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。
技术实现要素：
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。
本发明所述一种菲涅尔透镜及其加工装置，其有益效果在于：本装置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。
附图说明
图1为本发明超精密微进给立式车床结构示意图；
图2为ab复合轴及金刚石刀尖示意；
图3为ab复合轴i放大示意；
图4为ab复合轴及金刚石刀尖示意；
图5为ab复合轴及金刚石刀尖示意；
图6为ab复合轴及金刚石刀尖示意；
图7为阿基米德螺线槽示意图；
图8为阿基米德螺线槽剖面图；
图中：1-左立柱、2-横梁升降装置、3-滑座、4-右立柱、5-刀架装置、6-ab复合轴、7-刀具、8-菲涅耳透镜模板、9-工作台、10-支座、11-蜗杆、12-蜗杆支架、13-伺服电机、14-扇形蜗轮、15-电机支架、16-刀头、17-轴承、18-螺柱、19-螺母。
具体实施方式
如图1-8所示，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。
在使用时，a轴由伺服电机13带动刀头7旋转，b轴通过蜗杆11和扇形蜗轮14实现刀头7在±θ范围内摆动。通过合理设定b轴摆动角度θ、a轴伺服电机13的转速、工作台9的转速，滑座3在x方向的移动，刀架装置5在z方向的移动，可实现图7-8中阿基米德螺线槽的加工。下面通过四个方面做详细阐述。
1、b轴摆动角度±θ的实现：如图2-6所示，松开连接扇形蜗轮14和支架10的螺母19，手动旋转蜗杆11带动扇形蜗轮14摆动一定角度θ；其中，蜗杆11固定在支架10上，a-a剖中轴承17固定在扇形蜗轮上，轴承17在支架10的环形槽内滚动。设定好b轴摆角θ后拧紧螺母19，θ即为图7-8中a-a放大线槽中的p2p3、p4p5、p6p7等非工作面角度。
2、a轴转速与δ角的关系：如图3为i放大图所示，金刚石刀尖在β面的投影∠a0c为δ角，a轴伺服电机13带动刀尖旋转，即刀尖沿轴线ao旋转，在β面的投影中δ角在一定范围内连续变化，δ角与a轴转速呈函数关系；δ即为图7-8中a-a放大线槽中的p1p2、p3p4、p5p6等工作面角度。
3、节距l的实现：通过控制工作台9的转速和滑座3在横梁2沿x向移动速度可控制节距l。
4、螺线上每一点z向的高度(图7a-a放大中h1、h2、h3)由刀架装置5在滑座上沿z向移动控制。