[发明专利]双摆极坐标快速非球面数控加工机床

说明书

技术领域

本发明属于光学冷加工技术领域，涉及一种非球面光学元件快速数控加工的装置，具体涉及一种双摆极坐标快速非球面数控加工机床。

背景技术

非球面光学元件具有光学系统设计灵活、成像质量好、光能损失少、仪器小型化、轻量化、系统更加简洁及在校正像差上具有独特的优点，非球面光学元件的口径越大，其系统的空间观测分辨率越高、集光能力和信噪比越好，达到长焦距和大视场的效果，因此被广泛的应用到大型望远镜、空间相机、军事侦察等各个领域。

目前，对于中等口径非球面的加工主要有传统加工技术和现代加工技术，传统加工技术主要是通过传统修带抛光机和高级技师的手工修磨相结合的方法完成非球面光学元件的加工，这种方法对人的依赖性比较大，存在一定的人为不确定性，加工效率低，重复性差；现代加工技术主要是通过高精度计算机数控机床完成对各种非球面光学元件的加工，但是也存在着设备复杂、成本高、效率低等问题；针对光学系统快速集成的要求，利用以往加工技术加工非球面光学元件时，由于采用单模式加工，很难有效抑制大的非球面度梯度带来的中频误差，影响非球面光学元件的质量，从而严重影响相机的成像质量；另外，采用单模式加工加工周期长，效率较低，无法满足研制计划要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种双摆极坐标快速非球面数控加工机床，解决现有技术存在的设备复杂、成本高、加工周期长、效率低及影响非球面光学元件的质量的问题，实现非球面光学元件的快速加工研制。

为实现上述目的，本发明的双摆极坐标快速非球面数控加工机床包括皮带传动机构、主轴、工件承载台、A摆加工工具和B摆加工工具；所述主轴两端安装在装有轴承的轴承座内，所述皮带传动机构的输出端与主轴一端固连，所述主轴的另一端与所述工件承载台固连，被加工非球面光学元件贴固在所述工件承载台上，所述A摆加工工具和B摆加工工具结构相同，所述A摆加工工具中的A摆曲柄盘上开有T型槽，通过T形槽螺栓和球形铰链与A摆加工工具中的A摆连杆连接实现自由回转，通过T型槽螺栓在所述A摆曲柄盘上的T型槽内的自由滑动调节所述A摆加工工具的曲柄长度，所述A摆加工工具和B摆加工工具以不同的运动模式和路径在工件的不同工位上并行工作。

所述皮带传动机构包括主轴伺服驱动电机、主轴减速器、主动轮、皮带和从动轮；主轴伺服驱动电机的输出轴与主轴减速器的输入轴刚性固连，主轴减速器的输出轴与主动轮的转轴连接，主动轮与从动轮通过皮带连接。

所述A摆加工工具包括A摆摆轴的传动曲柄摇杆机构、A摆压力调节器、A摆摆轴、A摆摆臂、A摆抛光盘和A摆顶针；A摆摆轴的两端安装在装有轴承的轴承座内，其上端通过销轴与A摆摆臂连接，A摆摆臂的摆杆水平伸向被加工非球面光学元件的上方，在A摆摆臂的摆杆末端通过A摆顶针带动A摆抛光盘的工作面与被加工非球面光学元件的被加工面滑动接触，A摆压力调节器与A摆摆臂连接为A摆抛光盘提供抛光压力；所述A摆摆轴的传动曲柄摇杆机构中的A摆摇杆的一端与所述A摆摆轴通过键连接，所述A摆摆轴的传动曲柄摇杆机构为A摆加工工具提供动力并调整运动姿态。

所述A摆摆轴的传动曲柄摇杆机构包括A摆驱动电机、A摆减速器、A摆曲柄盘、A摆连杆、A摆球型铰链和A摆摇杆；A摆驱动电机的轴与A摆减速器的输入轴刚性固连，A摆减速器的输出轴与A摆曲柄盘的转轴连接，A摆曲柄盘通过T型槽螺栓和铰链与A摆连杆的一端连接，A摆连杆的另一端通过球型铰链与A摆摇杆的一端连接，A摆摇杆的另一端与A摆摆轴通过键连接。

所述A摆曲柄盘9与A摆连杆10之间的连接处到曲柄盘中心的这一段称为曲柄，与A摆连杆10以及A摆摇杆13共同构成了A摆曲柄摇杆机构，所述A摆曲柄摆杆机构的最小传动角γmin≥50°；A摆曲柄摆杆机构的行程速度变化系数K≈1。

本发明的有益效果为：本发明的双摆极坐标快速非球面数控加工机床加工时，将非球面光学元件固紧在工件承载台上，主轴皮带传动系统驱动主轴做圆周运动或是定角度往复摆动，从而带动工件承载台与非球面光学元件做圆周运动或定角度往复摆动；A摆摆轴传动曲柄摇杆机构驱动A摆摆轴小摆幅往复摆动，从而带动A摆摆臂与抛光盘的小摆幅往复摆动；同时，B摆摆轴传动曲柄摇杆机构驱动B摆摆轴带动B摆摆臂和B摆抛光盘小摆幅往复摆动，A摆抛光盘和B摆抛光盘的相对于非球面光学元件的小摆幅往复摆动配合非球面光学元件的定角度往复摆动或转动达到非球面的双工位快速修带抛光的目的。