梁上，變速電機固定安裝在滑動平臺上，減速器固定設置于主軸支撐架上，主軸支撐架兩端與滑動平臺活動連接，變速電機通過皮帶傳速裝置與減速器輸入軸連接，減速器的輸出軸與旋轉主軸同心連接，旋轉主軸通過軸承固定于主軸支撐架上；上述磨頭裝置包括磨頭組件、水平移動臺和升降臺，磨頭組件由環帶結構的磨頭和驅動其旋轉的磨頭電機組成，磨頭組件安裝在水平移動平臺上，水平移動平臺安裝在升降臺上。本技術相對于現有技術，具有如下優點和效果I、本技術提供了一種被加工表面與柔性精磨拋光磨具自適應吻合，進行柔性和可塑性面研磨，還可以加工制造任意曲率半徑面形的光學零件，具有通用性，加工效率高，易于操作和控制；同時無需更換磨具就可對不同曲率或不同型面的工件進行拋光加工的磁流變柔性精磨拋光設備。解決了生產實際中急需的粗糙度小于幾個納米的光學面的超光滑加工的問題。2、本技術的設備具有結構簡單，設備制造成本相比較低，具有較高的加工制造的效率，不用更換工裝夾具，就可以實現不同曲率半徑光學零件的制造，具有非常廣的通用性，在更換不同口徑磨頭中，可以實現不同口徑光學零件的加工，同時實現了柔性、可塑性、通用性加工，效率高，成本低。3、本技術的設備，簡單易行，解決了生產實際中急切需要的高效，低成本，易操作的柔性超精加工問題。附圖說明圖I是傳統方法實現不同曲率半徑加工擺動方式示意圖圖2是本技術實現不同曲率半徑加工擺動方式示意圖圖3是本技術機械結構運動原理示意圖；圖4是本技術的環帶狀柔性精磨拋光設備結構；圖5是本技術的磁流變柔性精磨拋光實施例中加工凸球面光學面的示意圖；圖6是本技術的磁流變柔性精磨拋光實施例中加工凹球面光學面的示意圖；圖7是本技術的磁流變柔性精磨拋光實施例中加工平面光學面的示意圖。圖8是本技術要求環帶狀磨頭結構形狀。I-機座，2-擺軸裝置，3-擺臂裝置，4-主軸裝置，5-磨頭裝置，6_光學零件，7_擺軸旋轉軸，8-支架，9-角度調節裝置，10-支撐座，11-擺動豎架，12-擺動橫梁，13-擺臂調平裝置，14-擺動驅動裝置，15-變速電機，16-減速器，17-皮帶傳速裝置，18-滑動平臺，19-主軸支撐架，20-旋轉主軸，21-磨頭，22-水平移動臺，23-升降臺，24-未磁化的磁流變液，25-賓漢體，26-磁極，27-磨頭電機。具體實施方式以下結合附圖對本技術做詳細地說明。球面光學零件被加工表面是某個球體的一部分，其在空間上一個有一個旋轉對稱點，即球心。零件的加工采用擺動的運動方式時，要求球面光學零件繞球心的擺動，才能夠·保證球面光學零件的表面加工出來為球面，否則將會形成一個不規則面。現有技術中，參見圖1，在實現不同曲率半徑半徑加工時，保持擺點的位置不變，即加工光學零件6的球心O點的位置是保持不變的，通過調整主軸裝置4的長度來實現。該方法要求擺軸裝置2通過軸承固定在機座I上，主軸裝置4固定安裝在擺軸裝置2上，且擺軸裝置2與主軸裝置4的交點為光學零件6的球心O點。其核心的思想是擺軸裝置2可以繞自身旋轉中心線轉動，進而帶動主軸裝置4繞球心O點往復擺動。該方法實現了光學零件6繞其球心O點的往復擺動，可用于球面光學零件的加工，但是由于主軸裝置4的長度是有限的，在實際應用過程中不可能將主軸裝置4的長度的變化范圍從Omm變化到無窮長，所以該方法存在的問題是只能夠實現本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種任意曲率半徑光學零件的加工設備，包括機座（1）、擺軸裝置（2）、擺臂裝置（3）、主軸裝置（4）和磨頭裝置（5），其特征在于：擺軸裝置（2）鉸接安裝在機座（1）上，連接點為坐標原點，擺軸裝置（2）設置于XOZ平面上且與Z軸的夾角可調，擺軸裝置（2）的另一端與擺臂裝置（3）鉸接，擺臂裝置（3）設置于XOY平面上且在XOY平面上可以繞著擺軸裝置（2）做往復的擺動，主軸裝置（4）固定在擺臂裝置（3）上，且主軸裝置（4）在XOZ平面內與Z軸的夾角可調，主軸裝置（4）可沿擺臂裝置（3）在X軸方向上進行左右平行移動，所述磨頭裝置（5）固定在機座（1）上，磨頭裝置（5）設置于XOZ平面內且與Z軸平行設置，磨頭裝置（5）可沿Z軸方向進行上下平行移動，磨頭裝置（5）也可沿著X軸方向進行左右平行移動。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉衛國，郭忠達，陽志強，陳智利，彌謙，杭凌俠，王紅軍，田愛玲，
申請(專利權)人：西安工業大學，
類型：實用新型
國別省市：