一种柱面镜的加工方法
【专利摘要】本发明公开了一种柱面镜的加工方法，包括：取毛坯，铣磨毛坯基准面；用蜡将毛坯粘接在工装上；将带毛坯工装置于铣磨设备工件轴上，使用千分表打表毛坯基准面，夹紧；编程铣磨待加工柱面；测量加工柱面面型数据；比较面型数据，如Rt值大于1μm，则修正铣磨；如Rt值小于1μm，则进行抛光；如抛光后工件的加工柱面Rt值和Ra值符合预期要求，将工件从工装上拆下，清洗，即得。本发明的柱面镜的加工方法，提高了柱面镜的加工效率和加工精度，可加工高精度的柱面镜；有效地降低了加工难度和检测难度，避免了废品的产生，降低了加工废品率；工艺简单，操作方便，具有良好的应用前景。
【专利说明】-种柱面镜的加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学制造【技术领域】，具体涉及一种柱面镜的加工方法。
【背景技术】
[0002] 柱面镜是一种非轴对称的特殊非球面透镜，能在一维提供最佳光焦度，在与其正 交的另一维等于一平面，这个特点使其在一些特殊领域获得重要应用。随着科学的发展，柱 面镜的应用领域不断扩大，其精度要求也越来越高。但由于柱面镜没有旋转对称轴，它的加 工和检测特别是高精度的加工和检测比较困难。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种柱面镜的加工方法，解决现有柱面镜的加工精度比较低 的问题。
[0004] 为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种柱面镜的加工方法，包括下 列步骤：
[0005] 1)取四棱柱型毛坯，对与待加工柱面相邻的一长边侧面进行铣磨，控制该面的平 行度为〇. 002,将该面作为毛述基准面；
[0006] 2)加热使蜡熔化，将毛坯上与待加工柱面相对的一面涂蜡后，将待加工柱面朝上， 毛坯基准面靠紧工装的限位结构，将毛坯粘接在工装上，待蜡冷却后，得带毛坯工装；
[0007] 3)将带毛坯工装置于铣磨设备工件轴上，将千分表固定于铣磨设备Z轴上，打表 毛坯基准面，控制平行度为0. 005以内，夹紧；
[0008] 4)编程铣磨待加工柱面，铣磨时工件轴在零位保持不动；
[0009] 5)取编程铣磨后的工件，测量加工柱面面型数据，得加工柱面的Rt值和Ra值；
[0010] 6)比较面型数据，如步骤5)所得加工柱面的Rt值大于1 μ m，则进行步骤7);
[0011] 如步骤5)所得加工柱面的Rt值小于或等于1 μ m，则进行步骤8);
[0012] 7)将得到的加工柱面面型数据反馈至铣磨设备，生成以X、Y平面为对称面的Z值 的反向数据（X，Υ，-ζ)，用此数据进行修正铣磨，铣磨后返回步骤5);
[0013] 例如某点的检测面型Χ、Υ、Ζ的值为（2. 5、3、1.2)，则反向后为（2. 5、3、-1.2);
[0014] 8)将得到的加工柱面面型数据反馈至抛光设备，生成以Χ、Υ平面为对称面的Ζ值 的反向数据（X，Υ，-Ζ)，用此数据抛光柱面；
[0015] 例如某点的检测面型Χ、Υ、Ζ的值为（2. 5、3、1.2)，则反向后为（2. 5、3、-1.2);
[0016] 9)取抛光后的工件，测量加工柱面面型数据，得加工柱面的Rt值和Ra值；如加工 柱面的Rt值和Ra值不符合预期要求，返回步骤8);
[0017] 如加工柱面的Rt值和Ra值符合预期要求，进行步骤10);
[0018] 10)将抛光后的工件从工装上拆下，清洗，即得一面加工完毕的柱面镜。
[0019] 所述工装包括本体，本体上表面设有通槽，通槽底面中部设有贯通本体的通孔；所 述通槽槽口的口沿形成用于支撑工件的支撑面，一边的所述支撑面上设有限位结构。
[0020] 所述限位结构为限位沿，所述限位沿面对通槽的一面为用于与毛坯的基准面靠紧 的限位靠面。
[0021] 步骤3)中是使用磁力表座将千分表固定在铣磨设备Z轴上。
[0022] 步骤4)中所述编程铣磨待加工柱面是采用蝶形砂轮铣磨三遍柱面。
[0023] 步骤4)中所述编程铣磨待加工柱面是第一遍采用蝶形粗磨砂轮进行铣磨，第二遍 采用蝶形精磨砂轮进行铣磨，第三遍采用蝶形超精磨砂轮进行铣磨。
[0024] 所述粗磨砂轮的粒度为D91，金刚石含量C35 ;所述精磨砂轮的粒度为D20,金刚石 含量C50 ;所述超精磨砂轮的粒度为D18,金刚石含量C75。
[0025] 步骤5)中测量加工柱面面型数据的方法是：将编程铣磨后的工件置于转台上，首 先沿柱面母线方向测量，得到柱面Y、Z方向的面型数据；然后旋转转台90°，沿柱面半径方 向测量，得到柱面Χ、Ζ方向的面型数据；将两组面型数据按坐标值结合，得到包含Χ、Υ、Ζ坐 标的柱面面型数据，即柱面的Rt值和Ra值。
[0026] 步骤8)中所述抛光是尺寸为φ1〇?φ20的抛光模进行抛光。
[0027] 将步骤10)所得一面加工完毕的柱面镜重复步骤2)?10)的操作，即得两面加工 完毕的柱面镜。
[0028] 本发明的柱面镜的加工方法，基于计算机控制光学表面成型技术，使用数控机床 实现对柱面的加工；由高精度光学面形测量仪器测量柱面的面形误差，取得当前表面的面 形数据，将面形数据与预期的面形比较，为下一个加工周期提供面形数据，如此周而复始， 直到得到符合要求的光学表面；通过设计高精度的工装，保证工件二次粘接位置的一致性。 毛坯铣磨基准面，打表毛坯基准面装夹，保证零件与设备工具轴的平行关系，从而控制柱面 的偏心。
[0029] 本发明的柱面镜的加工方法，采用计算机控制光学表面成型技术，精确控制柱面 的面型；灵活运用测量设备测量柱面，直观地反映出实际表面与预期表面的差值，并根据差 值生成反向图形，用反向图形再次加工表面，从而修正表面；经过多次的测量、反馈、修正表 面，提高表面精度至符合要求；本发明的方法，提高了柱面镜的加工效率和加工精度，可加 工高精度的柱面镜；有效地降低了加工难度和检测难度，避免了废品的产生，降低了加工废 品率；工艺简单，操作方便，具有良好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1为实施例1所要加工的柱面镜的结构示意图；
[0031] 图2为图1的俯视图；
[0032] 图3为实施例1所用工装的结构示意图；
[0033] 图4为图3的俯视图；
[0034] 图5为加工第一面时带毛坯工装的结构示意图；
[0035] 图6为加工第一面时带毛坯工装安装结构示意图；
[0036] 图7为加工第一面时编程铣磨柱面的示意图；
[0037] 图8为图7的俯视图，图中虚线箭头为砂轮运行轨迹；
[0038] 图9为加工第二面时带毛坯工装的结构示意图；
[0039] 图10为加工第二面时抛光柱面的示意图；
[0040] 图11为图10的俯视图，图中虚线箭头为抛光模运行轨迹。
【具体实施方式】
[0041] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。
[0042] 实施例1
[0043] 本实施例所要加工的柱面镜的外形如图1、2所示，工艺要求为：
[0044] 外形尺寸，长 237. 7、宽96°,,.1;
[0045] 柱面曲率半径，凹面R-107. 5、凸面R+107. 5 ;
[0046] 面形精度 Rt < 0· 4 μ m、Ra < 0· 04 μ m ;
[0047] 中心偏差x彡1.2';
[0048] 中心厚度尺寸8 ±0. 1 ;
[0049] 表面疵病等级B= V。
[0050] 本实施例的柱面镜的加工方法，包括下列步骤：
[0051] 加工第一面 R+107. 5 :
[0052] 1)取四棱柱型毛坯，该毛坯长237. 7,宽％*^，厚度22,对与待加工柱面相邻的一 长边侧面进行铣磨，控制该面的平行度为〇. 002,将该面作为毛坯基准面；
[0053] 取本实施例所用工装，所述工装如图3、4所示，包括本体1，本体1上表面设有通 槽2,通槽2底面中部设有贯通本体1的通孔3 ;所述通槽2槽口的口沿形成用于支撑工件 的支撑面4, 一边的所述支撑面4上设有限位结构；所述限位结构为限位沿5,所述限位沿5 面对通槽2的一面为用于与毛坯的基准面靠紧的限位靠面6 ;
[0054] 2)加热使蜡熔化，将毛坯上与待加工柱面相对的一面涂蜡后，如图5所示，将待加 工柱面朝上，毛坯基准面9靠紧工装7的限位靠面，将毛坯8粘接在工装7上，待蜡冷却后， 工装的支撑面与毛坯之间形成蜡层10,得带毛坯工装；
[0055] 3)将带毛坯工装置于铣磨设备工件轴上，如图6所示，工件轴13上带液压膨胀夹 头，将带毛坯8的工装7放入夹头孔内，用磁力表座15将千分表14固定于铣磨设备Z轴 上，手动操控Z轴移动，打表毛坯基准面，控制平行度为0. 004,扭旋液压膨胀夹头的旋钮， 夹紧；
[0056] 4)编程铣磨待加工柱面R+107. 5,采用碟形粗磨砂轮铣磨一遍待加工柱面后中心 厚度20. 90,更换碟形精磨砂轮铣磨一遍柱面后厚度20. 77,再用碟形超精磨砂轮铣磨一遍 柱面后中心厚度20. 72 ;铣磨时如图7、8所示，砂轮12顺时针转动，其在毛坯8的待加工柱 面的运行轨迹如虚线箭头所示，工件轴在零位保持不动；
[0057] 所述粗磨砂轮的粒度为D91，金刚石含量C35 ;所述精磨砂轮的粒度为D20,金刚石 含量C50 ;所述超精磨砂轮的粒度为D18,金刚石含量C75。
[0058] 5)取编程铣磨后的工件，将该工件置于转台上，首先沿柱面母线方向测量，得到柱 面Y、Z方向的面型数据；然后旋转转台90°，沿柱面半径方向测量，得到柱面X、Z方向的面 型数据；将两组面型数据按坐标值结合，得到包含X、Y、Z坐标的柱面面型数据，得加工柱面 的 Rt 值 L 53 μ m 和 Ra 值 0· 19 μ m ;
[0059] 6)比较面型数据，所得加工柱面的Rt值为1.53 μ m，大于1 μ m，进入修正铣磨步 骤；
[0060] 7)将得到的加工柱面面型数据反馈至铣磨设备，生成以X、Y平面为对称面的Z值 的反向数据（X，Y，-Z)，用此数据进行修正铣磨；
[0061] 8)测量加工柱面的面型数据，得加工柱面的的Rt值0. 94 μ m和Ra值0. 15 μ m ;
[0062] 9)比较面型数据，所得加工柱面的Rt值为0.94 μ m，小于1 μ m，进入抛光步骤；
[0063] 10)将得到的加工柱面面型数据反馈至抛光设备，生成以X、Y平面为对称面的Z值 的反向数据（X，Υ，-Ζ)，用此数据抛光柱面，选用φ20的小尺寸抛光模进行抛光；
[0064] 11)取抛光后的工件，测量加工柱面面型数据，得加工柱面的Rt值0. 91 μ m和Ra 值 0· 14 μ m ;
[0065] 12)将得到的加工柱面面型数据反馈至抛光设备，生成以X、Y平面为对称面的Z值 的反向数据（X，Y，-Z)，用此数据抛光柱面，选用φ20的小尺寸抛光模进行抛光；
[0066] 13)取抛光后的工件，测量加工柱面面型数据，得加工柱面的Rt值0. 76 μ m和Ra 值 〇· 12μπι;
[0067] 14)将得到的加工柱面面型数据反馈至抛光设备，生成以Χ、Υ平面为对称面的Ζ值 的反向数据（X，Υ，-ζ)，用此数据抛光柱面，选用Φ20的小尺寸抛光模进行抛光；
[0068] 15)取抛光后的工件，测量加工柱面面型数据，得加工柱面的Rt值0. 59 μ m和Ra 值 0· 08 μ m ;
[0069] 16)将得到的加工柱面面型数据反馈至抛光设备，生成以X、Y平面为对称面的Z值 的反向数据（X，Υ，-Ζ)，用此数据抛光柱面，选用φ20的小尺寸抛光模进行抛光；
[0070] 17)取抛光后的工件，测量加工柱面面型数据，得加工柱面的Rt值0. 47 μ m和Ra 值 0· 06 μ m ;
[0071] 18)将得到的加工柱面面型数据反馈至抛光设备，生成以X、Y平面为对称面的Z值 的反向数据（X，Υ，-Ζ)，用此数据抛光柱面，选用φ20的小尺寸抛光模进行抛光；
[0072] 19)取抛光后的工件，测量加工柱面面型数据，得加工柱面的Rt值0. 39 μ m和Ra 值0. 04 μ m ;面型数据符合预期要求；
[0073] 20)将抛光后的工件从工装上拆下，清洗，即得一面加工完毕的柱面镜。
[0074] 加工第二面 R-107. 5 :
[0075] 1)加热使蜡熔化，将毛坯上与待加工柱面相对的一面涂蜡后，如图9所示，将待加 工柱面朝上，毛坯基准面9靠紧工装7的限位靠面，将毛坯8粘接在工装上，待蜡冷却后，工 装的支撑面与毛坯之间形成蜡层10,得带毛坯工装；
[0076] 2)将带毛坯工装置于铣磨设备工件轴上，用磁力表座将千分表固定于铣磨设备Z 轴上，手动操控Z轴移动，打表毛坯基准面，控制平行度为0. 004,夹紧；
[0077] 3)编程铣磨待加工柱面R-107. 5,采用碟形粗磨砂轮铣磨一遍待加工柱面后中心 厚度8. 25,更换碟形精磨砂轮铣磨一遍柱面后厚度8. 14,再用碟形超精磨砂轮铣磨一遍柱 面后中心厚度8. 09 ;铣磨时工件轴在零位保持不动；
[0078] 4)取编程铣磨后的工件，将该工件置于转台上，首先沿柱面母线方向测量，得到柱 面Y、Z方向的面型数据；然后旋转转台90°，沿柱面半径方向测量，得到柱面X、Z方向的面 型数据；将两组面型数据按坐标值结合，得到包含X、Y、Z坐标的柱面面型数据，得加工柱面 的 Rt 值 1. 49 μ m 和 Ra 值 0· 18 μ m ;
[0079] 5)比较面型数据，所得加工柱面的Rt值为1.49 μ m，大于1 μ m，进入修正铣磨步 骤；
[0080] 6)将得到的加工柱面面型数据反馈至铣磨设备，生成以X、Y平面为对称面的Z值 的反向数据（X，Υ，-Ζ)，用此数据进行修正铣磨；
[0081] 7)测量加工柱面的面型数据，得加工柱面的的Rt值0. 89 μ m和Ra值0. 14 μ m ;
[0082] 8)比较面型数据，所得加工柱面的Rt值为0.89 μ m，小于1 μ m，进入抛光步骤；
[0083] 9)将得到的加工柱面面型数据反馈至抛光设备，生成以X、Y平面为对称面的Z值 的反向数据（X，Υ，-Ζ)，用此数据抛光柱面，选用φ20的小尺寸抛光模进行抛光；抛光时，如 图10、11所示，抛光模12逆时针转动，其在毛坯8的待加工柱面的运行轨迹如虚线箭头所 示；
[0084] 10)取抛光后的工件，测量加工柱面面型数据，得加工柱面的Rt值0. 83 μ m和Ra 值 0· 14 μ m ;
[0085] 11)将得到的加工柱面面型数据反馈至抛光设备，生成以X、Y平面为对称面的Z值 的反向数据（X，Y，-Z)，用此数据抛光柱面，选用φ20的小尺寸抛光模进行抛光；
[0086] 12)取抛光后的工件，测量加工柱面面型数据，得加工柱面的Rt值0. 78 μ m和Ra 值 〇· 13μπι;
[0087] 13)将得到的加工柱面面型数据反馈至抛光设备，生成以Χ、Υ平面为对称面的Ζ值 的反向数据（X，Υ，-Ζ)，用此数据抛光柱面，选用φ20的小尺寸抛光模进行抛光；
[0088] 14)取抛光后的工件，测量加工柱面面型数据，得加工柱面的Rt值0. 62 μ m和Ra 值 0· 09 μ m ;
[0089] 15)将得到的加工柱面面型数据反馈至抛光设备，生成以X、Y平面为对称面的Z值 的反向数据（X，Υ，-Ζ)，用此数据抛光柱面，选用φ20的小尺寸抛光模进行抛光；
[0090] 16)取抛光后的工件，测量加工柱面面型数据，得加工柱面的Rt值0. 54μ m和Ra 值 0· 06 μ m ;
[0091] 17)将得到的加工柱面面型数据反馈至抛光设备，生成以X、Y平面为对称面的Z值 的反向数据（X，Υ，-Ζ)，用此数据抛光柱面，选用φ20的小尺寸抛光模进行抛光；
[0092] 18)取抛光后的工件，测量加工柱面面型数据，得加工柱面的Rt值0. 45 μ m和Ra 值 0· 05 μ m ;
[0093] 19)将得到的加工柱面面型数据反馈至抛光设备，生成以X、Y平面为对称面的Z值 的反向数据（X，Υ，-Ζ)，用此数据抛光柱面，选用φ20的小尺寸抛光模进行抛光；
[0094] 20)取抛光后的工件，测量加工柱面面型数据，得加工柱面的Rt值0. 38 μ m和Ra 值0. 04 μ m ;面型数据符合预期要求；
[0095] 21)将抛光后的工件从工装上拆下，清洗，即得两面加工完毕的柱面镜。
[0096] 本实施例所用主要设备名称及型号如下：
[0097] 铣磨设备：光学加工中心，型号MCG250 ;
[0098] 测量设备：轮廓仪，型号PGI1240 ;
[0099] 抛光设备：机械手抛光设备，型号MCP250。
【权利要求】
1. 一种柱面镜的加工方法，其特征在于：包括下列步骤： 1) 取四棱柱型毛坯，对与待加工柱面相邻的一长边侧面进行铣磨，控制该面的平行度 为0. 002,将该面作为毛述基准面； 2) 加热使蜡熔化，将毛坯上与待加工柱面相对的一面涂蜡后，将待加工柱面朝上，毛坯 基准面靠紧工装的限位结构，将毛坯粘接在工装上，待蜡冷却后，得带毛坯工装； 3) 将带毛坯工装置于铣磨设备工件轴上，将千分表固定于铣磨设备Z轴上，打表毛坯 基准面，控制平行度为0. 005以内，夹紧； 4) 编程铣磨待加工柱面，铣磨时工件轴在零位保持不动； 5) 取编程铣磨后的工件，测量加工柱面面型数据，得加工柱面的Rt值和Ra值； 6) 比较面型数据，如步骤5)所得加工柱面的Rt值大于1 μ m，则进行步骤7); 如步骤5)所得加工柱面的Rt值小于或等于1 μ m，则进行步骤8); 7) 将得到的加工柱面面型数据反馈至铣磨设备，生成以X、Y平面为对称面的Z值的反 向数据（X，Υ，-Ζ)，用此数据进行修正铣磨，铣磨后返回步骤5); 8) 将得到的加工柱面面型数据反馈至抛光设备，生成以Χ、Υ平面为对称面的Ζ值的反 向数据（X，Υ，-Ζ)，用此数据抛光柱面； 9) 取抛光后的工件，测量加工柱面面型数据，得加工柱面的Rt值和Ra值；如加工柱面 的Rt值和Ra值不符合预期要求，返回步骤8); 如加工柱面的Rt值和Ra值符合预期要求，进行步骤10); 10) 将抛光后的工件从工装上拆下，清洗，即得一面加工完毕的柱面镜。
2. 根据权利要求1的所述的柱面镜的加工方法，其特征在于：所述工装包括本体，本体 上表面设有通槽，通槽底面中部设有贯通本体的通孔；所述通槽槽口的口沿形成用于支撑 工件的支撑面，一边的所述支撑面上设有限位结构。
3. 根据权利要求1或2的所述的柱面镜的加工方法，其特征在于：所述限位结构为限 位沿，所述限位沿面对通槽的一面为用于与毛坯的基准面靠紧的限位靠面。
4. 根据权利要求1的所述的柱面镜的加工方法，其特征在于：步骤3)中是使用磁力表 座将千分表固定在铣磨设备Z轴上。
5. 根据权利要求1的所述的柱面镜的加工方法，其特征在于：步骤4)中所述编程铣磨 待加工柱面是采用蝶形砂轮铣磨三遍柱面。
6. 根据权利要求5的所述的柱面镜的加工方法，其特征在于：步骤4)中所述编程铣磨 待加工柱面是第一遍采用蝶形粗磨砂轮进行铣磨，第二遍采用蝶形精磨砂轮进行铣磨，第 三遍采用蝶形超精磨砂轮进行铣磨。
7. 根据权利要求6的所述的柱面镜的加工方法，其特征在于：所述粗磨砂轮的粒度为 D91，金刚石含量C35 ;所述精磨砂轮的粒度为D20,金刚石含量C50 ;所述超精磨砂轮的粒度 为D18,金刚石含量C75。
8. 根据权利要求1的所述的柱面镜的加工方法，其特征在于：步骤5)中测量加工柱面 面型数据的方法是：将编程铣磨后的工件置于转台上，首先沿柱面母线方向测量，得到柱面 Y、Z方向的面型数据；然后旋转转台90°，沿柱面半径方向测量，得到柱面X、Z方向的面型 数据；将两组面型数据按坐标值结合，得到包含X、Y、Z坐标的柱面面型数据，即柱面的Rt值 和Ra值。
9. 根据权利要求1的所述的柱面镜的加工方法，其特征在于：步骤8)中所述抛光是采 用尺寸为φΙΟ?φ20的抛光模进行抛光。
10. 根据权利要求1的所述的柱面镜的加工方法，其特征在于：将步骤10)所得一面加 工完毕的柱面镜重复步骤2)?10)的操作，即得两面加工完毕的柱面镜。
【文档编号】B24B13/00GK104290002SQ201310627647
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】袁兆峰, 孙红晓, 刘伏涛 申请人:中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所