[发明专利]数控非球面反光镜成型机及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属光学器件加工领域，尤其涉及一种数控非球面反光镜成型机及其使用方法。

背景技术

由于非球面反光镜的曲率是连续变化的，不像一般的球面光学元件的曲率半径是不变的，因此，实现自动化加工比较困难。

目前，国内对非球面反光镜的粗磨加工基本上采用手工或仿形车床加工，加工精度和效率都很低。国外发达国家采用的是点金刚石数控加工的方法，近几年发展较快。尽管加工精度很高，但是加工效率很低，另外对加工工件也有一定的局限性。比如，对于深度口径比大于等于1/2的非球面反光镜而言，应用该类设备加工就很困难。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种加工精度理想，加工效率高，曲线的连续性好，具有较高的表面光洁度的数控非球面反光镜成型机及其使用方法。

为达到上述目的，本发明是这样实现的：

数控非球面反光镜成型机，包括工作端配有待磨工件的主轴箱、数控系统、计算机、控制Z方向伺服电机、控制X方向伺服电机、磨头驱动电机、工作端配有金刚石砂轮的磨头；所述磨头驱动电机及磨头配装于机体滑动工作台上；所述控制Z方向伺服电机及控制X方向伺服电机的动力输出部分经螺纹进给机构依次分别沿Z方向及X方向与机体滑动工作台配接；所述磨头驱动电机输出的动力传输给磨头的动力输入端；所述数控系统的控制端口分别与主轴箱、控制Z方向伺服电机、控制X方向伺服电机及磨头驱动电机的端口连接，以实现相应的指令控制；所述计算机的输出端口接数控系统的输入端口。

作为一种优选方案，本发明所述数控系统与控制Z方向伺服电机、控制X方向伺服电机间依次配有Z方向伺服电机驱动器及X方向伺服电机驱动器。

作为另一种优选方案，本发明还可配有手摇脉冲发生器；所述手摇脉冲发生器的端口经发生器接口电路接数控系统的端口。

作为第三种优选方案，本发明还可配有主轴编码器；所述主轴编码器的端口经编码器接口电路接数控系统的端口。

上述数控非球面反光镜成型机的使用方法，可按如下步骤进行：

A)将待磨工件配于主轴箱的工作端；

B)计算机依据工件的曲线方程，计算出曲线的坐标数据，转换成文本格式后，输入到数控系统，依据工件的口径或深度，确定金刚石砂轮的起始点坐标；

C)控制Z方向伺服电机及控制X方向伺服电机在数控系统的作用下，依据输入的曲线坐标带动磨头按照预定的轨迹进行动作；同时，安装在主轴箱上的工件低速旋转，磨头在磨头驱动电机的驱动下带动金刚石砂轮旋转，从而实现对主轴箱上工件的切削。

作为一种优选方案，本发明可采用刀具补偿方式对切削点的偏离进行补偿；X轴产生的偏移量为Xi＝r-rcosα，则补偿后的曲线坐标应为(X+Xi，Z)；其中α为刀具的旋转角，r为金刚石砂轮圆角的半径。

作为另一种优选方案，本发明所述α的取值对应相应的坐标点，其值等于0～αmax。

本发明主要针对面形精度要求在0.02mm左右的大深度非球面反光镜的粗磨加工。与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1)可以加工深度口径比为1的非球面反光镜；

2)加工精度可以达到0.01～0.02mm，而仿形粗磨的精度只能达到0.05mm；

3)加工效率高，比如，该设备加工深度为110mm，口径为120mm的深椭球反光镜，每片仅需要30分钟。而且，加工的前期准备工作时间明显缩短，加工过程中也不许需要像仿形粗磨那样经常进行模板的修正；

4)曲线的连续性好，由于采用数据控制，输入的坐标点间隔可以非常小(0.001mm)，因此保证了曲线的连续性；

5)表面光洁度高，由于磨头转速高(超过10000转/分)，并且采用w28或240#金刚石砂轮，加工表面的光洁度可以达到Ra＝1.6；

6)一致性好，过去采用的仿形加工法对于加工口径或深度的控制非常困难，采用数据控制后，可以将口径或深度误差控制在0.2mm以内。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围将不仅局限于下列内容的表述。

图1为本发明系统整体结构示意图；

图2为本发明控制部分主板部分结构示意图；

图3为本发明控制部分原理框图；

图4为本发明Z方向、X方向驱动部分电路原理图；

图5为本发明主轴位置编码器接口电路图；

图6为本发明手摇脉冲发生器接口电路图；