[发明专利]一种小口径旋转轴对称光学曲面元件精密加工方法

说明书

本发明介绍了一种小口径旋转轴对称光学曲面元件精密加工方法，该方法基于一种小口径旋转轴对称光学曲面元件精密加工机床，针对不同的工件材质，遵循不同工序来加工小口径旋转轴对称光学曲面元件。该方法通过在单台机床上集成斜轴微细铣削、斜轴电流变抛光、单点金刚石车削三种加工装置，可实现不同加工方式之间的迅速切换；结合检测装置对工件进行在位测量与形状误差修正，可实现工件的补偿加工，加工路径可控性好；工件在加工过程中一次性装夹，降低了累积误差，减少了辅助工时，提高了加工精度；适应不同面形工件的加工及检测，可有效避免刀具与工件之间的干涉现象；适合多种材质工件的加工，工件面形的加工效率较高。

技术领域

本发明涉及一种光学曲面元件加工方法，具体涉及一种小口径旋转轴对称光学曲面元件精密加工方法。

背景技术

随着光电信息、汽车、生物、医疗、安防、军事及航空航天产业的迅速发展，小口径旋转轴对称光学曲面元件在各类高质量成像系统中的应用日益广泛，需求量急剧增加。为满足上述领域中高精度成像的要求，小口径旋转轴对称光学曲面元件的面形要求达到亚微米级的形状精度，其表面要求达到纳米级的表面粗糙度且极小的亚表面损伤。

目前，对于小口径旋转轴对称光学曲面元件的精密制造，主要有两种方法：（1）直接针对不同材质的毛坯，先进行精密车削、铣削或磨削工序，再进行研磨或抛光工序，加工出所需面形的光学元件；（2）采用先进行精密磨削，再进行研磨、抛光的工序，制造出高精度的模具，然后针对不同材质的毛坯，进行热压成型或注射成型，获得所需面形的光学元件。上述两种方法中，无论是直接加工毛坯，还是加工高精度模具，其加工工序通常需要在不同的机床上分别完成，其缺陷在于：（1）工件需在不同的机床及检测装置上进行多次装夹，引入了安装误差、对刀误差等，其累积误差较大，从而影响了最终的加工精度；（2）多次装夹消耗了更多的辅助工时，降低了加工效率。

针对上述缺陷，中国发明专利“小口径非球面复合精密加工方法”（申请公布号：CN102161169A，申请公布日：2011.08.24，申请号：2011100214276），提出了一种小口径非球面复合精密加工方法，通过在一台机床上结合斜轴镜面磨削装置、斜轴磁流变研抛装置以及检测装置，实现小口径非球面光学元件的复合加工。但是，该发明仍然存在以下不足：（1）该发明的工件面形加工采用斜轴镜面磨削，该加工方式主要适用于硬脆材料，例如硬质合金、陶瓷、光学玻璃等，而不适于合金钢、软质金属材料及其合金（例如铝、铜、镁、镍、银、锡、锌及其合金等）、聚合物（例如乙缩醛、丙烯酸、氟塑料、尼龙等）、晶体材料（锗、KDP、硅、硒化锌、氟化钙、砷化镓、硫化锌等）；该发明的工件面形抛光采用斜轴磁流变研抛，由于该加工方式需要加入磁性颗粒的磁流变液完成研抛，不适于研抛导磁材料，如铁、镍等；因此，该发明适用的光学毛坯材料有限。（2）该发明的工件面形加工采用斜轴镜面磨削，该加工方式存在砂轮易堵塞、需频繁修整，磨削深度及磨削量有限等缺点，降低了加工效率。

发明内容

针对上述现有技术中存在的累积误差大、加工精度与加工效率低、加工材料有限等问题，本发明旨在提供一种小口径旋转轴对称光学曲面元件精密加工方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是，所提供的这种小口径旋转轴对称光学曲面元件精密加工方法，参见附图1～5，是利用一台配备有斜轴微细铣削装置、单点金刚石车削装置、斜轴电流变抛光装置及检测装置的精密加工机床，针对不同的工件材质，遵循不同工序来加工小口径旋转轴对称光学曲面元件。

所述待加工的工件由工件夹具夹持，工件夹具通过真空吸盘吸附在工件主轴右端，工件主轴通过夹持式固定支架固定安装于精密加工机床左侧的第一滑台上。所述第一滑台在第一直线电机的电磁推力驱动下，可在第一导轨上沿床身X方向自由往复平移。所述工件主轴、工件夹具、工件的轴线重合；所述工件主轴旋转时，带动工件夹具和工件，以相同的转速旋转。