一种非球曲面零件的高效超精密加工方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102139465A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102139465A(43)申请公布日2011.08.03(21)申请号201010283625.5(22)申请日2010.09.16(71)申请人湖南大学地址410082湖南省长沙市岳麓区麓山南路2号申请人浙江工业大学浙江智邦精工科技有限公司(72)发明人袁巨龙吴喆吕冰海(74)专利代理机构长沙市融智专利事务所43114代理人黄美成(51)Int.Cl.B24B7/24(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种非球曲面零件的高效超精密加工方法及装置(57)摘要本发明提出一种非球曲面零件的高效超精密加工方法及装置，本发明利用工件弹性变形，采用平面加工方式对非球曲面零件进行超精密加工：根据预期零件工作表面轮廓，制作负形靠模充当工件夹具，并根据工件的材料、尺寸与加工参数对靠模面面形进行修整；将精密板状工件毛坯在弹性变形范围内用真空吸附方式紧密吸附于负形靠模表面；以平面研磨、抛光等技术对毛坯进行精密与超精密加工；最后从负形靠模上释放工件，工件弹性变形恢复，被加工表面即形成预期轮廓；在一个负形靠模上可以对目标面型进行重复复制，从而实现非球面工件的批量加工。该发明为非球曲面零件的高效、低成本、批量超精密加工提供新方法，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。CN10239465ACCNN110213946502139469A权利要求书1/1页1.一种非球面零件的高效超精密加工方法，其特征在于：利用弹性变形原理采用平面加工的方式加工自由曲面，包括以下步骤：步骤1：将一个块状材料的一个面加工为与目标非球曲面的曲面形状相反的曲面面形，该块状材料形成一个与目标非球曲面对应的负形靠模；负形靠模上具有曲面面形的一面为靠模面；在负形靠模上与靠模面相对的未进行加工的一面为平滑面；在负形靠模的靠模面与平滑面之间至少打通一个通道作为产生负压时的气流通道；或者，负形靠模的材料选用多孔隙类材料；步骤2：将一个双面平滑的平板工件与所述负形靠模的靠模面相接触；启动真空泵，真空泵通过气流通道在平板工件与负形靠模的靠模面之间产生负压，所述平板工件在该负压的作用下产生完全弹性变形，并与靠模面紧密贴合，所述平板工件变形后未与靠模面接触的面作为被加工表面，被加工面为曲面；步骤3：将被加工表面加工成为平面；步骤4：将所述平板工件与负形靠模分离，平板工件产生恢复性弹性变形，所述平板工件原先与靠模面相接触的面变形为平面，所述被加工表面形成与目标非球面形相同的面形，加工完成；2.如权利要求1所述的非球面零件的高效超精密加工方法，其特征在于：所述的负形靠模在吸附平板工件之前，需先根据平板工件的材料与尺寸对靠模面面形进行修正。3.如权利要求1所述的非球面零件的高效超精密加工方法，其特征在于：步骤3的过程是：以平面加工方式对被加工表面进行研磨与抛光加工，直至被加工表面成为平面。4.如权利要求1-3任一项所述的一种非球面零件的高效超精密加工方法，其特征在于：所述的负形靠模由刚性材料构成，所述的刚性材料包括但不限于硬质合金或模具钢；所述的平板工件由具备弹性变形能力的材料构成，所述具备弹性变形能力的材料包括但不限于光学玻璃和碳化硅。5.一种非球面零件的高效超精密加工装置，其特征在于，负形靠模上具有一个靠模面，靠模面被加工成与目标非球曲面形相反的曲面；在负形靠模上与靠模面相对的未进行加工的一面为平滑面；在负形靠模上设有一条或多条用于连通靠模面与平滑面且作为产生负压时的气流通道，或者，负形靠模的材料选用多孔隙类材料；真空泵和用于施加载荷的加载设备设置在负形靠模的平滑面一侧，平板工件的一面在负压作用下与靠模面紧密贴合，平板工件的另一面为加工面，在加工面一侧设有研磨设备和抛光设备。2CCNN110213946502139469A说明书1/4页一种非球曲面零件的高效超精密加工方法及装置技术领域[0001]本发明涉及一种非球曲面零件的高效超精密加工方法及装置。技术背景[0002]非球曲面零件是国防、航空航天、天文等领域非常重要的一类零件，在民用光电产品上的应用也极为广泛，市场对非球曲面透镜的需求量正迅速增加。目前非球曲面零件加工的主流技术包括精密抛光技术以及面型复制技术，精密抛光技术是基于CNC或机器人的非球曲面抛光技术，如计算机控制光学表面成形技术(Computercontrolledopticalsurfacing，CCOS)。CCOS是典型的非球曲面零件精密加工方法，其基本思想是利用一个比被加工元件小得多的抛光工具，根据光学表面面形检测的结果，由计算机控制加工参数和加工路径，完成加工。通过改变研磨/抛光工具，在此技术上又出现了气囊抛光、磁流变抛光、液体射流抛光等新的一些曲