一種中小口徑平面光學零件的數控成型夾具及成型方法

2023-05-18 13:34:31 2

一種中小口徑平面光學零件的數控成型夾具及成型方法
【專利摘要】本發明屬於光學元件冷加工領域，公開了一種中小口徑平面光學零件的數控成型夾具，其包括：防護墊層(1)和夾具座(2)；所述夾具座(2)包括下端與工具機主軸連接的連接頭和上端對光學零件有效夾持的夾持頭，所述防護墊層(1)通過膠粘接在夾具座(2)連接頭的上端面。本發明結構簡單、合理、操作方便，通過增加防護墊層，增加了夾具與光學表面之間的摩擦係數，在同等夾持力下增加了摩擦力，可有效解決數控成型時光學零件容易滑動和脫落的問題，提高了平面光學零件的成型精度；適用於平面光學零件的數控成型，尤其適合於中小口徑平面光學零件的數控定心磨邊機上的精密數控成型。
【專利說明】一種中小口徑平面光學零件的數控成型夾具及成型方法

【技術領域】
[0001]本發明屬於光學元件冷加工領域，尤其是涉及一種中小口徑平面光學零件的數控成型夾具及成型方法。

【背景技術】
[0002]平面光學零件常作為反射鏡、摺疊鏡、各種窗口等，是各種光學系統應用最為廣泛的光學零件之一。為了適應光學系統的需求，平面光學零件外形往往設計成精度不同的外形，尤其是作為窗口使用時，外形形位精度要求很高，給成型加工技術帶來了嚴峻的挑戰。
[0003]現有技術中，平面光學零件的外形主要在數控銑磨機、數控磨邊機等設備上採用固著磨料金剛石砂輪數控銑磨加工而成，常用的裝夾方式分為粘接式、真空吸附式和機械夾頭夾持式三種。粘接式是應用最為廣泛的一種裝夾方式，所需夾具比較容易實現，但是在粘接過程中需要加熱，稍有不當就會引起光學零件的炸裂，操作繁瑣，定位精度有限、效率低；真空吸附式工裝雖然在加工時操作簡單，但是需要配備專門的真空吸附裝置，而且夾具需要有專門設計密封結構，對於小口徑的光學零件，由於受力面積有限，吸附力不足，加工過程中容易出現鬆動等現象影響零件的加工精度，甚至發生零件脫落等現象；機械夾持式在數控磨邊機中應用較為廣泛，為了避免夾具劃傷拋光表面並提高定位精度，夾具的端面往往設計成刃口，並進行拋光處理，增加了夾具的製造成本。另一方面拋光刃口與零件拋光表面之間的摩擦係數很低，摩擦力有限，加工過程中同讓容易造成零件的鬆動甚至脫落，對於一些材質較軟的材料，如ZnS等，如果壓力過大，拋光刃口會在零件表面產生壓痕，影響零件的表面光潔度，無法滿足設計要求。
[0004]因此，設計和研發更加合理的平面光學零件成型夾具，以有效夾持平面光學零件實現穩定數控成型加工，尤其是中小口徑平面光學零件的穩定精密成型，成為亟需解決的問題之一。


【發明內容】

[0005](一 )要解決的技術問題
[0006]本發明要解決的技術問題是:提供一種製作簡單、操作方便的裝夾裝置，以便有效夾持平面光學零件實現穩定高精度數控成型。
[0007]( 二)技術方案
[0008]為了解決上述技術問題，本發明提供一種中小口徑平面光學零件的數控成型夾具，其包括:防護墊層I和夾具座2 ;所述夾具座2包括下端與工具機主軸連接的連接頭和上端對光學零件有效夾持的夾持頭，所述防護墊層I通過膠粘接在夾具座2連接頭的上端面。
[0009]其中，所述連接頭為圓柱狀實體；所述夾持頭下端面內切圓直徑大於連接頭直徑，且其下端面與連接頭的軸線垂直。
[0010]其中，所述夾持頭的上端面為圓形或者與所述平面光學零件被夾持面形狀相似；當夾持頭的上端面為圓形時，其直徑小於平面光學零件被夾持面的內切圓直徑，當夾持頭的上端面與平面光學零件被夾持面形狀相似時，其近似形狀的有效直徑小於被夾持面的有效直徑，夾持頭上端面與下端面平行並與連接頭柱面軸線垂直。
[0011]其中，所述夾具座2的材料選用鋁合金、銅、銅合金、鐵、或鐵合金。
[0012]其中，所述防護墊層I與夾具座2粘接後，以連接頭圓柱面軸線和夾持頭下端面為定位基準，對防護墊層I進行磨平處理；防護墊層I的形狀與夾具座2夾持頭上端面的形狀相似、大小一致。
[0013]6、如權利要求1-5中任一項所述的中小口徑平面光學零件的數控成型夾具，其特徵在於，所述防護墊層I的材料為聚氨酯片或橡膠片。
[0014]本發明還提供了一種中小口徑平面光學零件的數控成型方法，其包括以下步驟:
[0015]a、開啟工具機，將與被夾持零件表面尺寸匹配的上夾具4和下夾具6分別固定到數控設備的上主軸基座3和下主軸基座7內，所述上夾具4和下夾具6均為上述任一項所述的中小口徑平面光學零件的數控成型夾具；
[0016]b、將平面光學零件5的毛坯放置於下夾具6的防護墊層上找準定位，設置調整上夾具4下移並壓緊平面光學零件5至適當壓力；
[0017]C、數據輸入編程，啟動工具機，成型砂輪8高速旋轉以得到去除零件所需的線速度，同時橫向移動，併到達所需要成型的距離；同時平面光學零件在上夾具4和下夾具6的夾持下轉過預定角速度，實現光學零件外形要求之形狀尺寸。
[0018](三)有益效果
[0019]上述技術方案所提供的中小口徑平面光學零件的數控成型夾具，結構簡單、合理、操作方便，通過增加防護墊層，增加了夾具與光學表面之間的摩擦係數，在同等夾持力條件下增加了摩擦力，可有效解決數控成型時光學零件容易滑動和脫落的問題，提高了平面光學零件的成型精度；適用於平面光學零件的數控成型，尤其適合於中小口徑平面光學零件的數控定心磨邊機上的精密數控成型。所述平面光學零件數控成型夾具可以根據平面光學零件需要的形狀和大小相匹配設計夾具座夾持頭上端面和保護墊層的形狀和大小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發明平面光學零件數控成型夾具的剖視圖；
[0021]圖2為本發明平面光學零件數控成型方法的一種示意圖；
[0022]圖3為圖2的俯視圖。
[0023]圖中:1_防護墊層；2_夾具座；3_上主軸基座；4_上夾具；5_平面光學零件；6-下夾具；7_下主軸基座；8_成型砂輪。

【具體實施方式】
[0024]為使本發明的目的、內容和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0025]在本發明的描述中，需要說明的是，術語「上」、「下」、「左」、「右」、「頂」、「底」、「內」、
「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0026]在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接連接，也可以是通過中間媒介間接連接，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以視具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0027]此外，在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。
[0028]實施例1
[0029]本實施例的中小口徑平面光學零件的數控成型夾具結構示意圖如圖1所示，該數控成型夾具包括防護墊層I和夾具座2。
[0030]具體地，夾具座2包括下端與工具機主軸連接的連接頭和上端對光學零件有效夾持的夾持頭，所述連接頭為圓柱狀實體，通過精密車削而成；夾持頭下端面內切圓直徑應大於連接頭直徑，且下端面與連接頭的軸線垂直；所述夾持頭的上端面為圓形或者與所述平面光學零件被夾持面形狀相似；當夾持頭的上端面為圓形時，其直徑小於平面光學零件被夾持面的內切圓直徑，當夾持頭的上端面與平面光學零件被夾持面形狀相似時，其近似形狀的有效直徑小於被夾持面的有效直徑，夾持頭上端面與下端面平行並與連接頭柱面軸線垂直；夾具座的材料選用鋁合金、銅及銅合金、鐵及鐵合金等材料，在本實施案例中公開的夾具座的材料採用鋁合金，連接頭的形狀採用了圓柱形。
[0031]防護墊層I通過膠粘接在夾具座2連接頭的上端面，粘接完成後，以連接頭圓柱面軸線和夾持頭下端面為定位基準，對防護墊層I進行磨平處理；防護墊層I的形狀與夾具座2夾持頭上端面的形狀相似、大小相當；防護墊層I的材料選用聚氨酯、橡膠片等，在本實施案例中公開的防護墊層I的材料為聚氨酯片。
[0032]本發明的夾具在使用時成對使用，如圖2和圖3中的上夾具4和下夾具6所示，通過對上下兩個夾具施加壓力達到夾持光學零件的目的，此時防護墊層I既能保護平面光學零件免受夾持頭劃傷，同時能夠增加接觸表面的摩擦係數，從而能夠提供足夠的摩擦力保證加工過程中夾持的穩定，提高加工精度。
[0033]實施例2
[0034]實施例2是利用實施例1中的所述的夾具在數控磨邊機上精密數控成型平面光學零件的方法。如圖2所示，將一個平面光學零件5由圓形毛坯加工成所要求六邊形的方法，具體步驟如下:
[0035]a、開啟工具機，將與被夾持零件表面尺寸匹配的上夾具4和下夾具6分別固定到數控設備的上主軸基座3和下主軸基座7內；
[0036]b、將平面光學零件5的毛坯放置於下夾具6的防護墊層上找準定位，設置調整上夾具4下移並壓緊平面光學零件5至適當壓力；其中，找準方法採用打表法或者用砂輪直接撞擊定位的方法。
[0037]C、數據輸入編程，啟動工具機，成型砂輪8高速旋轉以得到去除零件所需的線速度，同時可以以速度F橫向移動，併到達所需要成型的距離R ;同時光學零件5在上夾具4和下夾具6的夾持以一定的角速度《g轉動一定的角度Θ，轉動的角度Θ與R聯動即可保證光學零件外形要求之形狀尺寸。
[0038]本發明中的夾具克服了採用粘接式時由於加熱導致光學零件炸裂的缺點，通過防護墊層I的設計克服了真空吸附式和原機機械夾持式加工過程中穩定性不足的問題，同時該發明結構簡單、操作方便。利用該發明的進行平面光學零件的數控成型的加工的形位精度小於5微米。本發明平面光學零件的夾具適用於平面光學零件的數控成型，尤其適用於中小口徑平面光學零件在數控定心磨邊機上的精密數控成型。所述夾具座I夾持頭上端面和防護墊層I的形狀可以根據被加工平面光學零件5要求的形狀和大小進行匹配設計製造。
[0039]本發明不局限於上述實例中所描述的平面光學零件夾具和加工方法，其中夾具座2夾持頭上端面和防護墊層I的形狀、大小和材料的改變、夾具座夾持頭形狀和連接方式的改變、成型方法的改變均在本發明的保護範圍之內。
[0040]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種中小口徑平面光學零件的數控成型夾具，其特徵在於，包括:防護墊層(1)和夾具座(2)；所述夾具座(2)包括下端與工具機主軸連接的連接頭和上端對光學零件有效夾持的夾持頭，所述防護墊層(1)通過膠粘接在夾具座(2)連接頭的上端面。
2.如權利要求1所述的中小口徑平面光學零件的數控成型夾具，其特徵在於，所述連接頭為圓柱狀實體；所述夾持頭下端面內切圓直徑大於連接頭直徑，且其下端面與連接頭的軸線垂直。
3.如權利要求2所述的中小口徑平面光學零件的數控成型夾具，其特徵在於，所述夾持頭的上端面為圓形或者與所述平面光學零件被夾持面形狀相似；當夾持頭的上端面為圓形時，其直徑小於平面光學零件被夾持面的內切圓直徑，當夾持頭的上端面與平面光學零件被夾持面形狀相似時，其近似形狀的有效直徑小於被夾持面的有效直徑，夾持頭上端面與下端面平行並與連接頭柱面軸線垂直。
4.如權利要求1所述的中小口徑平面光學零件的數控成型夾具，其特徵在於，所述夾具座(2)的材料選用鋁合金、銅、銅合金、鐵、或鐵合金。
5.如權利要求1所述的中小口徑平面光學零件的數控成型夾具，其特徵在於，所述防護墊層(1)與夾具座(2)粘接後，以連接頭圓柱面軸線和夾持頭下端面為定位基準，對防護墊層(1)進行磨平處理；防護墊層(1)的形狀與夾具座(2)夾持頭上端面的形狀相似、大小一致。
6.如權利要求1-5中任一項所述的中小口徑平面光學零件的數控成型夾具，其特徵在於，所述防護墊層(1)的材料為聚氨酯片或橡膠片。
7.—種中小口徑平面光學零件的數控成型方法，其特徵在於，包括以下步驟: ^開啟工具機，將與被夾持零件表面尺寸匹配的上夾具(4)和下夾具(6)分別固定到數控設備的上主軸基座(3)和下主軸基座(7)內，所述上夾具(4)和下夾具(6)均為上述權利要求1-6中任一項所述的中小口徑平面光學零件的數控成型夾具； I將平面光學零件(5)的毛坯放置於下夾具￠)的防護墊層上找準定位，設置調整上夾具(4)下移並壓緊平面光學零件(5)至適當壓力； 匕數據輸入編程，啟動工具機，成型砂輪(8)高速旋轉以得到去除零件所需的線速度，同時橫向移動，併到達所需要成型的距離；同時平面光學零件在上夾具(4)和下夾具(6)的夾持下轉過預定角速度，實現光學零件外形要求之形狀尺寸。
【文檔編號】B24B13/00GK104493664SQ201410717240
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月1日 優先權日:2014年12月1日
【發明者】王朋, 回長順, 張昊 申請人:中國航天科工集團第三研究院第八三五八研究所