CN102581743B - 一种非球面光学零件的研抛方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非球面光学零件的研抛方法，优点是本方法在研抛时将研抛头顶在待加工零件上，而且由于缸体直接固定在第二传动轴上，使研抛头的转动角度可精确控制，且在加工时，不需要控制研抛力为法向研抛力，使整个控制比较简单，而且零件的表面加工比较均匀，确保其加工质量更加稳定。

Description

一种非球面光学零件的研抛方法

技术领域

本发明涉及一种机械领域中零件的加工方法，尤其涉及一种非球面光学零件的研抛方法。

背景技术

非球面光学零件因具有良好的光学特性而受到研究者的广泛关注。近年来，非球面光学零件研抛技术与装备的研究开发一般利用超精密多轴数控机床为平台，以多轴数控插补运动伺服的方式进行加工，以实现非球面研抛过程的数控化、精量化，一定程度上提高了研抛的加工效率。但是利用上述设备加工存在以下技术缺陷：（1）由于在加工过程中只是通过数控机床切削加工的位置伺服控制对零件进行加工，而无法对作用在零件上的研抛力进行实时控制，从而使得曲面研抛过程的研抛力不确定、不一致，导致零件表面的精整加工质量不确定、不一致；（2）设备成本高，一般每台数控机床的价值在数百万甚至上千万，极大的阻碍了非球面零件加工的生产普及化。

申请日为2010年6月8日专利号为ZL201010196710.8的中国发明专利说明书中公开了一种非球面光学零件的研抛方法，其优点是通过该方法在加工过程中可直接控制研抛法向力，克服了由于柔顺机械系统力/位耦合问题导致的力控制不准确难题，有利于获得稳定、一致的曲面轮廓，提高了零件表面的精整加工质量；而且以柔顺控制的方式对非球面光学零件进行加工，避免了精密加工对机械系统精度的高要求，降低了设备的制造成本，有利于推广应用；但是该研抛方法必须控制其研抛力为法向研抛力，否则便无法进行加工；而且由于转盘通过由至少一根弹簧组成的柔顺控制装置与第一传动轴连接，使转动臂的转动角度无法精确控制，加工时，只能通过将研磨工具靠在加工零件上，导致其加工质量不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是一种控制简单且表面精加工均匀，产品质量稳定的非球面光学零件的研抛方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种非球面光学零件的研抛方法，包括以下具体步骤：

（1）、在第一电机上连接第一传动机构以带动第一传动轴转动，将夹具固定安装在第一传动轴上，并将待加工零件安装在夹具上；

（2）、在数控机床的伺服工作台上固定安装第二电机和第二传动轴，并在第二电机上连接第二传动机构以带动第二传动轴转动；

（3）、在第二传动轴上同轴固定设置法兰盘，在法兰盘的端面上固定设置与第二传动轴相垂直的缸体，并在缸体的下端固定安装第三电机，在第三电机的驱动轴上同轴固定连接丝杆，并将丝杆穿入缸体中，丝杆的中心轴线经过第二传动轴的中心点，在丝杆上螺接螺母，同时在缸体内设置活塞，在活塞和螺母之间固定连接弹簧，然后在活塞上固定设置与丝杆同轴的活塞杆，活塞杆穿出缸体，并在活塞杆的端部设置安装盘，在安装盘上固定设置研抛头；

（4）、将研抛头顶在待加工零件上；

（5）、设定伺服工作台在X方向的进给位移，记为x_p，设定伺服工作台在Y方向的进给位移，记为y_p，并设定：                                                

，

其中：x、y表示研抛头顶在待加工零件上加工点的位置，表示研抛头在待加工零件上的加工点到第二传动轴中心轴的距离，θ表示研抛头在待加工零件上的加工点至第二传动轴中心轴的连线与X向的夹角，F表示研抛头作用在待加工零件上的研抛力，k表示弹簧的弹性系数，

表示弹簧的变形量；

（6）、根据步骤（5）中设定的关系式通过控制系统控制伺服工作台在X、Y方向的进给运动以及第二电机的转动，实现控制研抛头在X、Y方向的进给位移x_p、y_p以及研抛头绕第二传动轴转动的角度，同时控制第三电机的转动实现对研抛头作用在待加工零件上的研抛力的控制，最终完成对非球面光学零件的研抛加工。

所述的步骤（3）中，所述的安装盘固定连接在所述的活塞杆的端部。

所述的步骤（3）中，所述的安装盘轴接在所述的活塞杆的端部。

所述的第一电机采用交流无级变速电机，所述的第一传动机构为同步带和同步带轮，所述的第二电机采用伺服电机，所述的第二传动机构为同步带、同步带轮组合或蜗轮蜗杆。 

所述的步骤（3）中，在所述的缸体中注入液体，所述的液体为水、油或油脂等其它液态状物质，所述的丝杆密封穿入所述的缸体中，所述的活塞杆密封穿出所述的缸体。

所述的研抛头的形状为半球面。

与现有技术相比，本发明的优点是本方法在研抛时将研抛头顶在待加工零件上，而且由于缸体直接固定在第二传动轴上，使研抛头的转动角度可精确控制，且在加工时，不需要控制研抛力为法向研抛力，使整个控制比较简单，而且零件的表面加工比较均匀，确保其加工质量更加稳定。

附图说明

图1为本发明中所使用的装置的主视图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明的运动轨迹的原理图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图所示，一种非球面光学零件的研抛方法，包括以下具体步骤：

（1）、在第一电机1上连接第一传动机构2以带动第一传动轴3转动，将夹具4固定安装在第一传动轴3上，并将待加工零件5安装在夹具4上；

（2）、在数控机床的伺服工作台6上固定安装第二电机61和第二传动轴62，并在第二电机61上连接第二传动机构63以带动第二传动轴62转动；

（3）、在第二传动轴62上同轴固定设置法兰盘64，在法兰盘64的端面上固定设置与第二传动轴62相垂直的缸体7，并在缸体7的下端固定安装第三电机8，在第三电机8的驱动轴上同轴固定连接丝杆81，并将丝杆81密封穿入缸体7中，丝杆81的中心轴线经过第二传动轴62的中心点，在丝杆81上螺接螺母82，同时在缸体7内设置活塞71，在活塞71和螺母82之间固定连接弹簧72，然后在活塞71上固定设置与丝杆81同轴的活塞杆73，活塞杆73密封穿出缸体7，在缸体7中注入液体74，并在活塞杆73的端部固定设置安装盘9，在安装盘9上固定设置半球面的研抛头10；

（4）、将研抛头10顶在待加工零件5上；

（5）、设定伺服工作台6在X方向的进给位移，记为x_p，设定伺服工作台6在Y方向的进给位移，记为y_p，并设定：

，

其中：x、y表示研抛头10顶在待加工零件5上加工点的位置，

表示研抛头10在待加工零件5上的加工点到第二传动轴62中心轴的距离，θ表示研抛头10在待加工零件5上的加工点至第二传动轴62中心轴的连线与X向的夹角，F表示研抛头10作用在待加工零件5上的研抛力，k表示弹簧72的弹性系数，表示弹簧72的变形量；

（6）、根据步骤（5）中设定的关系式通过控制系统控制伺服工作台6在X、Y方向的进给运动以及第二电机61的转动，实现控制研抛头10在X、Y方向的进给位移x_p、y_p以及研抛头10绕第二传动轴62转动的角度，同时控制第三电机8的转动实现对研抛头10作用在待加工零件5上的研抛力的控制，最终完成对非球面光学零件的研抛加工。

上述实施例中，安装盘9也可以轴接在活塞杆73的端部，第一电机1采用交流无级变速电机，第二电机61采用伺服电机，液体74可以为水、油或油脂等其它液态状物质。

Claims (6)

1.一种非球面光学零件的研抛方法，其特征在于包括以下具体步骤：

（1）、在第一电机上连接第一传动机构以带动第一传动轴转动，将夹具固定安装在第一传动轴上，并将待加工零件安装在夹具上；

（2）、在数控机床的伺服工作台上固定安装第二电机和第二传动轴，并在第二电机上连接第二传动机构以带动第二传动轴转动；

（3）、在第二传动轴上同轴固定设置法兰盘，在法兰盘的端面上固定设置与第二传动轴相垂直的缸体，并在缸体的下端固定安装第三电机，在第三电机的驱动轴上同轴固定连接丝杆，并将丝杆穿入缸体中，丝杆的中心轴线经过第二传动轴的中心点，在丝杆上螺接螺母，同时在缸体内设置活塞，在活塞和螺母之间固定连接弹簧，然后在活塞上固定设置与丝杆同轴的活塞杆，活塞杆穿出缸体，并在活塞杆的端部设置安装盘，在安装盘上固定设置研抛头；

（4）、将研抛头顶在待加工零件上；

（5）、设定伺服工作台在X方向的进给位移后的位置，记为x_p，设定伺服工作台在Y方向的进给位移后的位置，记为y_p，并设定： $\left\{\begin{array}{c}{x}_p=x+l\cos \mathrm{\θ}\\ y_p=y-l\sin \mathrm{\θ}\end{array}\right.,F=k\·\mathrm{\Δl}$

其中：x、y表示研抛头顶在待加工零件上加工点的位置，l表示研抛头在待加工零件上的加工点到第二传动轴中心轴的距离，θ表示研抛头在待加工零件上的加工点至第二传动轴中心轴的连线与X向的夹角，F表示研抛头作用在待加工零件上的研抛力，k表示弹簧的弹性系数，Δl表示弹簧的变形量；

（6）、根据步骤（5）中设定的关系式通过控制系统控制伺服工作台在X、Y方向的进给运动以及第二电机的转动，实现控制研抛头在X、Y方向的进给位移以及研抛头绕第二传动轴转动的角度，同时控制第三电机的转动实现对研抛头作用在待加工零件上的研抛力的控制，最终完成对非球面光学零件的研抛加工。

2.如权利要求1所述的一种非球面光学零件的研抛方法，其特征在于所述的步骤（3）中，所述的安装盘固定连接在所述的活塞杆的端部。

3.如权利要求1所述的一种非球面光学零件的研抛方法，其特征在于所述的步骤（3）中，所述的安装盘轴接在所述的活塞杆的端部。

4.如权利要求1所述的一种非球面光学零件的研抛方法，其特征在于所述的第一电机采用交流无级变速电机，所述的第二电机采用伺服电机。

5.如权利要求1所述的一种非球面光学零件的研抛方法，其特征在于所述的步骤（3）中，在所述的缸体中注入液体，所述的液体为水、油或油脂，所述的丝杆密封穿入所述的缸体中，所述的活塞杆密封穿出所述的缸体。

6.如权利要求1所述的一种非球面光学零件的研抛方法，其特征在于所述的研抛头的形状为半球面。

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