CN109530722A - 薄壁铝合金反射镜的自适应固定装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供薄壁铝合金反射镜的自适应固定装置及加工方法，自适应固定装置包括基座和支撑座，基座一侧连接支撑座，基座开设贯穿基座的安装孔，安装孔用于安装反射镜的安装轴，安装孔的底端位置高于支撑座的上端面，基座在和支撑座连接侧的对应侧设置安装轴的固定组件，支撑座上方区域为镜面放置区域，安装孔底端到支撑座的上端面之间的距离大于反射镜的镜面厚度，支撑座上设置与接触镜面点接触的支撑组件，支撑组件与接触镜面接触一端的形状区域与接触镜面形状对应，实现对接触镜面的均匀支撑，解决现有在薄壁铝合金反射镜的加工过程中，采用夹具固定薄壁铝合金反射镜，导致反射镜因装夹产生变形，最终使得反射镜的加工合格率低的问题。

Description

薄壁铝合金反射镜的自适应固定装置及加工方法

技术领域

本发明属于机械加工及光学加工领域，具体涉及薄壁铝合金反射镜的自适应固定装置及加工方法。

背景技术

薄壁铝合金反射镜作为广泛应用于兵器、航天、航空等国防及民用科技工业系统等领域的重要光学元件，对其形状、尺寸精度、面形精度和表面质量要求越来越高；

薄壁铝合金反射镜的构造如图1-2所示，有A、B两个工作面，A面为平面，整个平面都是工作平面，B面的截面为梯形，从中央到边缘厚度逐渐减至0.5mm，仅在中央最厚处(2mm)是工作平面；

现有对薄壁铝合金反射镜的加工要求具体如下：

A面面形精度:PV≤0.6328μm,表面光洁度B＝Ⅴ级；

B面面形精度:PV≤0.3164μm,表面光洁度B＝Ⅴ级；

A面和B面基于中心轴线平行度≤0.05mm；

A面和B面相对平行度≤0.02mm；

反射率≥95％；

因为上述这些指标，不得不对薄壁铝合金反射镜的加工提出更高、更难和更全面的要求。

现有的薄壁铝合金反射镜加工方法，在加工A面的过程中，对B面的非工作区域进行支撑，具体是根据薄壁铝合金反射镜的B面形状，对应的采用具有三个斜面的夹具，将薄壁铝合金反射镜的B面的非工作区域对应胶接固定到夹具的三个斜面上，然后将夹具固定到加工机床上，对薄壁铝合金反射镜的A面进行飞切加工，飞切完毕后，固定在夹具上的反射镜的面形精度完全可以满足要求，但是，一旦将反射镜从夹具上取下，由于装夹变形，反射镜的面形精度的PV值会成倍，甚至几倍的扩大，易导致反射镜的的面形精度达不到要求，使得反射镜的加工合格率低。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供薄壁铝合金反射镜的自适应固定装置，解决现有在薄壁铝合金反射镜的加工过程中，采用夹具固定薄壁铝合金反射镜，使得装夹变形，易导致反射镜的面形精度达不到要求，造成反射镜的加工合格率低的问题。

本发明的薄壁铝合金反射镜的自适应固定装置，包括基座和支撑座，所述基座的一侧可拆卸连接支撑座，基座的上端面所在水平面的高度高于支撑座的上端面所在水平面的高度，所述基座沿和支撑座的水平方向的平行方向开设贯穿基座的安装孔，安装孔用于安装反射镜的安装轴，所述安装孔的底端所在水平面的高度高于支撑座的上端面所在水平面的高度，基座在和支撑座连接侧的对应侧设置安装轴的固定组件，支撑座的上端面的上方靠近基座的区域为反射镜的镜面放置区域，安装孔底端到支撑座的上端面之间的距离大于反射镜的镜面厚度，所述支撑座上设置与反射镜的接触镜面点接触的支撑组件，支撑组件与接触镜面接触一端的形状区域与镜面形状相对应，实现对接触镜面的均匀支撑。

进一步的，所述支撑组件包括定位孔和支撑杆，定位孔用于放置支撑杆，所述定位孔的数目为多个，贯穿支撑座的上下端面，均布在支撑座上，多个定位孔在支撑座上构成的形状区域与反射镜的接触镜面的截面形状相对应，支撑杆与所述定位孔可拆卸连接，支撑杆伸入定位孔一端贯穿定位孔与反射镜的接触镜面点接触，支撑杆与接触镜面接触一端构成的形状区域与接触镜面形状相对应，实现对接触镜面的均匀支撑。

进一步的，所述固定组件包括螺纹孔和固定螺母，所述螺纹孔对称开设于所述安装孔两端的底座侧壁上，与固定螺母配合紧固反射镜的安装轴。

进一步的，还包括底座，所述底座与基座连接，用于将基座固定在加工车床上。

进一步的，还包括多个调整螺钉，所述调整螺钉设置在所述基座的上端面，用于校平反射镜的待加工面。

本发明的另一目的为提供薄壁铝合金反射镜的自适应加工方法，采用上述的自适应固定装置对待加工反射镜进行固定，然后置于加工机床上加工，具体包括如下步骤：

(1)将待加工反射镜的安装轴置于安装孔内，使得支撑座的上端面的上方靠近基座的区域为反射镜的镜面放置区域，且待加工反射镜的待加工面背离支撑座的上端面，朝上放置，然后在基座和支撑座连接侧的对应侧用固定组件固定安装轴；

(2)把自适应固定装置旋转180°，使得支撑座的下端面朝上，即待加工反射镜的待加工面朝下放置，将支撑杆置于定位孔中，与待加工反射镜的待加工面的对应面点接触，支撑杆与定位孔之间可拆卸连接，实现对待加工反射镜的待加工面的自适应支撑；

(3)把自适应固定装置再次旋转180°，使得支撑座的上端面朝上，即待加工反射镜的待加工面朝上放置，将基座的底端固定在加工车床上，对待加工反射镜的待加工面进行加工，得到加工面；

(4)将自适应固定装置从加工机床上取下，解除支撑杆与定位孔的连接关系，使得支撑杆从定位孔内脱落，然后松开固定组件，将反射镜从自适应固定装置内取下。

进一步的，所述固定组件包括螺纹孔和固定螺母，所述螺纹孔对称开设于所述安装孔两端的底座侧壁上，与固定螺母配合紧固反射镜的安装轴。

进一步的，所述基座通过底座固定在加工车床上。

进一步的，所述步骤(1)之后，(2)之前，还包括，用调整螺钉将待加工反射镜的待加工面调整至水平，所述调整螺钉设置在所述基座的上端面。

和最接近的现有技术比，本发明的技术方案具备如下有益效果：

本发明提供薄壁铝合金反射镜的自适应固定装置，支撑座上设置与反射镜的接触镜面点接触的支撑组件，支撑组件与接触镜面接触一端的形状区域与镜面形状相对应，实现对接触镜面的均匀支撑，相对于现有采用夹具夹持，以点接触代替现有的面接触，且支撑组件与接触镜面接触一端的形状区域与镜面形状相对应，支撑力均匀，使得反射镜在加工过程中，反射镜固定可靠、受力均匀、变形量最小，加工完成的反射镜与支撑组件分离后，能最大限度保持反射镜的镜面的面形精度，从而提高反射镜的加工合格率，降低生产成本。

本发明的薄壁铝合金反射镜的自适应加工方法，实现对易变形的薄壁铝合金反射镜的精密加工，最大限度达到光学级的面形和表面质量要求，提高反射镜的加工合格率，降低生产成本。

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为薄壁铝合金反射镜的侧视图；

图2为图1中A部分的放大图；

图3为本发明加固薄壁铝合金反射镜的自适应固定装置的立体图；

图4为图1的俯视图；

图5为图4沿A-A的剖视图；

其中，1-支撑座，2-支撑杆，3-反射镜，4-安装孔，5-基座，6-固定螺母，7-调整螺钉，8-底座，9-可溶胶。

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。

薄壁铝合金反射镜为光学元件，面形和表面质量要求高，平结构为异形薄壁型，中心处最厚为2mm，边缘最薄为0.5mm，径厚比中心处为15:1，边缘处达60:1，其材质和结构导致反射镜的刚性和强度极差，装夹时受力不均或过大引起的微小变形，都会严重影响反射镜的面形精度和位置精度，最终导致反射镜的加工不满足要求，为了克服上述缺陷，如图3-5所示，本发明提供薄壁铝合金反射镜的自适应固定装置，包括基座和支撑座，基座的一侧可拆卸连接支撑座，具体可采用螺钉连接，基座的上端面所在水平面的高度高于支撑座的上端面所在水平面的高度，基座沿和支撑座的水平方向的平行方向开设贯穿基座的安装孔，安装孔用于安装反射镜的安装轴，安装孔的底端所在水平面的高度高于支撑座的上端面所在水平面的高度，基座在和支撑座连接侧的对应侧设置安装轴的固定组件，固定组件具体包括螺纹孔(图中未示出)和固定螺母，螺纹孔对称开设于所述安装孔两端的底座侧壁上，与固定螺母配合紧固反射镜的安装轴；

支撑座的上端面的上方靠近基座的区域为反射镜的镜面放置区域，安装孔底端到支撑座的上端面之间的距离大于反射镜的镜面厚度，支撑座上设置与反射镜的接触镜面点接触的支撑组件，支撑组件与接触镜面接触一端的形状区域与镜面形状相对应，实现对接触镜面的均匀支撑；

支撑组件具体包括定位孔和支撑杆，定位孔用于放置支撑杆，所述定位孔的数目为多个，贯穿支撑座的上下端面，多个定位孔在支撑座上构成的形状区域与反射镜的接触镜面的截面形状相对应，所述支撑杆与所述定位孔可拆卸连接，具体采用可溶胶进行连接，支撑杆伸入定位孔一端贯穿定位孔与反射镜的接触镜面点接触，支撑杆与接触镜面接触一端构成的形状区域与接触镜面形状相对应，实现对接触镜面的均匀支撑，相对于现有采用夹具夹持，以点接触镜面代替现有的面接触镜面，且支撑组件与接触镜面接触一端的形状区域与镜面形状相对应，支撑力均匀，使得反射镜在加工过程中，反射镜固定可靠、受力均匀、变形量最小，加工完成的反射镜与支撑组件分离后，能最大限度保持反射镜的镜面的面形精度，从而提高反射镜的加工合格率，降低生产成本。

作为优选实施例，为了便于将上述固定装置固定在加工车床上，上述固定装置还包括底座，底座与基座可拆卸连接，具体采用螺钉连接，用于将基座固定在加工车床上，底座与加工机床的连接关系为：底座通过“L”型钢制角板与加工机床连接，具体为，底座的底端开设螺纹孔(图中未示出)，“L”型钢制角板的两端分别开设通孔，一端通孔通过螺栓与底座底端的螺纹孔连接，另一端通孔通过螺栓与加工机床的导轨上的通孔连接，当然底座与加工机床的连接不限于上述连接方式，其他实现底座与加工机床的连接关系也同样适用本发明。

作为优选实施例，上述固定装置还包括多个调整螺钉，图中为6个，调整螺钉设置在所述基座的上端面，具体为基座的上端面开设6个螺纹孔，6个螺纹孔内对应螺纹连接调整螺钉，用于校平反射镜的待加工面。

本发明的薄壁铝合金反射镜的自适应加工方法，采用上述的自适应固定装置对待加工反射镜进行固定，然后置于加工机床上加工，具体包括如下步骤：

(1)将待加工反射镜的安装轴置于安装孔内，使得支撑座的上端面的上方靠近基座的区域为反射镜的镜面放置区域，且待加工反射镜的待加工面背离支撑座的上端面，朝上放置，然后在基座和支撑座连接侧的对应侧用固定组件固定安装轴，固定组件具体包括螺纹孔和固定螺母，所述螺纹孔对称开设于所述安装孔两端的底座侧壁上，与固定螺母配合紧固反射镜的安装轴；

(2)用调整螺钉将待加工反射镜的待加工面校平，具体为：首先采用精密千分表在待加工面上沿两正交方向移动，通过6个调整螺钉，将待加工面校平，使千分表的跳动控制在微米数量级，则说明达到校平要求，从而在待加工反射镜的待加工面的加工过程中，进一步保证对待加工面的飞切加工精度；

(3)把自适应固定装置旋转180°，使得支撑座的下端面朝上，即待加工反射镜的待加工面朝下放置，将支撑杆按顺序置于多个定位孔中，每个定位孔内放置一个支撑杆，支撑杆自由滑落到反射镜的接触镜面，与待加工反射镜的待加工面的对应面点接触，然后将可溶胶胶水滴入定位孔内，胶水渗透至支撑杆与定位孔之间的缝隙内，胶水固化后，支撑杆与定位孔之间胶接，实现对待加工反射镜的待加工面的自适应支撑；

上述“自适应支撑”解释如下：由于支撑杆首先是从定位孔内自由滑落到反射镜的接触镜面，与待加工反射镜的待加工面的对应面点接触，所以伸入多个定位孔内的支撑杆在和反射镜的接触镜面接触一端构成的形状区域与接触镜面形状相对应，然后将定位孔内灌注可溶胶，对支撑杆的位置进行固定，实现支撑杆和接触镜面固定接触，对接触镜面起到支撑作用，上述过程即“自适应支撑”，且本发明的支撑组件对反射镜的接触镜面的形状没有限定，适用于所有形状的反射镜。

(4)把自适应固定装置再次旋转180°，使得支撑座的上端面朝上，即待加工反射镜的待加工面朝上放置，将基座的底端通过底座固定在加工车床上，对待加工反射镜的待加工面进行加工，得到加工面，其中，加工机床的构造没有具体限定，采用现有的单点金刚石机床即可；

(5)将自适应固定装置从加工机床上取下，加工面朝上，放置在可溶胶的溶剂中，作溶胶处理，使得支撑杆从定位孔内脱落，然后将固定螺母从螺纹孔中旋出，将反射镜从自适应固定装置内取下，完成对反射镜的加工。

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 (9)

1.薄壁铝合金反射镜的自适应固定装置，其特征在于，包括基座和支撑座，所述基座的一侧固可拆卸连接支撑座，基座的上端面所在水平面的高度高于支撑座的上端面所在水平面的高度，所述基座沿和支撑座的水平方向的平行方向开设贯穿基座的安装孔，安装孔用于安装反射镜的安装轴，所述安装孔的底端所在水平面的高度高于支撑座的上端面所在水平面的高度，基座在和支撑座连接侧的对应侧设置安装轴的固定组件，支撑座的上端面的上方靠近基座的区域为反射镜的镜面放置区域，安装孔底端到支撑座的上端面之间的距离大于反射镜的镜面厚度，所述支撑座上设置与反射镜的接触镜面点接触的支撑组件，支撑组件与接触镜面接触一端的形状区域与镜面形状相对应，实现对接触镜面的均匀支撑。

2.根据权利要求1所述的薄壁铝合金反射镜的自适应固定装置，其特征在于，所述支撑组件包括定位孔和支撑杆，定位孔用于放置支撑杆，所述定位孔的数目为多个，贯穿支撑座的上下端面，多个定位孔在支撑座上构成的形状区域与反射镜的接触镜面的截面形状相对应，所述支撑杆与所述定位孔可拆卸连接，支撑杆伸入定位孔一端贯穿定位孔与反射镜的接触镜面点接触，支撑杆与接触镜面接触一端构成的形状区域与接触镜面形状相对应，实现对接触镜面的均匀支撑。

3.根据权利要求1所述的薄壁铝合金反射镜的自适应固定装置，其特征在于，所述固定组件包括螺纹孔和固定螺母，所述螺纹孔对称开设于所述安装孔两端的底座侧壁上，与固定螺母配合紧固反射镜的安装轴。

4.根据权利要求1所述的薄壁铝合金反射镜的自适应固定装置，其特征在于，还包括底座，所述底座与基座连接，用于将基座固定在加工车床上。

5.根据权利要求1所述的薄壁铝合金反射镜的自适应固定装置，其特征在于，还包括多个调整螺钉，调整螺钉设置在所述基座的上端面，用于校平反射镜的待加工面。

6.薄壁铝合金反射镜的自适应加工方法，其特征在于，采用权利要求2所述的自适应固定装置对待加工反射镜进行固定，然后置于加工机床上加工，具体包括如下步骤：

(1)将待加工反射镜的安装轴置于安装孔内，使得支撑座的上端面的上方靠近基座的区域为反射镜的镜面放置区域，且待加工反射镜的待加工面背离支撑座的上端面，朝上放置，然后在基座和支撑座连接侧的对应侧用固定组件固定安装轴；

(2)把自适应固定装置旋转180°，使得支撑座的下端面朝上，即待加工反射镜的待加工面朝下放置，将支撑杆置于定位孔中，与待加工反射镜的待加工面的对应面点接触，支撑杆与定位孔之间可拆卸连接，实现对待加工反射镜的待加工面的自适应支撑；

(3)把自适应固定装置再次旋转180°，使得支撑座的上端面朝上，即待加工反射镜的待加工面朝上放置，将基座的底端固定在加工车床上，对待加工反射镜的待加工面进行加工，得到加工面；

(4)将自适应固定装置从加工机床上取下，解除支撑杆与定位孔的连接关系，使得支撑杆从定位孔内脱落，然后松开固定组件，将反射镜从自适应固定装置内取下。

7.根据权利要求6所述的薄壁铝合金反射镜的自适应加工方法，其特征在于，所述固定组件包括螺纹孔和固定螺母，所述螺纹孔对称开设于所述安装孔两端的底座侧壁上，与固定螺母配合紧固反射镜的安装轴。

8.根据权利要求6所述的薄壁铝合金反射镜的自适应加工方法，其特征在于，所述基座通过底座固定在加工车床上。

9.根据权利要求6所述的薄壁铝合金反射镜的自适应加工方法，其特征在于，所述步骤(1)之后，(2)之前，还包括，用调整螺钉将待加工反射镜的待加工面校平，调整螺钉设置在所述基座的上端面。