CN107443026A - 振动摆镜加工方法 - Google Patents

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vibration
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谢启明
张万涛
杨彦辉
肖建国
朱俊
张若寅
吴宏斌
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YUNNAN KIRO-CH PHOTONICS Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass

Abstract

本发明涉及机械加工制造领域,具体涉及振动摆镜加工方法。振动摆镜是反射式光学系统的重要部件之一,一般为铝合金材料,由于其自身材料和结构性能,在批量加工方面存在大量技术难点。本发明提供一种振动摆镜加工方法,首先对加工用毛坯尺寸质量进行控制和处理,随后采用金刚石飞刀和背面支撑工装进行精加工,从而在保证产品质量的前提下大幅提高生产效率,实现了振动摆镜的批量化生产。

Description

振动摆镜加工方法
技术领域
[0001]本发明涉及机械加工制造领域,具体涉及振动摆镜加工方法。
背景技术
[0002]近年来,反射式光学系统在各类光学系统中得到了越来越多的应用。与折射式光 学系统相比,反射式光学系统在提高系统分辨率、减少系统体积、缩短轴向距离等方面具有 折射式光学系统无法比拟的优势。振动摆镜是反射式光学系统的重要部件之一。振动摆镜 一般为铝合金材料,其具有大、小两个反射面(大平面和小平面),两个面之间呈平行态。 [0003]振动摆镜由于其自身材料和结构性能,在批量加工方面存在大量技术难点。具体 而言,作为振动摆镜材料的错合金,在毛述加工过程中易造成材料组织不均勾,产生内部应 力,不仅导致镜面变形,同时也使材料强度下降;振动摆镜本质上属于一种金属质薄形零 件,其刚性和强度极差,加工时的夹持力和压力引起的弹性变形将影响表面的尺寸精度、形 状精度和位置精度,故不能使用传统的夹持型工装进行材料的成型加工。基于此,振动摆镜 对于毛坯的尺寸精度具有一定要求,尺寸不合格的毛坯难以顺理成型为最终产品。上述诸 多因素导致了,在实际工业生产中,对于振动摆镜仅能实现数件甚至单件的加工,不能实现 大批量加工,生产效率受到极大制约。
发明内容
[0004] 为解决现有技术中存在的技术问题,本发明提出了一种振动摆镜加工方法,从而 解决了现有技术中存在的如何实现振动摆镜批量超精密加工的技术问题,为军事、空间应 用领域先进光电设备所需的高精度异型薄壁金属反射镜的研制和生产提供技术支撑。
[0005] 具体而言,本发明所涉及的加工方法包括以下步骤:
[0006] (1)毛还准备:根据振动摆镜的形状,对招合金料进彳丁切割,获得具有振动摆镜轮 廓的毛坯。
[0007] ⑵毛坯应力处理:对毛坯间隔进行热处理和时效处理,以消除毛坯内应力。
[0008] ⑶毛坯尺寸检测:使用精密收管对毛坯尺寸进行检测,将尺寸合格产品投入下一 工序。具体而言,以振动摆镜的柄轴线为基准,分别测量毛坯的大、小平面的平面度和平行 度。作为优选,大面和小面基于中心轴线平行度06mm; A面和B面相对平行度<〇. 03mm; 平面度<0.02mm。
[0009] (4)毛坯工装:使用工装组件对毛坯进行夹持。进一步地,还包括在对毛坯进行夹 持后,使用精密手段对夹持后的毛坯的平面度、厚度和平行度进行测量的步骤。其目的在于 进一步验证其装夹前后是否一致。
[0010] (5)毛坯的粗车:使用车床对毛坯进行粗车,粗切量小于0 • 〇5臟,优选小于0.03mm, 进一步优选控制在0.01mm以内。
[0011] (6)毛坯的精修:将粗车后的毛坯夹持于精修工装上,对小平面进行精切,精切量 小于0.005mm,优选小于0.025mm,进一步优选控制在0.0015mm以内。
[0012] 00将精修后的毛坯安装于背面支撑工装上,对大面进行精切,获得振动摆镜。
[0013]在步骤(6)的毛坯精修过程中,本发明创造性地提出了采用具有飞刀盘的刀具部 件进行加工。所述具有飞刀盘的刀具部件包括飞刀盘和安装于飞刀盘上的金刚石刀头,飞 刀盘由机床主轴带动,使得刀头在旋转的状态下沿进刀方向做直线运动,称为采用飞刀的 切削方式。传统切削方式一般为刀头固定而毛坯移动,但是对于本发明所涉及的振动摆镜 毛坯而言,由于难以实现毛坯的有效夹持,故不可能通过移动毛坯的方式完成加工。采用飞 刀的切削方式,不要求毛坯被强力固定于工装上,能够最大程度降低夹持应力对工件的影 响;同时,飞刀直线运动的模式类似于传统的切削操作,具有极高的工作效率,能够满足振 动摆镜的大批量加工时对于效率的要求,同时可以在加工过程中更为有效地保证毛坯的面 形精度。
[0014]为了实现对于毛坯的有效固定,本发明还采用了背面支撑工装作为精修的固定装 置。所述背面支撑工装包括工装底座和加强块,所述工装底座分布有安装加强块的孔,所述 加强块用于支撑振动摆镜精修后的毛坯。在将粗车毛坯固定于该背面支撑工装上时,在不 同批次时均使用相同的定位装置进行定位,以保证重复装夹一致性。同时,加强块的使用提 供了多点支撑,保证了毛坯在工装上的支撑力在各支撑点上均一致。
[0015]根据本发明所述方法,所制得的振动摆镜符合以下工艺要求:
[0016] 大面:N彡2, AN彡 1,B= V;
[0017] 小面:N彡 1,AN<0.5,B=V;
[0018] 大面和小面基于中心轴线平行度彡〇.〇5mm;
[0019] 大面和小面相对平行度彡〇.〇2mm;
[0020] 反射率彡95 %。
[0021]批量加工合格率>75%;零件检测结果表明,采用本发明的加工方法,能够有效消 除镜坯的内部残余应力,使得零件尺寸稳定,镜面变形较小;同时更好地控制零件的面形精 度;采用背面支撑工装的固定方式,能够有效控制了零件加工装夹变形,实现了稳定的高精 度车削。现有技术中,加工本发明所涉及的振动摆镜,最大产能仅能达到3个月加工得到5件 合格件;采用本发明所述方法后,目前每天可加工得到合格件1-2件,产率大幅提高。
[0022]本发明所述加工方法的有效效果在于:
[0023] 1)通过对反射镜镜坯进行消除应力处理,改善材料组织结构,尽可能减少或消除 镜体内部应力和加工残余应力,掌握了异形薄壁反射镜加工应力分析、控制甚至消除的工 艺技术。
[0024] 2)振动摆镜加工面形控制及零件支撑方案设计,首次采用特殊工装(背面支撑工 装)进行装夹,突破了“加工过程中因夹持力与支承力的作用点选择不当、夹持力与切削为 间力的波动效应产生相互作用,引起加工残余应力和工件内部残余应力的重新分布,而导 致工件变形”的关键性技术难题。 ^ '
[0025] 3)通过使用本发明的加工方法,使得振动摆镜的加工效率大幅提升,产品合格率 得到保证。
附图说明
[0026]图1是使用具有飞刀盘的刀具部件对毛坯小平面进行精切加工的示意图。图中各 部件为:1 •机床主轴;2•飞刀盘;3.角铁;4.金刚石飞刀;5.毛坯(加工面为其小平面);6.工 装;7.主轴旋转轴。
[0027]图2是背面支撑工装侧视图。图中各部件为:丨.加强块;2.摆镜;3.装夹座。
具体实施方式
[0028]下面将结合本发明的附图,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发 明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例,都属于本发明保护的范围。
[0029]第一阶段为毛还准备步骤,具体为根据振动摆镜的形状,以招合金为基础材料,通 过粗切割获得符合终产品大致轮廓形状的毛坯。随后将该毛坯进行热处理和时效处理,两 种处理方式交替进行。首先进行热处理,将铝合金在627 ± 5。(:保温4.3 ± 0.5h,然后在75 ± 5 °C的水中淬火,淬火时间30 ± lOmin;其次再进行时效处理,将热处理后的铝合金至于500 土 5°C条件下,维持l±0.2h。热处理和时效处理交替进行,共进行5轮循环,以充分消除毛坯内 应力。最后使用精密收管对毛坯尺寸进行检测,将尺寸合格产品投入下一工序。具体而言, 以振动摆镜的柄轴线为基准,分别测量毛坯的大、小平面的平面度和平行度,使得大面和小 面基于中心轴线平行度彡0.06mm;大面和小面相对平行度彡0.03mm;平面度彡0.02mm)
[0030] 第二阶段为毛坯的粗加工,使用工装组件对毛坯进行夹持,并在对毛坯进行夹持 后,使用精密手段对夹持后的毛坯的平面度、厚度和平行度进行测量,以检测并控制引夹持 而导致的毛还形变。随后使用车床对毛还进行粗车,粗切量小于0.05mm,优选小于0.03mm, 进一步优选控制在0.01mm以内。
[0031]第三阶段为毛坯的精修,将粗车后的毛坯夹持于精修工装上,使用如图1所示的具 有飞刀盘的刀具部件对小平面进行精切,精切量小于0.005mm,优选小于0 • 025mm,进一步优 选控制在0.0015mm以内。之后,将精修后的毛坯安装于图2所示的背面支撑工装上,图中圆 柱状为加强块,通过使用加强块,可使振动摆镜根据其自身重力自行找平支撑,从而实现对 待加工毛坯件的均匀支撑。随后对大面进行精切,从而获得振动摆镜。
[0032]以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种振动摆镜加工方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤: (1)毛还准备:根据振动摆镜的形状,对铝合金料进行切割,获得具有振动摆镜轮廓的 毛坯; ⑵毛坯应力处理:对毛坯间隔进行热处理和时效处理,以消除毛坯内应力; (3)毛坯尺寸检测:使用精密收管对毛坯尺寸进行检测,将尺寸合格产品投入下一工 序; ⑷毛坯工装:使用工装组件对毛坯进行夹持; ⑸毛坯的粗车:使用车床对毛坯进行粗车,粗切量小于〇. 05_; (6)毛还的精修:将粗车后的毛述夹持于精修工装上,对小平面进行精切,精切量小于 0.005mm; ⑺将精修后的毛坯安装于背面支撑工装上,对大平面进行精切,获得振动摆镜。
2.根据权利要求1所述的一种振动摆镜加工方法,其特征在于,所述步骤⑶中,以振动 摆镜的柄轴线为基准,分别测量毛还的大、小平面的平面度和平行度。
3.根据权利要求1所述的一种振动摆镜加工方法,其特征在于,所述步骤⑷中,还包括 在对毛坯进行夹持后,使用精密收管对夹持后的毛坯的平面度、厚度和平行度进行测量的 步骤。
4.根据权利要求1所述的一种振动摆镜加工方法,其特征在于,所述精切采用具有飞刀 盘的刀具部件进行加工。
5.根据权利要求4所述的一种振动摆镜加工方法,其特征在于,所述具有飞刀盘的刀具 部件包括飞刀盘和安装于飞刀盘上的金刚石刀头,飞刀盘由机床主轴带动,使得刀头在旋 转的状态下沿进刀方向做直线运动。
6.根据权利要求1所述的一种振动摆镜加工方法,其特征在于,所述背面支撑工装包括 工装底座和加强块,所述工装底座分布有安装加强块的孔,所述加强块用于支撑振动摆镜 精修后的毛坯。
7. —种振动摆镜,其特征在于,所述振动摆镜使用权利要求1-6任一项所述方法加工而 得。
8.根据权利要求7所述的一种振动摆镜,其特征在于,所述振动摆镜满足以下技术指 标: 大面:N彡2, AN彡1,B= V ; 小面:N彡1,AN彡0_5,B= V ; 大面和小面基于中心轴线平行度彡0.05mm; 大面和小面相对平行度. 〇2mm; 反射率多95 %。
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