CN114147504A - 镜片固定装置及镜片的超精密车削加工方法 - Google Patents

镜片固定装置及镜片的超精密车削加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种镜片固定装置，用以吸附镜片进行加工，所述镜片固定装置包括夹持件、吸附件、抽真空装置，所述吸附件用以与所述镜片的凹面或者凸面连接，所述夹持件上开设有与连通所述抽真空装置和所述吸附件的连通孔，所述吸附件采用石墨材料制得。本发明的镜片固定装置通过设置采用石墨材料制得的吸附件，从而可以通过吸附件吸住镜片，避免划伤镜片，同时可以保证镜片同一侧的任意位置吸力相当，抓力均匀。

Description

镜片固定装置及镜片的超精密车削加工方法
技术领域
本发明涉及一种镜片固定装置及镜片的超精密车削加工方法。
背景技术
由于聚合物材料良好的可加工性、注塑性和轻量化等优点，被广泛的应用在光学领域中。其中聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)两种聚合物材料因具有良好的通光性，是用于制作透镜的优选材料，被广泛的应用在相机镜头、人工晶体、反射镜等透镜等产品中。在光学领域随着光学仪器的飞速发展，尤其民用光学消费电子领域的需求在近年来迎来爆发式增长，对透镜的加工精度提出了更高的要求。
此类零件对表面光洁度和面型精度有着极高的要求(Ra小于10nm,面型精度PV小于1微米)，镜片的超精密车削加工方法可以高效的稳定的实现达到光学使用标准的表面质量和轮廓精度。
相比其他镜片材料比如硒化锌，锗，硫化锌等红外材料，PMMA的硬度相对较低，所以在超精密车削过程中，装夹方式使用不当会造成工件变形，从而影响面型精度。
现有筒夹装夹，既容易造成工件变形，又容易在加工过程中产生松动而影响加工质量。而现有吸盘装夹容易因为吸力过大而导致工件局部受力不均而产生变形。
有鉴于此，有必要对现有的镜片固定装置予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镜片固定装置，以解决现有工装容易导致镜片变形的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种镜片固定装置，用以吸附镜片进行加工，所述镜片固定装置包括夹持件、吸附件、抽真空装置，所述吸附件用以与所述镜片的凹面或者凸面连接，所述夹持件上开设有与连通所述抽真空装置和所述吸附件的连通孔，所述吸附件采用石墨材料制得。
作为本发明的进一步改进，所述夹持件上设有收容腔，所述吸附件设置在所述收容腔内，且所述夹持件环绕所述所述吸附件设置。
作为本发明的进一步改进，所述夹持件远离所述吸附件的一侧朝向所述吸附件凹设有气腔，所述抽真空装置与所述气腔连通。
作为本发明的进一步改进，所述夹持件采用铝合金材料制得。
本发明还提供一种镜片的超精密车削加工方法，所述镜片的超精密车削加工方法包括如下步骤：
S1：提供毛坯料，提供如上述镜片固定装置，所述镜片固定装置包括凹面固定装置和凸面固定装置；
S2：使用数控车装对所述毛坯料进行开粗，得到粗工料，所述粗工料包括主体部、环绕主体部一圈设置的延伸部；
S3：使用凹面固定装置和凸面固定装置分别吸附粗工料的凹面和凸面，使用超精密车床对所述粗工料的凹面和凸面进行精修，得到精修料；
S4：使用凹面固定装置和凸面固定装置分别吸附毛坯料的凹面和凸面，使用超精密车床对所述精修料的凹面和凸面进行开粗；
S5：使用凹面固定装置和凸面固定装置分别吸附毛坯料的凹面和凸面，使用超精密车床对所述精修料的凹面和凸面进行精加工。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中凹面固定装置制作方法如下：使用超精密车床将所述凹面固定装置的吸附件进行仿形精加工，形成凸出面，然后对凸出面进行轮廓检测后，根据对刀误差、刀具的波纹度误差、刀具半径误差进行补偿；凸面固定装置的制作方法如下：使用超精密车床将所述凸面固定装置的吸附件进行仿形精加工，形成内凹面，然后对内凹面进行轮廓检测后，根据对刀误差、刀具的波纹度误差、刀具半径误差进行补偿。
作为本发明的进一步改进，步骤S2包括：用三爪卡盘夹持毛坯料，先用普通车刀对凹面进行开粗加工，待凹面加工开粗完成后，换切断刀对凸面进行开粗，凸面开粗完成时，会在凸面回转中心留有残留凸台，用砂纸手工打磨去除凸台。
作为本发明的进一步改进，步骤S3包括对粗工料的凹面和凸面进行精修，其中对凹面的精修包括如下步骤：超精密车床对所述延伸部朝向凸面的一侧进行精加工；
其中对凸面的精修包括如下步骤：超精密车床对所述延伸部朝向凹面的一侧进行精加工。
作为本发明的进一步改进，步骤S4包括对精修料的凹面和凸面进行开粗，其中对凹面的开粗包括如下步骤：朝向凹面方向进刀，进刀深度0.03mm，进5-7次；对延伸部朝向凹面的一面精车，打表平面度控制在1微米以内，用于精车加工凸面时端面定位；对延伸部外缘精车，圆周方向打表，跳动控制在1微米以内，用于精车前调整精修料两面轴线的同轴度，控制在3角分以内；
对凹面的开粗包括如下步骤：朝向凹面方向进刀，控制精修料的精加工留余量为0.03mm；精车主体部的外缘，圆周方向打表，跳动控制在1微米以内用于精加工凹面时端面的定位；完成对凸面和凹面的开粗后得到精工料。
作为本发明的进一步改进，步骤S5包括采用金刚石车刀对精修料的凹面和凸面进行精加工，其中对凹面的精加工包括如下步骤：S51：使用凸面吸附装置吸附精修料的凸面，延伸部的外缘打表，调整至跳动1微米以内，保证工件两面轴线的同轴度，控制在3角分以内；
S52：控制主轴转速1000-3000rpm，进给：0.5-2mm/min，金刚石刀具圆弧半径R0.5-R1.0mm，切削厚度：2um；
S53：在线检测凹面面型精度，补偿后重复步骤S51和S52；
对凸面的精加工包括如下步骤：S54：使用凹面吸附装置吸附精修料的凹面，主体部的外缘打表，调整至跳动1微米以内，保证工件两面轴线的同轴度，控制在3角分以内；
S55：控制主轴转速1000-3000rpm，进给：0.5-2mm/min，金刚石刀具圆弧半径R0.5-R1.0mm，切削厚度：2um；
S56：在线检测凹面面型精度，补偿后重复步骤S54和S55。
本发明的有益效果是：本发明的镜片固定装置通过设置采用石墨材料制得的吸附件，从而可以通过吸附件吸住镜片，避免划伤镜片，同时可以保证镜片同一侧的任意位置吸力相当，抓力均匀。
附图说明
图1是本发明的镜片固定装置固定镜片的凸面的结构示意图；
图2是本发明的镜片固定装置固定镜片的凹面的结构示意图；
图3是本发明的镜片的超精密车削加工方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1至图3所示，本发明提供一种镜片固定装置100，用以吸附镜片200进行加工。
如图1至图2所示，所述镜片固定装置100包括夹持件1、吸附件2、抽真空装置。
本实施例总，所述夹持件1采用铝合金材料制得，在其他实施例中，所述夹持件1也可以使用其他材料制得，只要结构强度够高，同时具有一定的密封性即可。
所述夹持件1上的两端分别设有收容腔11和气腔12，所述夹持件1上开设有与连通所述抽真空装置和所述吸附件2的连通孔13。所述连通孔13连通所述收容腔11和所述气腔12。
所述气腔12设置在所述夹持件1远离所述吸附件2的一侧，且朝向所述吸附件2凹设，所述抽真空装置与所述气腔12连通，用以产生负压。
所述吸附件2设置在所述收容腔11内，且所述夹持件1环绕所述所述吸附件2设置，以使得所述吸附件2的圆周方向密封。
所述吸附件2和所述夹持件1通过ab胶进行固定，所述吸附件2用以与所述镜片200的凹面201或者凸面202连接。本实施例中，所述吸附件2采用石墨材料制得，石墨多孔，可以供空气通过。通过采用石墨材料制得的吸附件2吸住镜片200，可以避免划伤镜片200，同时可以保证镜片200同一侧的任意位置吸力相当，抓力均匀。
如图3所示，本发明的镜片的超精密车削加工方法包括如下步骤：
S1：提供毛坯料和所述镜片固定装置100，所述镜片固定装置100包括凹面固定装置101和凸面固定装置102。毛坯料为PMMA的棒料，其中凹面固定装置101制作方法如下：使用超精密车床将所述凹面固定装置101的吸附件2进行仿形精加工，形成凸出面，然后对凸出面进行轮廓检测后，根据对刀误差、刀具的波纹度误差、刀具半径误差进行补偿。
其中凸面固定装置102的制作方法如下：使用超精密车床将所述凸面固定装置102的吸附件2进行仿形精加工，形成内凹面201，然后对内凹面201进行轮廓检测后，根据对刀误差、刀具的波纹度误差、刀具半径误差进行补偿。
S2：使用数控车装对所述毛坯料进行开粗，得到粗工料，所述粗工料包括主体部203、环绕主体部203一圈设置的延伸部204；该步骤具体包括：用三爪卡盘夹持毛坯料，先用普通车刀对凹面201进行开粗加工，待凹面201加工开粗完成后，换切断刀对凸面202进行开粗，凸面202开粗完成时，会在凸面202回转中心留有残留凸台，用砂纸手工打磨去除凸台。其中开粗加工时，按照镜片200偏高面的非球面工时，导出轮廓点坐标，坐标密度设置为0.01mm，保证开粗时的面型精度，镜片200厚度留有0.4mm余量。
S3：提供所述镜片固定装置100，使用凹面固定装置101和凸面固定装置102分别吸附粗工料的凹面201和凸面202，使用超精密车床对所述粗工料的凹面201和凸面202进行精修，得到精修料。
该步骤需要对粗工料的凹面201和凸面202进行精修，其中对凹面201的精修包括如下步骤：对所述延伸部204朝向凸面202的一侧进行精加工；
其中对凸面202的精修包括如下步骤：对所述延伸部204朝向凹面201的一侧进行精加工。
S4：使用凹面固定装置101和凸面固定装置102分别吸附毛坯料的凹面201和凸面202，使用超精密车床对所述精修料的凹面201和凸面202进行开粗。
步骤S4包括对精修料的凹面201和凸面202进行开粗，其中对凹面201的开粗包括如下步骤：朝向凹面201方向进刀，进刀深度0.03mm，进5-7次；对延伸部204朝向凹面201的一面精车，打表平面度控制在1微米以内，用于精车加工凸面202时端面定位；对延伸部204外缘精车，圆周方向打表，跳动控制在1微米以内，用于精车前调整精修料两面轴线的同轴度，控制在3角分以内；
对凹面201的开粗包括如下步骤：朝向凹面201方向进刀，控制精修料的精加工留余量为0.03mm；精车主体部203的外缘，圆周方向打表，跳动控制在1微米以内用于精加工凹面201时端面的定位；完成对凸面202和凹面201的开粗后得到精工料。
S5：使用凹面固定装置101和凸面固定装置102分别吸附毛坯料的凹面201和凸面202，使用超精密车床对所述精修料的凹面201和凸面202进行精加工。
步骤S5包括采用金刚石车刀对精修料的凹面201和凸面202进行精加工，其中对凹面201的精加工包括如下步骤：S51：使用凸面202吸附装置吸附精修料的凸面202，延伸部204的外缘打表，调整至跳动1微米以内，保证工件两面轴线的同轴度，控制在3角分以内；
S52：控制主轴转速1000-3000rpm，进给：0.5-2mm/min，金刚石刀具圆弧半径R0.5-R1.0mm，切削厚度：2um；
S53：在线检测凹面201面型精度，补偿后重复步骤S51和S52；
对凸面202的精加工包括如下步骤：S54：使用凹面201吸附装置吸附精修料的凹面201，主体部203的外缘打表，调整至跳动1微米以内，保证工件两面轴线的同轴度，控制在3角分以内；
S55：控制主轴转速1000-3000rpm，进给：0.5-2mm/min，金刚石刀具圆弧半径R0.5-R1.0mm，切削厚度：2um；
S56：在线检测凹面201面型精度，补偿后重复步骤S54和S55。
步骤S3、S4、S5中，对凹面201和凸面202的加工顺序可以进行更换。
本发明的镜片固定装置100通过设置采用石墨材料制得的吸附件2，从而可以通过吸附件2吸住镜片200，避免划伤镜片200，同时可以保证镜片200同一侧的任意位置吸力相当，抓力均匀；本发明的镜片的超精密车削加工方法，可以实现镜片200的生产，且获得的镜片200精度更高，表面光洁度更好。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种镜片固定装置，用以吸附镜片进行加工，其特征在于：所述镜片固定装置包括夹持件、吸附件、抽真空装置，所述吸附件用以与所述镜片的凹面或者凸面连接，所述夹持件上开设有与连通所述抽真空装置和所述吸附件的连通孔，所述吸附件采用石墨材料制得。
2.根据权利要求1所述的镜片固定装置，其特征在于：所述夹持件上设有收容腔，所述吸附件设置在所述收容腔内，且所述夹持件环绕所述所述吸附件设置。
3.根据权利要求1所述的镜片固定装置，其特征在于：所述夹持件远离所述吸附件的一侧朝向所述吸附件凹设有气腔，所述抽真空装置与所述气腔连通。
4.根据权利要求1所述的镜片固定装置，其特征在于：所述夹持件采用铝合金材料制得。
5.一种镜片的超精密车削加工方法，其特征在于：所述镜片的超精密车削加工方法包括如下步骤：
S1：提供毛坯料，提供如权利要求1-4任意一项所述镜片固定装置，所述镜片固定装置包括凹面固定装置和凸面固定装置；
S2：使用数控车装对所述毛坯料进行开粗，得到粗工料，所述粗工料包括主体部、环绕主体部一圈设置的延伸部；
S3：使用凹面固定装置和凸面固定装置分别吸附粗工料的凹面和凸面，使用超精密车床对所述粗工料的凹面和凸面进行精修，得到精修料；
S4：使用凹面固定装置和凸面固定装置分别吸附毛坯料的凹面和凸面，使用超精密车床对所述精修料的凹面和凸面进行开粗；
S5：使用凹面固定装置和凸面固定装置分别吸附毛坯料的凹面和凸面，使用超精密车床对所述精修料的凹面和凸面进行精加工。
6.根据权利要求5所述的镜片的超精密车削加工方法，其特征在于：步骤S1中凹面固定装置制作方法如下：使用超精密车床将所述凹面固定装置的吸附件进行仿形精加工，形成凸出面，然后对凸出面进行轮廓检测后，根据对刀误差、刀具的波纹度误差、刀具半径误差进行补偿；凸面固定装置的制作方法如下：使用超精密车床将所述凸面固定装置的吸附件进行仿形精加工，形成内凹面，然后对内凹面进行轮廓检测后，根据对刀误差、刀具的波纹度误差、刀具半径误差进行补偿。
7.根据权利要求5所述的镜片的超精密车削加工方法，其特征在于：步骤S2包括：用三爪卡盘夹持毛坯料，先用普通车刀对凹面进行开粗加工，待凹面加工开粗完成后，换切断刀对凸面进行开粗，凸面开粗完成时，会在凸面回转中心留有残留凸台，用砂纸手工打磨去除凸台。
8.根据权利要求5所述的镜片的超精密车削加工方法，其特征在于：步骤S3包括对粗工料的凹面和凸面进行精修，其中对凹面的精修包括如下步骤：超精密车床对所述延伸部朝向凸面的一侧进行精加工；
其中对凸面的精修包括如下步骤：超精密车床对所述延伸部朝向凹面的一侧进行精加工。
9.根据权利要求5所述的镜片的超精密车削加工方法，其特征在于：步骤S4包括对精修料的凹面和凸面进行开粗，其中对凹面的开粗包括如下步骤：朝向凹面方向进刀，进刀深度0.03mm，进5-7次；对延伸部朝向凹面的一面精车，打表平面度控制在1微米以内，用于精车加工凸面时端面定位；对延伸部外缘精车，圆周方向打表，跳动控制在1微米以内，用于精车前调整精修料两面轴线的同轴度，控制在3角分以内；
对凹面的开粗包括如下步骤：朝向凹面方向进刀，控制精修料的精加工留余量为0.03mm；精车主体部的外缘，圆周方向打表，跳动控制在1微米以内用于精加工凹面时端面的定位；完成对凸面和凹面的开粗后得到精工料。
10.根据权利要求5所述的镜片的超精密车削加工方法，其特征在于：步骤S5包括采用金刚石车刀对精修料的凹面和凸面进行精加工，其中对凹面的精加工包括如下步骤：S51：使用凸面吸附装置吸附精修料的凸面，延伸部的外缘打表，调整至跳动1微米以内，保证工件两面轴线的同轴度，控制在3角分以内；
S52：控制主轴转速1000-3000rpm，进给：0.5-2mm/min，金刚石刀具圆弧半径R0.5-R1.0mm，切削厚度：2um；
S53：在线检测凹面面型精度，补偿后重复步骤S51和S52；
对凸面的精加工包括如下步骤：S54：使用凹面吸附装置吸附精修料的凹面，主体部的外缘打表，调整至跳动1微米以内，保证工件两面轴线的同轴度，控制在3角分以内；
S55：控制主轴转速1000-3000rpm，进给：0.5-2mm/min，金刚石刀具圆弧半径R0.5-R1.0mm，切削厚度：2um；
S56：在线检测凹面面型精度，补偿后重复步骤S54和S55。
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