[实用新型]一种离轴非球面镜铣磨成形数控机床

说明书

本实用新型属于光学加工领域，为解决离轴非球面加工效率低的问题，公开了一种离轴非球面镜铣磨成形数控机床，将非球面母镜离散为一系列不同半径的环带，环带等间距且总数为N，任意环带的宽度由第N环带、第N‑1环带、定位精度、非球面镜的母线方程共同确定，将离轴镜中心放置于数控机床上距离转轴距离等于离轴量位置，使用环形砂轮刀具依次范成离轴镜所在的母镜上的环带；由众多不同半径的环带包络出离轴非球面。加工所用的刀具直径大于非球面半口径，刀具与工件表面的接触为环带，因此在加工大口径非球面时大的环形刀具使用寿命远大于传统加工方式的刀具寿命；环带间距远大于传统加工螺距，因此加工效率得到显著提升，具有很强的实用性。

技术领域

本实用新型属于光学加工领域，涉及一种加工离轴非球面光学元件的数控机床。

背景技术

离轴非球面镜作为非球面的一部分，具有组件少、无遮拦、长焦距、大视场、宽波段、抑制杂光能力强、调制传递函数高等特点，是空间光学系统、天文学和高精度测量系统不可或缺的光学器件。离轴非球面镜作为空间望远镜的核心部件，可以避免中心遮拦，还能减少系统体积和重量，同时提高系统的成像质量。鉴于以上优点，研究开发新的非球面光学元件的加工技术一直是光学加工领域研究的一项重要任务。

离轴非球面镜光自身不具备轴对称性，是一种典型的自由由面光学元件，这种形状给加工带来了困难。同时，离轴非球面镜的应用领域决定了它需要达到超精密加工要求，即不仅要求具有纳米量级的表面粗糙度，更要求具有微米甚至亚微米的面形精度。目前，为了缩短非球面透镜的加工周期，在加工非球面时先范成法开粗加工出最接近球面，然后再用数控机床直接在球面基础上铣磨精加工出符合非球面方程的非球面。该方法因使用范成法开粗快速去除了大量的材料，通常只需一次数控精加工就可将最接近球面改为非球面，加工效率高、经济性好已经逐渐被广泛使用。但在精加工改非球面时，过大的刀具轨迹螺距会导致明显的切除不足，且表面粗糙度较差。为了提高表面质量，刀具轨迹螺距通常小于0.2mm，对于大口径非球面而言，刀具轨迹总长将非常大，加工耗时更长；尤其是加工米级非球面时，受刀具磨损影响，一把刀具难以走完全部刀具轨迹就不得不换刀，换刀会后通常会在非球面表面留下接刀痕迹，且由于不同刀具的刀具参数不同，必然会使得加工的非球面面形误差来源因素复杂，给后期补偿加工带来巨大难度，严重影响加工精度。因此现有技术加工离轴非球面镜，还存在刀具轨迹过长、加工效率低、加工精度低的问题。

实用新型内容

为解决现有技术加工离轴非球面镜时存在的刀具轨迹过长导致的一系列问题，本实用新型提出一种离轴非球面镜铣磨成形数控机床，用于加工凹离轴非球面镜，包括平移运动轴、旋转运动轴、转台、自定心夹具，其特征在于：所述的数控机床至少具有X轴、Z轴这两个平移运动轴，以及B轴、C轴这两个旋转轴，其中的B轴为绕Y轴的旋转轴，C轴为绕Z轴的旋转轴，且转台的转轴位于C轴；数控机床的主轴位于Z轴；数控机床主轴上安装环形刀具；环形刀具外径与内径之间倒圆角连接；所述的自定心夹具上设置若干导向槽，每个导向槽中均设置一个夹持爪，夹持爪之间联动张合；转台径向方向上设置一直线导轨，所述自定心夹具底部架设于所述直线导轨上，自定心夹具中心在转台上的投影点位于所述直线导轨上，自定心夹具沿着直线导轨径向移动；直线导轨上设置有长度测量装置，该长度测量装置用于测量自定心夹具在导轨上位置；自定心夹具中心距离转台中心的距离等于待加工离轴非球面镜的离轴量。

上述方案的工作原理是如下：