CN104459840B - 一种光楔及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光楔及加工方法，该光楔包括圆柱形本体，圆柱形本体的一端设有垂直于轴线的第一端面，另一端具有与第一端面成一定夹角的楔面，圆柱形本体的外圆周上设有与圆柱形本体的轴线平行且与第一端面垂直的辅助定位面。本发明的光楔的圆柱形本体上设有与圆柱形本体的轴线平行且与第一端面垂直的辅助定位面，辅助定位面所在平面与第一端面为相互垂直的两个面，在光楔加工或装配使用时，通过这两个垂直的面即可实现光楔的准确定位，便于光楔的安装，提高了安装精度。

Description

一种光楔及加工方法

技术领域

本发明涉及光学零件制造技术领域，尤其涉及一种光楔及加工方法。

背景技术

光楔是光学系统中的一种能获得一系列按比例变化光量的专用光调制器，又叫楔镜，在光学使用中将两个光楔组合在一起使用时，旋转任意一个光楔，出射光线的角度可以在以入射光线为轴的角锥内任意变化方向，在工业的多个领域有很广泛的应用。

授权公告号为CN102229082B的中国发明专利公开了一种楔形镜的制作方法，其中公开了通过制作高精度的楔形玻璃夹具并将光楔毛坯光胶在楔形玻璃夹具上后加工光楔的楔面，这种方法对楔形玻璃夹具的精度要求较高，加工起来十分麻烦，同时，在将光楔毛坯固定在楔形玻璃夹具上时，由于光楔毛坯没有周向的定位，在加工光楔的楔面时很容易造成光楔本体周向的略微的转动而造成楔面加工精度达不到要求，废品率较高。另外，光楔加工完成后无法精确确定光楔楔角的安装方向，造成光楔在装配时没有定位基准，安装精度达不到要求，甚至无法安装。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在加工或制造时便于定位、安装的光楔，用以解决现有的圆柱形光楔定位不便的问题；同时，本发明还提供一种该光楔的加工方法。

本发明的光楔采用如下技术方案:

一种光楔，包括圆柱形本体，所述圆柱形本体的一端设有垂直于轴线的第一端面，另一端具有与第一端面成一定夹角的楔面，所述圆柱形本体的外圆周上设有与圆柱形本体的轴线平行且与第一端面垂直的辅助定位面。

所述楔面上距离第一端面的最近点和最远点的连线为楔角线，所述辅助定位面与楔面的交线垂直于楔角线且位于远离最近点的一侧。

本发明的光楔加工方法采用如下技术方案：

光楔的加工方法，包括以下步骤：

（1）加工光楔本体毛坯，即对光楔本体毛坯的第一端面和外圆周面分别进行粗加工和精加工；

（2）加工光楔本体毛坯上的辅助定位面，并使辅助定位面平行于光楔本体毛坯的轴线并垂直于光楔本体毛坯的第一端面；

（3）加工光楔本体毛坯的楔面。

步骤（3）具体为：通过光楔本体毛坯的第一端面和辅助定位面将光楔本体毛坯固定在固定夹具上，使光楔本体毛坯的与第一端面相对的一端端面与水平面呈与楔角相等的角度，并粗加工楔面，粗加工的楔面基本与水平面平行，然后对粗加工出的楔面进行精加工，达到平面精度要求。

步骤（3）中对光楔本体毛坯的楔面进行精加工的过程包括：

一，制作具有倾角与光楔楔角相等的用于与楔面贴合并支撑光楔本体毛坯的倾斜支撑面的支撑块，制作具有与光楔楔角互补的用于与辅助定位面贴合并挡止限位光楔本体毛坯的定位面的定位块，所述支撑块和定位块通过相互对合组成两侧槽壁分别与光楔本体毛坯的第一端面和辅助定位面所在平面相贴合的定位槽，制作具有在支撑块和定位块对合状态对支撑块和定位块进行定位的基准面的工装夹具；

二，将支撑块和定位块相互对合并固定在工装夹具的基准面上，将光楔本体毛坯固定在支撑块和定位块形成的定位槽中并对光楔本体毛坯的楔面进行精加工并使光楔本体毛坯达到设定的楔角角度和中心厚度，所述中心厚度为楔面和第一端面在轴心位置的距离。

本发明的光楔的圆柱形本体上设有与圆柱形本体的轴线平行且与第一端面垂直的辅助定位面，辅助定位面所在平面与第一端面为相互垂直的两个面，在光楔加工或装配使用时，通过这两个垂直的面即可实现光楔的准确定位，便于光楔的安装，提高了安装精度。

进一步地，光楔的辅助定位面与楔面的交线垂直于楔角线且位于远离最近点的一侧，这样准确的确定了楔面的倾斜方向，在安装时能够通过辅助定位面所在平面直接准确确定楔面的倾斜方向，大大缩短了装配时间，提高了工作效率。

进一步地，本发明的光楔加工方法在工件的第一端面、外圆周面以及辅助定位面加工完成后，对楔面进行粗加工，然后制造专用的支撑块、定位块以及用于在支撑块和定位块对合状态对其进行定位的工装夹具，通过工装夹具固定支撑块和定位块并将工件固定在支撑块和定位块组成的定位槽中，对楔面进行精加工，最终完成光楔的加工，通过分离的分别定位工件第一端面和辅助定位面的支撑块和定位块定位工件，大大提高了定位精度，进而提高了加工的效率。

附图说明

图1为本发明的一种光楔实施例的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为定位夹具与工件的装配示意图；

图4为支撑块的结构示意图；

图5为定位块的结构示意图；

图6为工装夹具的结构示意图；

图7为加工楔面时工件与支撑块、定位块以及工装夹具的装配示意图。

具体实施方式

本发明的一种光楔的实施例：如图1-2所示，包括圆柱形光楔本体1，圆柱形光楔本体1的下端具有垂直于轴线的第一端面10，上端具有与第一端面10呈一定夹角的楔面11，圆柱形光楔本体1上设有与轴线平行且与第一端面10垂直的辅助定位面2，楔面11上距离第一端面10的最近点和最远点之间的连线为楔角线，辅助定位面2与楔面11的交线垂直于楔角线，且辅助定位面与楔面11的交线位于远离上述最近点的一侧，这样，在安装时能够通过辅助定位面所在平面直接准确确定楔面的倾斜方向，大大缩短了装配时间，提高了工作效率，当然，其他实施方式中，辅助定位面可以位于圆柱形光楔本体圆周上的任意位置。

本发明的一种光楔的加工方法的实施例：结合图1-7，加工方法主要包括以下几个过程：首先加工一个圆柱形光楔本体毛坯，将毛坯的一端面精加工并抛光，并对另一个端面进行精加工，保证两个端面的平行度，采用激光定心磨边机夹持两个平行端面精磨出外圆周，并保证外圆周与上下两个端面垂直，将毛坯固定在固定夹具上用铣磨机铣磨出辅助定位面，使辅助定位面尺寸一致并与两端面垂直，再设计制作工装夹具、支撑块以及定位块，通过支撑块以及定位块对毛坯的定位对毛坯的一端面进行加工，最终加工出满足精度要求的光楔。

以下对加工方法及步骤做具体描述：

1、根据设计的光楔的中心厚度d2、辅助定位面高度d1、外圆尺寸D及楔角α，计算光楔的最大实体厚度尺寸d3=d2+（d1-D/2）tgα，从而制作合适的圆柱形毛坯，毛坯的外圆及厚度需留有一定的加工余量；

2、将用于定位毛坯的胶模、毛坯放在电热板上，缓慢加热至胶条蜡刚能融化的温度，将胶模对正放置在毛坯上，冷却至室温，固定胶模，精磨并抛光第一端面10，然后将用于粘接固定毛坯的胶模放在电热板上，缓慢加热至胶条蜡刚能融化的温度，再将毛坯缓慢从胶模上取下，自然冷却至室温；

3、精磨外圆，使外圆周面达到设计精度要求；

4、利用棱镜铣磨机铣磨辅助定位面，保证辅助定位面尺寸的一致性并使辅助定位面所在平面与两个端面垂直；

5、将铣磨工装、磨好辅助定位面的毛坯放在电热板上，缓慢加热至胶条蜡刚能融化的温度，在铣磨工装4、毛坯的抛光面与辅助定位面上涂一层薄而均匀的胶条蜡，将磨好辅助定位面的毛坯放置在铣磨工装4的粘接槽内，计算出辅助定位面位置处光楔的直角棱边至斜面的距离d5=(d1－D/2)×sinα＋d2×cosα，设计铣磨工装4的直角槽棱边距固定安装面的尺寸为d4，利用光学球面数控铣磨机铣磨出光楔的角度α，粗加工出带辅助定位面的圆形光楔，光楔斜面距铣磨工装安装面的尺寸为d4+d5+0.2，其中，0.2为加工余量，在其他实施方式中，加工余量可以根据实际需要设定。最后将粘接固定有带辅助定位面圆形光楔的铣磨工装放在电热板上，缓慢加热并将毛坯缓慢从铣磨工装上拿下来，自然冷却至室温；

6、制作具有与光楔楔角一致的倾斜支撑面60的支撑块6，且保证角度方向低端边缘的棱边至底面的距离为d6，制作具有倾斜角度为180°-α的倾斜定位面70的定位块7，且角度方向低端边缘的棱边至底面的距离也为d6，制作具有用于定位支撑块6和定位块7的底面的基准平面9的平面胶模8，平面胶模8包括基座和固定在基座上的玻璃板80，玻璃板80的上边面为精加工的基准平面9，基准面9与底面两平行平面之间厚度尺寸为d7；

7、将光楔的第一端面10、辅助定位面面2、定位块7、支撑块6的表面擦拭干净，将支撑块6和定位块7高度相等的直角面紧密贴合形成分别与毛坯的第一端面10和辅助定位面2所在的平面相贴合的定位槽，再将毛坯的第一端面光胶固定于与其对应的支撑块6的支撑面60上，并将辅助定位面面2紧密贴合在与其对应的定位块7的定位面70上，固定好毛坯的支撑块6和定位块7再粘胶固定在基准面9上，精磨毛坯的楔面，楔面至平面胶模8底面的尺寸为d7+d4+d5+0.05，其中，0.05为用于抛光的加工余量，在其他实施方式中，可以根据实际需要设定。抛光光楔的楔面，保证平行度及总厚度尺寸为d7+d4+d5；

8、用木锤轻轻敲击定位块7的侧面，取下定位块7，然后轻轻敲击光楔本体即可取下光楔，完成加工。

本实施例中，在加工光楔本体毛坯的楔面时是将光楔本体毛坯固定在具有分别与其第一端面和辅助定位面相对应的定位面的固定夹具上此时，光楔本体毛坯的与第一端面相对的一端面与水平面之间的夹角等于楔角，然后进行楔面的加工，在其他实施例中，可以通过其他固定夹具对光楔毛坯本体进行固定，与第一端面相对的一端端面可以与水平面平行。

本实施例中，在对光楔本体毛坯上的楔面进行精加工时，需要制造支撑块和定位块，在其他实施例中，可以直接在粗加工夹具上即铣磨工装4上对楔面进行精加工，此时，需要在制作铣磨工装时使其与光楔本体毛坯的第一端面和辅助定位面对应的两个定位面具有较高的精度。

本发明的光楔的辅助定位面与底面垂直，在光学系统中方便定位与安装，提高了装配精度，本发明的光楔加工方法，在对光楔的楔面进行精加工时通过分别设计制造与光楔本体的第一端面和辅助定位面贴合的支撑块和定位块来对光楔本体进行定位，定位精度更高，加工精度较高，加工出来的光楔品质较好，同时，通过两个面对光楔本体定位，每个面与光楔本体的接触面接都不太大，在加工完成后前后敲击去掉定位块以及取下光楔本体的过程中大大减小了敲击所需要施加的力度，保证光楔不会在加工完成后取下的过程中损坏，大大降低了废品率。

Claims (2)

1.一种光楔的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）加工光楔本体毛坯，即对光楔本体毛坯的第一端面和外圆周面分别进行粗加工和精加工；

（2）加工光楔本体毛坯上的辅助定位面，并使辅助定位面平行于光楔本体毛坯的轴线并垂直于光楔本体毛坯的第一端面；

（3）加工光楔本体毛坯的楔面，通过光楔本体毛坯的第一端面和辅助定位面将光楔本体毛坯固定在固定夹具上，使光楔本体毛坯的与第一端面相对的一端端面与水平面呈与楔角相等的角度，并粗加工楔面，粗加工的楔面基本与水平面平行，然后对粗加工出的楔面进行精加工，达到平面精度要求。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤（3）中对光楔本体毛坯的楔面进行精加工的过程包括：

一，制作具有倾角与光楔楔角相等的用于与楔面贴合并支撑光楔本体毛坯的倾斜支撑面的支撑块，制作具有与光楔楔角互补的用于与辅助定位面贴合并挡止限位光楔本体毛坯的定位面的定位块，所述支撑块和定位块通过相互对合组成两侧槽壁分别与光楔本体毛坯的第一端面和辅助定位面所在平面相贴合的定位槽，制作具有在支撑块和定位块对合状态对支撑块和定位块进行定位的基准面的工装夹具；

二，将支撑块和定位块相互对合并固定在工装夹具的基准面上，将光楔本体毛坯固定在支撑块和定位块形成的定位槽中并对光楔本体毛坯的楔面进行精加工并使光楔本体毛坯达到设定的楔角角度和中心厚度，所述中心厚度为楔面和第一端面在轴心位置的距离。