[发明专利]用于非球曲面加工的真空吸附夹具

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于非球曲面加工的真空吸附夹具，尤其是一种适用于基于弹性变形面型复制原理的非球曲面加工的真空吸附夹具。

背景技术

非球曲面零件是国防、航空航天、天文等领域非常重要的一类零件，在民用光电产品上的应用也极为广泛，市场对非球曲面透镜的需求量正迅速增加。精密非球曲面的高效低成本加工技术也成为研究热点。

现有的非球曲面加工方法中，弹性变形面型复制加工技术是一种新型的非球曲面加工方法(参考中国发明专利CN102139465B)，其基本原理为：根据预期板状零件工作表面轮廓，制作负形靠模，充当工件夹具；将精密板状工件毛坯在弹性变形范围内用真空吸附方式紧密吸附于负形靠模表面；以平面研磨、抛光等技术对毛坯进行精密与超精密加工；加工完成后从负形靠模上释放工件，工件弹性变形恢复，被加工表面即形成预期轮廓。该方法利用光学玻璃等材料的线弹性特性，使复杂的曲面加工转变为简单、易操作的平面加工。该方法结合了面型复制成形方式与传统材料去除冷加工方式的特点，可在保证工件加工精度和材料性质稳定的情况下提高加工效率与一致性，尤其适合于薄型非球曲面的精密高效批量加工。

但目前基于弹性变形面型复制机理的非球曲面加工方法仍处于理论构想阶段，未见其有实际应用的研究，其中主要的难点与关键问题为如何设计出有效、可靠的真空吸附夹具。目前现有的真空吸附夹具大部分仅适用于平面加工，而部分可用于弹性变形面型复制非球曲面加工的真空吸附夹具其靠模面均为钢或铝合金等刚性硬质材料制成的沟槽结构。在实际加工中，由于工件多为光学玻璃等脆性材料制成的薄型工件，与硬质沟槽接触后其表面应力分布不均匀，在沟槽边缘处易产生应力集中，因此在加工过程中工件易产生碎裂失效，难以保证加工过程的可靠性。另一方面，多孔陶瓷材料由于其内部存在大量互相连通的微孔，因此具有吸附均匀、刚性好等优点，目前已广泛应用于硅片等硬脆材料减薄加工中的工件吸附夹持。但目前多孔陶瓷材料真空吸附夹具均为平面加工吸附夹具，未见用于非球曲面加工的多孔陶瓷材质真空吸附夹具。

综上所述，目前在使用基于弹性变形面型复制机理进行非球曲面加工时，缺乏有效、可靠的适用于非球曲面加工的真空吸附夹具。

发明内容

针对现有的用于弹性变形面型复制非球曲面加工的真空吸附夹具其靠模面均为使用硬质材料沟槽结构，存在工件易碎裂、加工过程不稳定的问题，本发明提出了一种有效、可靠、能保证非球曲面加工的面型精度的用于非球曲面加工的真空吸附夹具。

本发明所述的用于非球曲面加工的真空吸附夹具，其特征在于：包括夹具体、靠模，所述的夹具体的上表面开有若干条带有径向槽的同心圆沟槽，所述的夹具体的下表面设置与夹具体上表面连通的真空接口，所述的真空接口通过真空接口夹具与外部的真空吸附系统连接；所述的靠模的上表面为靠模面，且所述的靠模面被加工成与目标面形相反并延伸到夹具体外围的曲面，所述的靠模固定在所述的夹具体上表面的同心沟槽上。

所述的夹具体的上表面均匀设有若干条带有径向槽的同心圆沟槽。

所述的夹具体采用刚性硬质材料制成。

所述的靠模采用多孔陶瓷材料制成。

所述的夹具体采用45号钢。

所述的靠模为气孔率50%、平均孔径100μm的刚玉多孔陶瓷，并且所述的靠模面的面型为直径40mm、中心曲率半径2500mm的凹形抛物面。

使用时，先将一个双面平滑的平板工件与夹具的靠模面相接触，然后通过夹具体上的真空接口与真空吸附系统的气源连接，则平板工件与靠模面之间产生负压，平板工件产生完全弹性变形的同时与靠模面紧密贴合，平板工件变形后其未与靠模面接触的面作为被加工表面；通过研磨盘以平面加工方式对变形后的工件进行研磨与抛光加工，直至所述被加工表面成为平面；撤去真空吸附系统的气源，释放平板工件与靠模面之间的负压，平板工件产生恢复性弹性变形，被加工表面形成与靠模面相同的面形，平板工件与靠模面相接触的面变形至平面。

本发明的有益效果是：使用多孔陶瓷材质作为负型靠模材料制作的真空吸附夹具，可以避免硬质材料沟槽靠模中工件易碎裂的问题，保证弹性变形面型复制加工过程的稳定性与可靠性；同时多孔陶瓷材料具有吸附均匀、刚性好的特点，可以保证非球曲面加工的面型精度，从而实现非球曲面的精密高效加工。

附图说明

图1是本发明的结构图。

图2是本发明的使用真空吸附夹具进行非球曲面加工过程示意图A。

图3是本发明的使用真空吸附夹具进行非球曲面加工过程示意图B。