大型光学非球面超精密磨削的几何模型研究.pdf

第 卷第 期 兵 工 学 报 25 6 Vol.25 No.6 年 月 NoV. 2004 2 00 4 l l ACTA ARMAMENTARII !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 大型光学非球面超精密磨削的几何模型研究 韩成顺 董申 唐余勇 （哈尔滨工业大学机电学院，黑龙江哈尔滨， ） l5000l 摘要 大型光学非球面元件的特殊优越性使其在现代光学系统中是不可替代的，实现高效率、更经 济的生产以满足对其数量与质量的迫切要求是光学元件的制造面临的一大难题。二轴联动的超精密数 控机床是用来加工轴对称非球面光学元件的，若在工件主轴上安装可以精确给出旋转角度的码盘，并使 用金刚石砂轮就可以用来进行非轴对称非球面的超精密磨削加工。在对轴对称与非轴对称两种不同非 球面的曲率分析基础上，给出了两种曲面加工相应的几何模型。通过计算机仿真验证了该加工方法的 简便与可靠性。对二轴联动的超精密数控机床的技术改造可以实现三维加工，为提高效率、降低设备投 入提供了依据。 关键词 机械制造工艺与设备；大型光学非球面；非轴对称非球面；超精密磨削；几何模型 中图分类号 TG580.6 光学非球面有矫正像差、简化系统、提高光学系 作回转运动；砂轮以固定的角度安装在支架上作回 统精度的特点，因此广泛应用于航天、航空、国防等 转运动，且通过数控系统控制纵向与横向导轨的运 工业。随着科学技术与国防工业的发展，高精度大 动实现砂轮的 、 两个方向的进给，从而完成二轴 ! 型非球面元件的需求正与日俱增，然而，大型非球面 联动的数控加工。因主轴与导轨均采用液体静压轴 特别是非轴对称光学元件的制造面临着难度大、效 承，使得工件主轴的径向跳动可控制在几十个纳米 ［］ 以内，导轨具有良好的直线运动精度。底座具有良 率低、成本高、加工程序复杂l 等难题。一种新的 硬脆光学材料的加工方法———超精密磨削技术，可 好的隔振系统，封闭的加工系统及恒温调控系统具 克服传统研抛加工的生产效率低，成本高等缺点，在 有很好的恒温效果。由于工件主轴可以达到 ／的超平稳低速回转，若在主轴上安装精密给 高刚度超精密机床上，用经过精密修整的金刚石砂 0 .0l S 出旋转角度的码盘，该设备可以实现非轴对称非球 轮直接磨削出能达到光学系统要求的光学零 ［ ］ 面的加工。 件2!5 ，且具有良好的经济性。 如何降低成本又能满足加工要求是本文讨论的 中心。根据轴对称非球面的轴对称性采用加工简便 的二轴联动超精密数控设备，并通过对其技术改造 实现非轴对称非球面的加工，给出数控磨削加工大 型非球面光学元件的几何模型。 ! 超精密磨削系统 超精密机床如图 （（）底座；（ ）立柱；（ ）砂 l . l l 2 3 轮；（ ）横向导轨；（ ）纵向导轨；（ ）夹具；（ ）工件； 4 5 6 7