[发明专利]一种应用于中大口径非球面光学元件的点线包络磨削方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中大口径非球面光学元件的点线包络磨削加工方法，特别适用于中大口径光学元件轴对称非球面精密磨削加工。

背景技术

非球面光学元件精密磨削加工主要采用模具成形和数控铣磨技术。模压成形的优点是可以批量化生产非球面镜，缺点是模具制造难度大、加工出光学元件精度低，由于中大口径光学元件工艺参数复杂，要求精度高，加工时温度，环境，压力等变化对面形精度影响大，以致无法进行中大口径的模压，因此模压成形技术适用于超大批量小口径低精度光学元件。数控铣磨是通过数控铣磨机床对光学元件进行点对点的非球面铣磨加工，可以加工出高精度的光学元件，缺点是加工效率相对较低，砂轮磨削快，不适用中大口径非球面光学元件加工。目前，中大口径非球面光学元件的加工方法主要采用研磨和抛光加工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于中大口径非球面光学元件的点线包络磨削加工方法，该方法能够满足中大口径光学元件高精度轴对称非球面面形加工，面形沿圆周方向一致性好，沿Y轴母线方向与数学模型一致，整体面形精度高，磨削加工表面质量好，在保证磨削加工高精度的中大口径光学元件的基础上，明显提高磨削加工效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：

点线包络磨削面形成形原理：通过光学元件的数学模型y²=a₁x+a₂x²+a₃x³+a₄x⁴+…进行离散点分离，将点分离成水平面上的（x，y）点坐标，根据加工面形精度要求，确定X轴方向的步长Δx，计算出分离点（x，y）点的数量，分离点数量越多，则越接近面形。（x₁，y₁）、……、（x_n，y_n）在水平面上形成一条非球面母线。母线绕光学元件轴线旋转成为非球面，（x，y）点即为磨床上的磨削点，磨削点的位置控制由X轴、Y轴、转台轴联动形成。

实现本发明的中大口径非球面光学元件的点线包络磨削方法的三轴专用数控精密磨床由床身、X导轨、Y导轨、工件主轴、工件夹盘、转台轴、砂轮轴和砂轮组成，精密磨床的工件主轴轴线与砂轮轴轴线在同一水平面上，工件主轴部件安装固定在X导轨滑鞍上，工件夹盘安装固定在工件主轴上，随主轴转动，转台轴安装固定在Y导轨滑鞍上，砂轮轴安装固定在转台轴上，砂轮安装在砂轮轴上，随砂轮轴高速转动；光学元件装夹在工件夹盘上跟随工件主轴匀速旋转，砂轮轴带动砂轮高速旋转，通过X导轨、Y导轨和转台轴的联动，使砂轮侧母线在磨削点上始终与被加工的光学元件曲线相切，在Y轴方向上由光学元件边缘向中心磨削，实现点线包络磨削中大口径轴对称非球面光学元件的磨削加工。

其特征在于：通过非球面光学的数学方程式，建立数学模型y²=a₁x+a₂x²+a₃x³+a₄x⁴+…将数学模型分离成（x，y）平面上的点，根据加工面形精度要求，其点的数量由其x轴线上的步长Δx决定，形成最小的步长Δy，确定分离出（x，y）点的数量；其特征还在于：磨削点的位置（x，y）控制由X轴、Y轴、转台轴联动形成，磨削轨迹在Y轴方向上由光学元件边缘向中心磨削，使砂轮侧母线在磨削点上始终与被加工的光学元件曲线相切；其特征还在于：砂轮轴轴线与工件主轴轴线在同一水平面上；其特征还在于：光学元件装夹在工件夹盘上，光学元件非球面轴线与工件主轴轴线同轴，随工件主轴匀速旋转，砂轮随砂轮轴高速旋转。

有益效果

本发明与现有技术相比，其显著优点是：在磨削加工中大口径光学元件轴对称非球面时，面形精度高，面形圆周一致性好，在保证加工精度的基础上，显著提高加工效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明的精密磨床加工结构主视图；

图2是本发明的精密磨床加工结构俯视图；

图3是本发明的中大口径光学元件轴对称非球面点线包络法磨削加工示意图。

具体实施方式