固著磨料拋光頭及其拋光方法
【專利摘要】固著磨料拋光頭及其拋光方法，涉及光學(xué)加工領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有機(jī)械小工具拋光方法存在的拋光頭制作工藝復(fù)雜、拋光精度低的問題，固著磨料拋光頭，包括：成圓餅狀的固著磨料拋光頭基體，設(shè)置在固著磨料拋光頭基體中心的安裝孔，等間距均勻分布于固著磨料拋光頭基體邊緣表面并通過膠粘固定的固著磨料拋光墊層，膠粘固定在所述固著磨料拋光墊層表面的固著磨料拋光層。本發(fā)明的拋光頭制作工藝簡單，使用時(shí)較為方便可靠，本發(fā)明采用固著磨料拋光頭對光學(xué)非球面元件進(jìn)行拋光，可以對不同形狀、口徑的光學(xué)非球面元件進(jìn)行有效拋光，快速形成可靠的拋光工藝，拋光過程中通過控制拋光接觸面積得到穩(wěn)定的去除函數(shù)，有效地提高拋光效率與拋光精度。
【專利說明】固著磨料拋光頭及其拋光方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種固著磨料拋光頭及其拋光方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對光學(xué)系統(tǒng)要求的提高，更好的成像質(zhì)量，更少的光學(xué)元件，更簡化和輕量化的光學(xué)系統(tǒng)等成為未來的發(fā)展趨勢，可以滿足上述要求的光學(xué)非球面元件也得到越來越廣泛的應(yīng)用。因此對光學(xué)非球面元件的加工制造也提出了更高的要求，提高光學(xué)非球面元件的加工效率，降低加工成本顯得尤為重要。
[0003]光學(xué)非球面元件制造工藝主要分為兩部分，一是非球面銑磨成型，二是非球面拋光平滑，得到滿足使用要求的面形。當(dāng)前廣泛采用的光學(xué)非球面拋光方法主要有機(jī)械小工具拋光技術(shù)、應(yīng)力盤拋光技術(shù)、磁流變拋光技術(shù)及離子束拋光技術(shù)等，其中機(jī)械小工具與應(yīng)力盤拋光技術(shù)是在傳統(tǒng)的游離磨料拋光技術(shù)與數(shù)控加工技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，機(jī)械小工具拋光方法如柔性盤技術(shù)，氣囊拋光技術(shù)等減少了對人工操作的依賴，但拋光頭制作工藝復(fù)雜，去除函數(shù)穩(wěn)定性低，影響非球面拋光精度。目前還沒有采用固著磨料的拋光頭對光學(xué)非球面元件進(jìn)行拋光。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有的機(jī)械小工具拋光方法存在的拋光頭制作工藝復(fù)雜、拋光精度低的問題，本發(fā)明提供一種固著磨料拋光頭及其應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]固著磨料拋光頭，包括:成圓餅狀的固著磨料拋光頭基體，設(shè)置在所述固著磨料拋光頭基體中心的安裝孔，等間距均勻分布于所述固著磨料拋光頭基體邊緣表面并通過膠粘固定的固著磨料拋光墊層，膠粘固定在所述固著磨料拋光墊層表面的固著磨料拋光層。
[0007]所述固著磨料拋光層的個(gè)數(shù)與所述固著磨料拋光墊層的個(gè)數(shù)相等。
[0008]固著磨料拋光頭的拋光方法，該方法的條件和步驟如下:
[0009]測定光學(xué)非球面元件的初始面形誤差，規(guī)劃固著磨料拋光層與光學(xué)非球面元件的拋光接觸面積，確定進(jìn)給方式及進(jìn)給路徑，計(jì)算固著磨料拋光頭在不同位置的進(jìn)給速度，生成加工文件，對刀并調(diào)整冷卻水位置，保證拋光接觸區(qū)域充分冷卻，檢查各個(gè)環(huán)節(jié)開始拋光，拋光過程中保持拋光接觸面積與壓入深度不變，并保證拋光接觸區(qū)域冷卻充分，拋光完成后，重新檢測光學(xué)非球面元件的面形，若面形精度滿足設(shè)計(jì)要求，則完成拋光；若面形精度不滿足設(shè)計(jì)要求，則利用光學(xué)非球面元件的初始面形誤差重新計(jì)算進(jìn)給速度并生成加工文件，再次進(jìn)行拋光加工，通過多次的檢測與反復(fù)迭代拋光，最終使光學(xué)非球面元件的面形精度滿足設(shè)計(jì)要求。
[0010]所述進(jìn)給方式為以螺旋線方式進(jìn)給。
[0011]所述進(jìn)給路徑為所述固著磨料拋光頭從光學(xué)非球面元件的最外層一圈開始逐層遞進(jìn)拋光，直到光學(xué)非球面元件的最內(nèi)層一圈。[0012]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的一種固著磨料拋光頭，該拋光頭制作工藝簡單，使用時(shí)較為方便可靠；本發(fā)明采用固著磨料拋光頭對光學(xué)非球面元件進(jìn)行拋光，可以對不同形狀、口徑的光學(xué)非球面元件進(jìn)行有效拋光，快速形成可靠的拋光工藝，拋光過程中通過控制拋光接觸面積得到穩(wěn)定的去除函數(shù)，有效地提高拋光效率與拋光精度，通過控制拋光頭在被加工光學(xué)非球面元件的不同位置的駐留時(shí)間實(shí)現(xiàn)不同程度的材料去除體積，配合反復(fù)迭代拋光，可實(shí)現(xiàn)對光學(xué)非球面元件表面面形誤差的精確修正，得到較好面形精度的光學(xué)非球面元件，使其滿足設(shè)計(jì)需要，該方法提高了加工效率并降低光學(xué)非球面元件的加工制造成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的拋光精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的固著磨料拋光頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為采用圖1所示的固著磨料拋光頭對光學(xué)非球面元件進(jìn)行拋光的原理示意圖；
[0015]圖3為采用圖1所示的固著磨料拋光頭對光學(xué)非球面元件進(jìn)行拋光時(shí)的進(jìn)給方式示意圖；
[0016]圖4為采用圖1所示的固著磨料拋光頭對光學(xué)非球面元件進(jìn)行拋光的流程示意圖。
[0017]圖中:1、固著磨料拋光頭，2、固著磨料拋光層，3、固著磨料拋光墊層，4、固著磨料拋光頭基體，5、安裝孔,6、光學(xué)非球面兀件,7、拋光主軸。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的一種固著磨料拋光頭，主要由固著磨料拋光層2、固著磨料拋光墊層3、固著磨料拋光頭基體4和安裝孔5組成，整個(gè)固著磨料拋光頭I成圓餅狀，固著磨料拋光墊層3等間距均勻分布于固著磨料拋光頭基體4的邊緣表面，每兩個(gè)固著磨料拋光墊層3之間的間距相等，固著磨料拋光墊層3通過膠粘固定在固著磨料拋光頭基體4上，固著磨料拋光層2通過膠粘固定在固著磨料拋光墊層3的表面，固著磨料拋光層2的個(gè)數(shù)與固著磨料拋光墊層3的個(gè)數(shù)相等，固著磨料拋光層2與固著磨料拋光墊層3的設(shè)置，一方面保證拋光效率與拋光精度，另一方面保證拋光接觸區(qū)域可被充分冷卻，安裝孔5設(shè)置在固著磨料拋光頭基體4的中心位置，用于安裝拋光機(jī)器的拋光主軸7。
[0020]針對被加工的光學(xué)非球面元件6材料的不同，選擇合適的固著磨料拋光層2和固著磨料拋光墊層3的材料。
[0021]本實(shí)施方式中，固著磨料拋光層2采用拋光模材料制成。
[0022]本實(shí)施方式中，固著磨料拋光墊層3采用特制柔性材料制成。
[0023]如圖2所示，采用本發(fā)明的一種固著磨料拋光頭對光學(xué)非球面元件6進(jìn)行拋光，拋光時(shí)使固著磨料拋光層2與光學(xué)非球面元件6的表面柔性接觸，固著磨料拋光頭I的進(jìn)給方式如圖3所示，采用螺旋線方式進(jìn)給，R為光學(xué)非球面元件6的母線方向，即進(jìn)給方向，固著磨料拋光頭I接觸方向即受力方向?yàn)楣鈱W(xué)非球面元件6母線的法線方向，為垂直于紙面向外，S為光學(xué)非球面元件6的旋轉(zhuǎn)方向，為順時(shí)針，N為拋光主軸7的旋轉(zhuǎn)方向，同時(shí)帶動(dòng)固著磨料拋光頭I旋轉(zhuǎn)，即固著磨料拋光頭I從光學(xué)非球面元件6的最外層一圈開始，逐層遞進(jìn)拋光，直到光學(xué)非球面兀件6的最內(nèi)層一圈。
[0024]通過調(diào)整拋光頭在非球面元件不同位置時(shí)的進(jìn)給速度，控制拋光頭的駐留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對非球面面形的誤差修正，得到較好的非球面拋光結(jié)果。
[0025]如圖4所示，采用本發(fā)明的一種固著磨料拋光頭對光學(xué)非球面元件6進(jìn)行拋光的具體過程為:步驟一、按照固著磨料拋光頭I與光學(xué)非球面元件6的位置要求安裝固著磨料拋光頭I與光學(xué)非球面元件6 ;步驟二、測定光學(xué)非球面元件6的初始面形誤差；步驟三、規(guī)劃固著磨料拋光層2與光學(xué)非球面元件6的拋光接觸面積并確定進(jìn)給方式和進(jìn)給路徑，本實(shí)施方式中，以螺旋線方式進(jìn)給，并且固著磨料拋光頭I從光學(xué)非球面元件6的最外層一圈開始，逐層遞進(jìn)拋光，直到光學(xué)非球面元件6的最內(nèi)層一圈；步驟四、計(jì)算固著磨料拋光頭I在不同位置的進(jìn)給速度；步驟五、按照步驟三中的拋光接觸面積和進(jìn)給路徑，以及步驟四中的進(jìn)給速度，即駐留時(shí)間，生成加工文件；步驟六、對刀并調(diào)整冷卻水位置，保證拋光接觸區(qū)域充分冷卻；步驟七、檢查各個(gè)環(huán)節(jié)開始拋光，拋光過程中保持拋光接觸面積與壓入深度不變，并保證拋光接觸區(qū)域冷卻充分；步驟八、拋光完成后，重新對光學(xué)非球面元件6的面形進(jìn)行檢測，若面形精度滿足設(shè)計(jì)要求，則完成拋光；反之，若面形精度不滿足設(shè)計(jì)要求，則重復(fù)步驟四、五、六、七，即利用光學(xué)非球面元件6的初始面形誤差重新計(jì)算進(jìn)給速度并生成加工文件，再次進(jìn)行拋光加工，通過多次的檢測與反復(fù)迭代拋光，最終使光學(xué)非球面元件6的面形精度滿足設(shè)計(jì)要求，得到滿足設(shè)計(jì)要求的光學(xué)非球面元件6。
【權(quán)利要求】
1.固著磨料拋光頭，其特征在于，包括:成圓餅狀的固著磨料拋光頭基體(4)，設(shè)置在所述固著磨料拋光頭基體(4)中心的安裝孔(5)，等間距均勻分布于所述固著磨料拋光頭基體(4)邊緣表面并通過膠粘固定的固著磨料拋光墊層(3)，膠粘固定在所述固著磨料拋光墊層(3 )表面的固著磨料拋光層(2 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固著磨料拋光頭，其特征在于，所述固著磨料拋光層(2)的個(gè)數(shù)與所述固著磨料拋光墊層(3)的個(gè)數(shù)相等。
3.如權(quán)利要求1所述的固著磨料拋光頭的拋光方法，其特征在于，該方法的條件和步驟如下: 測定光學(xué)非球面元件(6)的初始面形誤差，規(guī)劃固著磨料拋光層(2)與光學(xué)非球面元件(6)的拋光接觸面積，確定進(jìn)給方式及進(jìn)給路徑，計(jì)算固著磨料拋光頭(I)在不同位置的進(jìn)給速度，生成加工文件，對刀并調(diào)整冷卻水位置，保證拋光接觸區(qū)域充分冷卻，檢查各個(gè)環(huán)節(jié)開始拋光，拋光過程中保持拋光接觸面積與壓入深度不變，并保證拋光接觸區(qū)域冷卻充分，拋光完成后，重新檢測光學(xué)非球面元件(6)的面形，若面形精度滿足設(shè)計(jì)要求，則完成拋光；若面形精度不滿足設(shè)計(jì)要求，則利用光學(xué)非球面元件(6)的初始面形誤差重新計(jì)算進(jìn)給速度并生成加工文件，再次進(jìn)行拋光加工，通過多次的檢測與反復(fù)迭代拋光，最終使光學(xué)非球面元件(6)的面形精度滿足設(shè)計(jì)要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固著磨料拋光頭的拋光方法，其特征在于，所述進(jìn)給方式為以螺旋線方式進(jìn)給。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固著磨料拋光頭的拋光方法，其特征在于，所述進(jìn)給路徑為所述固著磨料拋光頭(I)從光學(xué)非球面元件(6)的最外層一圈開始逐層遞進(jìn)拋光，直到光學(xué)非球面元件(6)的最內(nèi)層一圈。
【文檔編號】B24B41/04GK103465162SQ201310424237
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】代雷, 谷勇強(qiáng), 張健, 隋永新, 楊懷江 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所