CN108594756A - 金属反射镜的三轴联动加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于超精密光学加工技术领域，具体涉及金属反射镜的三轴联动加工方法。所述加工方法包括以下步骤：S01、根据金属反射镜的非球面方程计算出金属反射镜的面形加工水平坐标；S02、定义刀具做轴向运动方向为B向，根据刀具在指定旋转角度内与金属反射镜镜面的距离关系，将面形加工水平坐标转换为三轴加工坐标；S03、根据已经上盘的金属反射镜的最佳拟合半径和刀具尺寸设定加工坐标系原点及随动变量参数值，将包含所述三轴加工坐标的加工程序输入到单点金刚石车床控制系统，开始加工。该方法能够对大口径、大弦高金属反射镜实现有效加工，不受单点金刚石车床导轨行程及可旋转工作台台面回转容积等限制，提高加工效率并降低加工成本。

Description

金属反射镜的三轴联动加工方法
技术领域
本发明属于超精密光学加工技术领域，具体涉及金属反射镜的加工方法，特别是利用单点金刚石车床在三轴方向上对大口径、大弦高金属反射镜进行的加工方法。
背景技术
单点金刚石车床是目前常用的高精度金属反射镜加工设备。通常情况下，单点金刚石车床是通过设置初设参数(顶点曲率、K因子、口径等)，采用常规的两轴[X、Z]形式来进行金属反射镜光学面的加工，如图1所示，其刀具仅在水平面的X轴和Z轴方向做直线运动、而不会绕刀具工作台的中心做轴向旋转运动。但是，受单点金刚石车床导轨行程及可旋转工作台台面回转容积等限制，常规的两轴[X、Z]模式不能加工大口径、大弦高金属反射镜，无法满足大口径、大弦高金属反射镜的加工要求。
发明内容
为解决现有技术的问题，本发明提供一种改进的金属反射镜的三轴联动加工方法，所述加工方法将金属反射镜面形加工坐标从常规的水平X-Z两轴的形式转换成水平的X-Z两轴+刀具旋转的B轴的三轴形式，能够实现对于特别是大口径、大弦高金属反射镜的高效加工。
具体而言，所述金属反射镜的三轴联动加工方法包括以下步骤：
S01、根据金属反射镜的非球面方程Z＝f(X)计算出金属反射镜的面形加工水平坐标[X,Z]；
S02、定义刀具做轴向运动方向为B向，根据刀具在指定旋转角度内与金属反射镜镜面的距离关系，将面形加工水平坐标[X,Z]转换为三轴加工坐标[X,Z,B]；
S03、根据已经上盘的金属反射镜的最佳拟合半径和刀具尺寸设定加工坐标系原点及随动变量参数值，将包含所述三轴加工坐标[X,Z,B]的加工程序输入到单点金刚石车床控制系统，开始加工。
本发明适用于任何的金属反射镜面的加工；针对现有技术的局限性而言，特别适合对直径≥450mm、弦高≥190mm的大口径、大弦高金属反射镜实现加工。
进一步地，本发明的加工方法还包括：
S04、金属反射镜面形加工完毕后，进行面形加工精度检测。
具体而言，所述金属反射镜面形检测为接触式测量。
实施本发明的加工方法时，被加工的金属反射镜被安装于上盘夹具后进行加工，所述上盘夹具包括其直径大于等于金属反射镜直径的底板和顶板，以及底板和顶板之间的多根支撑柱，被加工的金属反射镜可拆卸固定于顶板、并抵靠连接于底板。
本发明进一步涉及实现前述加工方法的金刚石车床，所述金刚石车床包括安装于刀具工作台上的刀具，所述刀具工作台能够带动刀具在B向做轴向旋转。
本发明的有益效果在于：提供一种改进的金属反射镜加工方法，该方法能够对大口径、大弦高金属反射镜实现有效加工，克服了传统的两轴加工模式受单点金刚石车床导轨行程及可旋转工作台台面回转容积等限制的弊端，提高了大口径、大弦高金属反射镜加工效率，降低了加工成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的金刚石车床采用的两轴[X,Z]加工模式示意图。
图2是图1的主视图。
图3是本发明所提供的在三轴加工坐标[X,Z,B]下进行金属反射镜加工的一个实施例的示意图。
图4是图3的主视图。
图5是本发明具体实施方式中，对金属反射镜加工的检测结果。
具体实施方式
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。
参见图3-4，本发明所采用的单点金刚石车床3包括刀具2和刀具工作台3a。进一步参见图3，本发明的单点金刚石车床3，其刀具2除了能够沿水平面方向的X、Z方向运动外，还能够在刀具工作台3a的带动下，沿B向做旋转运动。
对金属反射镜1进行加工时，需要将其首先安装于夹具中，所述夹具包括其直径略大于反射镜直径的夹具底板4和顶板6，两者之间以多根支撑柱5进行支撑。安装时，将金属反射镜1通过螺钉连接固定于顶板6上，并使金属反射镜1的底部与底板4抵靠连接，从而将其稳固固定于夹具之中。
本实施例采用的待加工的金属反射镜1是铝反射镜，直径为弦高为212mm，面形为非球面。面形加工精度要求：PV≤1μm，粗糙度Ra≤8nm。根据金属反射镜1的尺寸，利用非球面方程Z＝f(X)计算出其平面坐标面形加工水平坐标[X,Z]。随后，将该面形加工水平坐标[X,Z]转换为三轴加工坐标[X,Z,B]，并编辑加工程序，确定随动变量参数。具体采用工件转速60rpm，进给率4mm/min，令刀具工作台3a能够根据加工进程进行实时的平面移动和旋转。
随后根据金属反射镜1的安装位置以及最佳拟合半径和刀具2尺寸，设定加工坐标系原点。将各参数输入到单点金刚石车床3的控制系统，控制其对金属反射镜1进行加工。
金属反射镜面形加工完毕后，对其进行了局部面形加工精度检测，检测结果如图5所示。Rt＝0.2736μm、Ra＝0.0068μm，满足加工精度要求。
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 (6)

1.金属反射镜的三轴联动加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01、根据金属反射镜的非球面方程Z＝f(X)计算出金属反射镜的面形加工水平坐标[X,Z]；
S02、定义刀具做轴向运动方向为B向，根据刀具在指定旋转角度内与金属反射镜镜面的距离关系，将面形加工水平坐标[X,Z]转换为三轴加工坐标[X,Z,B]；
S03、根据已经上盘的金属反射镜的最佳拟合半径和刀具尺寸设定加工坐标系原点及随动变量参数值，将包含所述三轴加工坐标[X,Z,B]的加工程序输入到单点金刚石车床控制系统，开始加工。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述金属反射镜的直径≥450mm、弦高≥190mm。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述加工方法还包括：
S04、金属反射镜面形加工完毕后，进行面形加工精度检测。
4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述金属反射镜面形检测为接触式测量。
5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，被加工的金属反射镜被安装于上盘夹具后进行加工，所述上盘夹具包括其直径大于等于金属反射镜直径的底板和顶板，以及底板和顶板之间的多根支撑柱，被加工的金属反射镜可拆卸固定于顶板、并抵靠连接于底板。
6.金刚石车床，所述金刚石车床用于实现权利要求1～5任一项所述的金属反射镜的三轴联动加工方法，其特征在于，所述金刚石车床包括安装于刀具工作台上的刀具，所述刀具工作台能够带动刀具在B向做轴向旋转。
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