[发明专利]大长径比非球面光学元件凹面加工的装夹装置及装夹方法

说明书

大长径比非球面光学元件凹面加工的装夹装置及装夹方法，它涉及机加工装夹装置技术领域。本发明为解决现有大长径比非球面光学元件凹面加工时的精密安全装夹及常规加工后难拆卸的问题。装夹装置包括夹具底座、多个定位基体和多个粘结基体，多个定位基体和多个粘结基体沿圆周方向交替设置在夹具底座的上端面，定位基体和粘结基体的内侧壁均为曲面，定位基体的内侧壁所构成的曲线方程与大长径比非球面光学元件外表面的曲线方程相同，粘结基体内侧壁曲面的水平径向尺寸大于相同高度处定位基体内侧壁曲面的水平径向尺寸。装夹方法：涂抹低应力紫外固化胶；辐照成型；拆卸装夹装置。本发明用于大长径比非球面光学元件凹面加工。

技术领域

本发明涉及大长径比非球面光学元件凹面加工的装夹装置及装夹方法。

背景技术

红外整流罩是空空发射器的关键部件之一。随着红外空空发射器速度的不断增高,射程变得更远,尤其是在超音速飞行时发射器的减阻问题就显得十分重要。这就要求处于发射器最前端的整流罩除了具有良好的光、机、热性能以外,还要具有良好的气动外形。

以往的红外制导空空发射器使用内外半径同心的球冠或半球形整流罩。遗憾的是长径比为0.5的半球形整流罩也不是高速发射器的理想外形,不能获得最佳的空气动力学外形，安装半球形整流罩空空发射器的相当一部分阻力来自整流罩。发射器在不同马赫数飞行时整流罩的阻力系数受到整流罩长径比的影响很大。大量实验表明，随着红外整流罩长径比的增大，整流罩的阻力系数明显减小。大长径比的保形整流罩可以显著地降低飞行器的飞行阻力，改善飞行器周围的空气流场，减小气动光学效应对飞行器内部成像质量的影响，因此，大长径比结构形式的保形整流罩以及非球面光学元件成为当今整流罩形状发展的主要趋势。

大长径比非球面光学元件的非常规形状与传统半球形光学元件相比具有不可比拟的气动性优势，但这也给其精密、超精密加工带来了极大的困难和挑战。在大长径比非球面光学元件凹面精密加工过程中存在着因口径小、深度大、外凸面为非球面导致的难装夹问题。大长径比非球面光学元件通常为薄壁硬脆材料，进行凹面加工时，无法进行光学非球面凸面加工中常用的直接真空吸附装夹或中空粘结装夹。常用的非球面光学工件装夹装置及方法为光学工件外表面与装夹装置完全贴合的结构形式，并在工件内部与装夹装置之间用低应力胶进行粘结，加工完成后采用加热的方式使低应力胶失效完成工件的拆卸。

这种传统方法存在的主要问题是由于光学元件为的大长径比的形状特征，用普通的粘结剂进行粘结后，由于大长径比光学元件材料与装夹装置材料的热膨胀系数存在差异，常规的加热除胶方法极易因元件与夹具的膨胀变形量的不统一而造成光学元件受到夹具膨胀而被胀裂。

发明内容

本发明为了解决现有大长径比非球面光学元件凹面加工时的精密安全装夹及常规加工后难拆卸的问题，进而提出大长径比非球面光学元件凹面加工的装夹装置及装夹方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

大长径比非球面光学元件凹面加工的装夹装置包括夹具底座、多个定位基体和多个粘结基体，多个定位基体和多个粘结基体沿圆周方向交替设置在夹具底座的上端面，定位基体和粘结基体的内侧壁均为曲面，定位基体的内侧壁所构成的曲线方程与大长径比非球面光学元件外表面的曲线方程相同，粘结基体内侧壁曲面的水平径向尺寸大于相同高度处定位基体内侧壁曲面的水平径向尺寸。

大长径比非球面光学元件凹面加工的装夹方法包括如下步骤：

步骤一：涂抹低应力紫外固化胶：首先将装夹装置中的夹具底座安装在机床工件轴上，然后将低应力紫外固化胶均匀涂抹在粘结基体的内侧壁上，然后将大长径比非球面光学元件直接放置在多个定位基体和多个粘结基体的内侧面组成的容腔内，使大长径比非球面光学元件的外表面与定位基体和粘结基体之间保持紧密贴合；

步骤二：辐照成型：用紫外线灯源对装夹装置的粘结基体进行辐照，直至低应力紫外固化胶完全固化，完成大长径比非球面光学元件与粘结基体之间的粘结；