CN113172459B - 一种光学元件的车削定心装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学元件的车削定心装置，其特征在于：包括活动基座，用于安装在机床上；依次重叠的多个叶片，各叶片可摆动地设于所述活动基座上，多个叶片的内壁能够围合成供光学元件穿设的通孔，且所述活动基座安装于机床状态下，所述通孔的中心线与机床主轴的轴线同轴；驱动结构，用于驱动各叶片摆动以无极调节所述通孔的孔径；锁定结构，用于锁定所述通孔的孔径。本发明涉及的一种光学元件的车削定心装置，更易操作、工作效率高，而且，定心操作对操作者要求较低，定心精度高且定心稳定性更好，适用范围广。

Description

一种光学元件的车削定心装置
技术领域
本发明涉及一种用于光学元件加工技术领域，具体涉及一种光学元件的车削定心装置。
背景技术
车削是一种在车床上用车刀对旋转的工件进行加工的工艺，主要用于加工工件的回转表面。其中，在光学元件的车削加工技术领域中，计算机数控单点金刚石车削技术(SPDT)是一项新型光学零件加工技术，它是在超精密车床上，采用天然单晶金刚石作刀具，在对机床和加工环境进行精密控制的条件下，直接利用天然金刚石刀具单点车削加工出符合光学质量要求的光学零件。采用计算机数控单点金刚石车削技术对光学元件进行加工时，加工精度高达纳米级，表面粗糙度可以控制在3-8nm，面形精度控制在PV值小于0.6μm，中心偏精度控制在0.005mm以内，因此，该技术广泛应用于高精度光学元件的加工中。
为了便于对光学元件进行加工，需要在加工前将光学元件定心装夹于车床主轴上。由于车床的主轴转速高达每分钟数千甚至上万转，若光学元件装夹偏心过多，则加工时巨大的离心力会导致主轴产生过大端跳，使光学元件的加工精度下降，因此对光学元件装夹的定心精度要求很高。
申请号为CN201911018059.2(公开号为CN110666722A)的中国发明专利申请公开了一种适于含能回转零件柔性快调式自定心吸具及定心方法，包括吸盘体和找正器，吸盘体的上部为吸附端面，吸盘体的吸附端面开设有直径逐渐变大的同心环腔结构，每一个环腔内在垂直吸附端面方向间隔120°开设3个通气孔，且相邻的环腔内相邻的通气孔处于同一直线上；所述找正器轴连接在环腔的通气孔内。该自定心吸具通过找正器对放置于吸盘体中心区域的回转工件三次摆表找正的方式使其自定心，存在以下不足：①找正器需要多次人工测量，不仅操作比较繁琐，耗时长，工作效率低定心，而且，测量操作对操作者的技术要求高，定心精度非常依赖于操作者的技术，且定心稳定性不佳；②吸盘体吸附端面上的同心环腔的直径为一组的离散的值，使该自定心吸具仅能适用于部分尺寸的光学元件的定心，适用范围窄。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状提供一种光学元件的车削定心装置，更易操作、工作效率高，而且，定心操作对操作者要求较低，定心精度高且定心稳定性更好。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述的技术现状提供一种适用范围更广的光学元件的车削定心装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种光学元件的车削定心装置，其特征在于：包括
活动基座，用于安装在机床上；
依次重叠的多个叶片，各叶片可摆动地设于所述活动基座上，多个叶片的内壁能够围合成供光学元件穿设的通孔，且所述活动基座安装于机床状态下，所述通孔的中心线与机床主轴的轴线同轴；
驱动结构，用于驱动各叶片摆动以无极调节所述通孔的孔径；
锁定结构，用于锁定所述通孔的孔径。
由于光学元件为高精密元件，过高的夹持力容易使光学元件发生变形而损坏，为了便于控制各叶片对光学元件的夹持力度，所述驱动结构包括与所述的各个叶片分别连接的转盘、及与所述转盘连接的手柄。采用人工操控手柄从而控制通孔孔径，使各叶片摆动速度较小，便于控制通孔孔径的变化速度，还能根据实际情况暂停或开始，灵活性更高，从而便于控制各叶片对光学元件的夹持力度，提高光学元件加工合格率。
为了使各叶片的摆动速度更低，所述手柄能绕自身轴线旋转，所述手柄上设有第一齿轮部，所述转盘上设有与所述第一齿轮部啮合的第二齿轮部，且所述第二齿轮部的直径大于所述第一齿轮部的直径。第一齿轮部和第二齿轮部的直径配合关系使转盘的转速更低，从而降低各叶片的摆动速度，避免通孔孔径的变化速度过快而使各叶片的夹持力过高。
进一步设计，所述手柄有两个，且对称分布于所述转盘周向上的两侧。两个手柄同时驱动转盘转动，能够使转盘转动更加顺利，而两个手柄的位置分布，能够使转盘受力更加均衡，避免单侧应力集中，长时间使用后易发生歪斜而造成叶片歪斜。
为了使转盘转动更加顺利，所述活动基座上设有环形滑槽，所述环形滑槽中设有与所述转盘相接触的滚珠。
进一步设计，所述转盘为环形，且所述手柄靠近所述转盘外侧，所述环形滑槽靠近所述转盘内侧。环形设计的转盘能够使转盘质量更轻，更容易被驱动，操作手柄更加省力；由于转盘外径尺寸更大，将手柄靠近转盘外侧设置，使第一齿轮部和第二齿轮部配合的降速效果更明显，转盘转速更低；手柄和环形滑槽的位置关系能够使转盘受力更加均匀，避免应力集中。
进一步设计，所述活动基座上连接有位于所述的多个叶片上方的盖板，所述盖板上开有与所述通孔对应的第一开口，所述转盘位于所述的多个叶片下方，所述手柄下部与所述转盘连接，且所述手柄上端穿出所述盖板。
将叶片和转盘设于活动基座和盖板之间，手柄下部穿设于盖板上，能够对叶片、转盘、及转盘与手柄的连接结构起到一定的保护作用，使叶片和转盘不易受损或发生位置变化，有助于保持该装置的定心精度；将叶片设于转盘上方，便于操作者观察叶片的摆动情况从而便于控制通孔的孔径。
为了便于转盘带动各叶片摆动，各叶片的上壁设有与所述盖板转动连接的转轴，各叶片的下壁设有导柱，且所述转盘上设有与各导柱一一对应的弧形导槽。
进一步设计，还包括固定基座，所述固定基座上设有用于供光学元件搁置的搁置平面，所述搁置平面与所述通孔对应且表面光滑。机床包括立式机床和卧式机床，对于立式机床，可先将光学元件装夹于定心装置上再安装于机床上，也可先将该定心装置安装于机床上再夹持光学元件，而对于卧式机床，若先将该定心装置安装于机床上再夹持光学元件，光学元件容易因重力而发生偏心，固定基座的设计能够使光学元件装夹于通孔中时具有统一的搁置平面，使定心精度更高，稳定性更好，搁置平面的光滑设计能够使通孔收缩时，各叶片推动光学元件在搁置平面上平移时摩擦力较小，光学元件表面不易被损坏。
进一步设计，所述锁定结构包括设于所述手柄底部的螺栓孔、及穿设于所述活动基座上且与所述螺栓孔螺纹连接的锁定螺栓；所述活动基座底部开有与所述通孔对应的第二开口，所述固定基座上设有上台阶部和下台阶部，所述上台阶部插设于所述插入所述第二开口中，所述上台阶部的台阶面为所述的搁置平面，所述下台阶部的台阶面用于供所述活动基座搁置，所述锁定螺栓位于所述下台阶部外侧。螺栓孔和锁定螺栓的配合锁定结构简单，操作方便，成本低；上台阶部的设计能够垫高光学元件，使光学元件更靠近通孔；由于螺栓孔设于手柄底部，锁定或解锁通孔孔径时需要操作者从活动基座底部对锁定螺栓进行调节，下台阶部的设计能够垫高螺栓孔的高度并使锁定螺栓外露，使操作者更容易调节锁定螺栓。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用类似于虹膜光圈结构的多个叶片对光学元件进行定心夹持，使用该装置时，只需要将光学元件穿设于通孔中并被夹持住，再将活动基座安装于机床上即可完成定心操作，操作简单，耗时短，工作效率高，对操作者的技术要求较低，定心精度高、稳定性好；可无极调节通孔的孔径，使该装置光学元件尺寸范围更广；通孔内壁与光学元件周壁为面接触，光学元件受力均匀，使光学元件不易因夹持力过于集中而损坏；结构简单，易于加工制造。
附图说明
图1为本发明实施例的立体结构图；
图2为本发明实施例的纵向剖视图；
图3为本发明实施例的立体分解图。
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1-3所示，为本发明的最佳实施例。
如图3所示，本实施例中的光学元件的车削定心装置，包括活动基座1、固定基座2、多个叶片3、转盘4、手柄5、滚珠6、盖板7、锁定螺栓8等主要零部件。
本实施例中的活动基座1用于安装在机床上。机床可以是机械装夹式机床，也可以是真空吸附式机床，优选为真空吸附式机床。如图1和图3所示，多个叶片3依次重叠，各叶片3可摆动地设于活动基座1上，多个叶片3的内壁能够围合成供光学元件穿设的通孔30，且活动基座1安装于机床状态下，该通孔30的中心线与机床主轴的轴线同轴。该车削定心装置还设有用于驱动各叶片3摆动以无极调节通孔30的孔径的驱动结构、及用于锁定通孔30的孔径的锁定结构。
本实施例中，采用类似于虹膜光圈结构的多个叶片3对光学元件进行定心夹持，使用该装置时，只需要将光学元件穿设于通孔30中并被夹持住，再将活动基座1安装于机床上即可完成定心操作，操作简单，耗时短，工作效率高，对操作者的技术要求较低，定心精度高、稳定性好；可无极调节通孔30的孔径，使该装置光学元件尺寸范围更广；本实施例中的叶片3采用脆性材料制成，且叶片3具有一定的厚度，使通孔30内壁与光学元件周壁为面接触，光学元件受力均匀，使光学元件不易因夹持力过于集中而损坏；结构简单，易于加工制造。
由于光学元件为高精密元件，过高的夹持力容易使光学元件发生变形而损坏，为了便于控制各叶片3对光学元件的夹持力度，如图2所示，该驱动结构包括与各个叶片3分别连接的转盘4、及与转盘4连接的手柄5。采用人工操控手柄5从而控制通孔30孔径，使各叶片3摆动速度较小，便于控制通孔30孔径的变化速度，还能根据实际情况暂停或开始，灵活性更高，从而便于控制各叶片3对光学元件的夹持力度，提高光学元件加工合格率。
具体地，如图3所示，手柄5能绕自身轴线旋转，手柄5底部设有第一齿轮部51，转盘4上设有与第一齿轮部51啮合的第二齿轮部41，且第二齿轮部41的直径大于第一齿轮部51的直径，使转盘4的转速更低，从而降低各叶片3的摆动速度，避免通孔30孔径的变化速度过快而使各叶片3的夹持力过高。如图1所示，本实施例中的手柄5有两个，能够同时驱动转盘4转动，能够使转盘4转动更加顺利，且两个手柄5对称分布于转盘4周向上的两侧，能够使转盘4受力更加均衡，避免单侧应力集中，长时间使用后易发生歪斜而造成叶片3歪斜。
为了使转盘4转动更加顺利，活动基座1上设有环形滑槽11(见图2-3)，环形滑槽11中设有与转盘4相接触的滚珠6(见图3)。转盘4为环形(见图3)，能够使转盘质量更轻，更容易被驱动，操作手柄5更加省力。由于转盘4外径尺寸更大，手柄5靠近转盘4外侧(见图2)，使第一齿轮部51和第二齿轮部41配合的降速效果更明显，转盘4转速更低；环形滑槽11靠近转盘4内侧(见图2)，能够使转盘4受力更加均匀，避免应力集中。
如图2所示，活动基座1上连接有盖板7，盖板7位于多个叶片3的上方，且盖板7上开有与通孔30对应的第一开口71。转盘4位于多个叶片3下方，手柄5上端穿出盖板7。将叶片3、转盘4、及第一齿轮部51和第二齿轮部41的啮合结构设于活动基座1和盖板7之间，能够对叶片3和转盘4起到一定的保护作用，使叶片3和转盘4不易受损或发生位置变化，有助于保持该装置的定心精度；将叶片3设于转盘4上方，便于操作者观察叶片3的摆动情况从而便于控制通孔30的孔径。如图3所示，各叶片3的上壁设有与盖板7转动连接的转轴31，各叶片3的下壁设有导柱32，且转盘4上设有与各导柱32一一对应的弧形导槽42。
如图2所示，本实施例的锁定结构包括设于手柄5底部的螺栓孔52、及穿设于活动基座1上且与螺栓孔52螺纹连接的锁定螺栓8。该锁定结构简单，操作方便，成本低。具体地，螺栓孔52位于第一齿轮部51中部。
如与2所示，活动基座1底部开有与通孔30对应的第二开口12，固定基座2上设有上台阶部21和下台阶部22，该上台阶部21插设于第二开口12中，且上台阶部21的台阶面210为表面光滑的搁置平面。光学元件装夹于通孔30中时具有统一的搁置平面，使定心精度更高，稳定性更好，搁置平面的光滑设计能够使通孔30收缩时，各叶片3推动光学元件在搁置平面上平移时摩擦力较小，光学元件表面不易被损坏，使该定心装置既适用于立式机床，还适用于卧式机床。本实施例中的固定基座2为玻璃基座。如图2所示，下台阶部22的台阶面220用于供活动基座1搁置，且锁定螺栓8位于下台阶部22外侧，能够垫高螺栓孔52的高度并使锁定螺栓8外露，使操作者更容易调节锁定螺栓8。
将本实施例中的定心装置与真空吸附式机床配合使用的工作原理为：
先将本实施例中的定心装置放置于平整的工作台上，此时，锁定螺栓8未与螺栓孔52拧紧，反向转动手柄5使各叶片3的自由端朝向远离通孔30中心线的方向摆动至极限位置，使通孔30孔径扩张至最大。
将光学元件穿设于通孔30中并放置于搁置平面上，正向转动手柄5，转盘4将手柄5输入的转速降低后再以较低的速度带动各叶片3的自由端朝向靠近通孔30中心线的方向摆动，使通孔30孔径收缩，此时光学元件在多个叶片3的推动在玻璃底座7上方滑动直至到达中心位置。
继续正向转动手柄5，使多个叶片3产生适宜的夹持力夹住光学元件，拧紧锁定螺栓8以锁定手柄5的转动。
同时移动本定心装置中除固定基座2以外的部件至机床上，并将活动基座1安装于机床的真空吸盘上，此时，光学中心与机床主轴的轴线同轴。开启机床的真空装置，使光学元件吸附到真空吸盘上，松开锁定螺栓8，再次反向转动手柄5，使光学元件脱离通孔30。从机床上拆下本定心装置中除固定基座2以外的部件，则光学元件的定心装夹完成。

Claims (10)

1.一种光学元件的车削定心装置，其特征在于：包括
活动基座(1)，用于安装在机床上；
依次重叠的多个叶片(3)，各叶片(3)可摆动地设于所述活动基座(1)上，多个叶片(3)的内壁能够围合成供光学元件穿设的通孔(30)，且所述活动基座(1)安装于机床状态下，所述通孔(30)的中心线与机床主轴的轴线同轴；
驱动结构，用于驱动各叶片(3)摆动以无极调节所述通孔(30)的孔径；
锁定结构，用于锁定所述通孔(30)的孔径。
2.根据权利要求1所述的一种光学元件的车削定心装置，其特征在于：所述驱动结构包括与所述的各个叶片(3)分别连接的转盘(4)、及与所述转盘(4)连接的手柄(5)。
3.根据权利要求2所述的一种光学元件的车削定心装置，其特征在于：所述手柄(5)能绕自身轴线旋转，所述手柄(5)上设有第一齿轮部(51)，所述转盘(4)上设有与所述第一齿轮部(51)啮合的第二齿轮部(41)，且所述第二齿轮部(41)的直径大于所述第一齿轮部(51)的直径。
4.根据权利要求3所述的一种光学元件的车削定心装置，其特征在于：所述手柄(5)有两个，且对称分布于所述转盘(4)周向上的两侧。
5.根据权利要求3所述的一种光学元件的车削定心装置，其特征在于：所述活动基座(1)上设有环形滑槽(11)，所述环形滑槽(11)中设有与所述转盘(4)相接触的滚珠(6)。
6.根据权利要求5所述的一种光学元件的车削定心装置，其特征在于：所述转盘(4)为环形，且所述手柄(5)靠近所述转盘(4)外侧，所述环形滑槽(11)靠近所述转盘(4)内侧。
7.根据权利要求2所述的一种光学元件的车削定心装置，其特征在于：所述活动基座(1)上连接有位于所述的多个叶片(3)上方的盖板(7)，所述盖板(7)上开有与所述通孔(30)对应的第一开口(71)，所述转盘(4)位于所述的多个叶片(3)下方，所述手柄(5)下部与所述转盘(4)连接，且所述手柄(5)上端穿出所述盖板(7)。
8.根据权利要求7所述的一种光学元件的车削定心装置，其特征在于：各叶片(3)的上壁设有与所述盖板(7)转动连接的转轴(31)，各叶片(3)的下壁设有导柱(32)，且所述转盘(4)上设有与各导柱(32)一一对应的弧形导槽(42)。
9.根据权利要求2～8中任一权利要求所述的一种光学元件的车削定心装置，其特征在于：还包括固定基座(2)，所述固定基座(2)上设有用于供光学元件搁置的搁置平面，所述搁置平面与所述通孔(30)对应且表面光滑。
10.根据权利要求9所述的一种光学元件的车削定心装置，其特征在于：所述锁定结构包括设于所述手柄(5)底部的螺栓孔(52)、及穿设于所述活动基座(1)上且与所述螺栓孔(52)螺纹连接的锁定螺栓(8)；所述活动基座(1)底部开有与所述通孔(30)对应的第二开口(12)，所述固定基座(2)上设有上台阶部(21)和下台阶部(22)，所述上台阶部(21)插设于所述第二开口(12)中，所述上台阶部(21)的台阶面(210)为所述的搁置平面，所述下台阶部(22)的台阶面(220)用于供所述活动基座(1)搁置，所述锁定螺栓(8)位于所述下台阶部(22)外侧。
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