[发明专利]非球面轨迹成形加工方法及装置

说明书

本发明涉及一种光学零件加工方法及装置。

在光学系统中采用非球面零件，具有球面零件无法比拟的优越性，但由于非球面加工及检测的困难，长期以来一直未能得到广泛应用。可是人们一直不断努力探索非球面加工与检测技术，促使非球面加工技术有了较快的发展和应用。

至今为止人们所研究出的各种非球面加工方法己有几十种，按其加工原理，大体上可分为四大类；去除加工、附加加工、变形加工和变质工方法。尽管加工方法很多，除了传统的手工加工和数控加工方法之外，绝大部分都是针对某一种形状和某一种尺寸的非球面。但至今为止，在加工效率、加工精度以及通用性等方面兼优的方法一种也没有。

目前国内外加工非球面零件，普遍采用的是传统的手工研磨抛光和数控车削或数控研磨抛光或数控磨削的去除加工方法进行单件少量生产。传统的手工研磨抛光方法，虽然能够加工出高精度非球面零件，但要求操作者具有丰富的经验和很高的技巧，而且由于加工重复性差、加工周期长、成本高，无法适应批量生产的需求。为了解决加工周期长，加工成本高的问题，在相当长时期人们一直在利用机构或靠模成形轨迹的方法中寻找解决方法，机构或靠模的成形方法虽然加工效率高、表面粗糙度也容易保证，但所得到的加工轨迹的形状误差较大，很难加工出高精度非球面零件，而且由于机构或靠模成形轨迹的单一性，也无法适用于多种形状各种尺寸的非球面零件的加工。所以利用机构或靠模成形的方法，只能适用于某一种形状和特定尺寸的中低精度非球面零件的批量生产。

随着数控技术的发展，人们放弃了机构或靠模成形轨迹的方法，转向用数控技术解决非球面零件的方法。数控加工的实质是用数控研磨抛光的方法逐渐逼近设计要求的面形或者用数控车削或磨削方法，使车刀或磨轮按编制好的轨迹程序运动得到要求的非球面形状。数控加工属于柔性加工技术，适用于多种形状多种尺寸的非球面零件的加工，但高精度的面形的获得必须在反复检测与反复修磨才能得到，而且加工设备昂贵，操作技术复杂，是属于一种专家操作技术。虽然它比传统的手工研磨抛光方法容易加工出高精度非球面零件，但加工周期仍然较长、加工成本高，不适用于批量生产。就目前状况而言，还没有可与球面零件的加工技术相比拟的非球面加工技术，既适用于单件又适用于批量的高效加工技术。

非球面零件加工方法主要是从传统的手工加工方法，到机构或靠模的成形轨迹方法，再发展到数控加工方法。从这一发展变革中可以看出，人们不断探索的关键技术的核心是如何获得准确的非球面成形轨迹，并能高效精确地加工出高精度的非球面零件的方法。

光学系统中采用的非球面的种类很多，其中轴对称非球面用的最多，而且轴对称非球面的加工难度大。在轴对称非球面中大多数是由椭圆、抛物线和双曲线等二次曲线形成的曲面，此外，还有少量的高次非球面零件。本发明的目的是针对上述加工非球面零件的方法及装置存在的问题，创造了一种非球面轨迹成形加工的方法及装置，它既适用于多种形状、各种尺寸的单件加工，又适用于高效低成本地批量生产需求。

本发明是这样实现的，即提供一种非球面零件的加工方法，包括凸凹二次非球面和高次非球面的粗磨、精磨和超精磨(或抛光)加工，其特征在于所说的二次非球面零件的加工方法的步骤是，根据设计所给出的二次曲线方程式通过数学计算在圆锥体求得正确截取轨迹的参数α、φ和L，或是通过试加工方法确定合适的曲线轨迹；用一个轨迹截取体在一个圆锥体上截取轨迹，即将圆锥体安装到设置有轨迹截取体的非球面零件轨迹成形装置上，并按上述求得的参数确定圆锥体与截取体的相对位置；零件在转动的同时与圆锥体一起绕摆动轴摆动，使圆锥体上所截取到的准确轨迹曲线十分精确地转移到零件上形成非球面，即可在加工过程中精确地把所截得的轨迹转移到零件上，获得二次非球面零件；所说的凸或凹的高次非球面零件的加工轨迹的获得是，可由其他方法加工出准确的平面样板取代设在装置上的圆锥体，即可把平面样板上的高次曲线精确地转移到零件上，获得高次非球面零件。