[发明专利]一种菲涅尔透镜及其加工装置

说明书

本发明公开一种菲涅尔透镜及其加工装置。本装置包括工作台，及工作台上设置有两个相对的立柱，分别为左立柱和右立柱；所述左立柱和右立柱上安装有横梁，所述衡梁上设置有横梁升降装置以及滑座；所述滑座上设置有刀架装置；所述刀架装置上安装有AB复合轴、刀具。本发明本发明改变传统菲涅尔透镜模板环形槽为阿基米德螺线槽，利用AB复合轴技术，即通过设定B轴摆角、A轴旋转等参数实现阿基米德螺线槽角度的渐变，在不影响菲涅尔透镜聚焦点的情况下，变断续阶跃加工为连续加工，提高加工效率，降低加工成本，减少废品率。

技术领域

本发明涉及大型立式微结构超精密加工设备，具体地说是一种菲涅尔透镜及其加工装置。

背景技术

大直径菲涅尔透镜应用于大型光学工程、空间太阳能电池光伏系统、激光背投等领域中，具有重要的军事及商业应用价值，但其加工难度高，只有美国、日本等发达国家掌握了大型菲涅尔透镜加工的关键技术和加工设备。

传统的菲涅尔透镜是同心圆环状，加工此类透镜模板刀具转轴需要做几千次微量移动和定位，断续切削过程易导致刀具的破损，加工效率低下，加工时间长，透镜的齿顶和齿底易出现飞边和倒刺，上述问题在大尺寸菲涅耳透镜的加工过程中尤为突出。

发明内容

本发明提出一种菲涅尔透镜及其加工装置，利用先进的AB轴复合技术，将传统的同心圆环加工改为阿基米德螺线槽加工，加工透镜直径尺寸可达φ3300mm。

为实现上述目的，本发明所述一种菲涅尔透镜，包括菲涅耳透镜模板（8），所述菲涅耳透镜模板（8）的镜片表面一面为光面，另一面刻制有阿基米德螺线槽。

所述一种菲涅尔透镜的加工装置，包括工作台（9），所述工作台（9）上设置有两个相对的立柱，分别为左立柱（1）和右立柱（4）；所述左立柱（1）和右立柱（4）上安装有横梁，所述衡梁上设置有横梁升降装置（2）以及滑座（3）；所述滑座（3）上设置有刀架装置（5）；所述刀架装置（5）上安装有AB复合轴（6）、刀具（7）；所述AB复合轴（6）包括支座（10）和电机支架（15），所述支座（10）上固定有蜗杆支架（12）和伺服电机（13），所述蜗杆支架（12）上安装有蜗杆（11），所述蜗杆（11）与扇形蜗轮（14）形成蜗轮蜗杆结构，所述电机支架（15）的下段设置有刀头（16）。

所述AB复合轴（6）上A轴通过伺服电机带动控制透镜槽型工作角δ；所述AB复合轴（6）上B轴控制刀具（7）的角度θ。

所述支座（10）上开设有环形槽。

所述扇形蜗轮（14）上设置有轴承（17），所述轴承（17）在支架（10）的环形槽内滚动。

所述支架（10）通过相配合的螺柱（18）、螺母（19）固定有蜗杆支架（12）。

所述一种菲涅尔透镜利用其加工装置的制备方法，在平面内，刀头（16）的轨迹是阿基米德螺线，螺线上每一点的方向的高度H由该点所对应的透镜单元的槽深所决定。

本装置原理：阿基米德螺线形式菲涅耳透镜模板的加工，与同心圆模式透镜的加工相类似，由于每个环带之间的节距L非常小，每个环带的工作面与非工作面的加工均由刀具的主切削刃或副切削刃一次成型加工，因此，刀尖的轨迹实际上是一条特殊空间阿基米德螺线槽。如附图7、附图8所示，在平面内，刀尖的轨迹是阿基米德螺线槽，螺线上每一点的方向的高度H由该点所对应的透镜单元的槽深所决定，刀具的角度θ由轴控制，透镜槽型工作角δ由伺服电机带动A轴控制。透镜模板工作面的加工轨迹是一条连续的空间曲线，避免了在同心圆模式下，由于刀心轨迹不连续，而引起的各轴的多次起动、停机，同时大大提高了加工效率。该技术成果将为多轴精密系列产品提供技术支撑，其成果将广泛运用于精密机床制造，为集成创新奠定基础，将解决国防、航空航天、军工、天文、光通信、核技术等行业对超精密高效制造技术与设备的急需，为相关行业技术进步提供保障。