一种空间高轻量化率铝基反射镜及其加工方法
【专利摘要】一种空间高轻量化率铝基反射镜及其加工方法，属于空间光学遥感领域，解决了反射镜坯料加工难度大、镜体加工周期长、成本高、反射镜尺寸与图纸要求偏差大、镜面面形对外界环境变化敏感的问题。该空间高轻量化率铝基反射镜，其镜体材料为铝基材料；背面封闭，两个长侧面和两个短侧面上分别开有轻量化孔；轻量化孔采用电火花打轻量化底孔与线切割成型相结合的方式进行加工。本发明加工难度低，生产效率高，加工周期短，成本低，同时通过加大镜体厚度可以提升镜体的刚度及强度。本发明采用背面封闭和侧面轻量化结合的新结构形式，在降低了镜体重量的同时改善了镜体的刚度，刚度损失很小，从而提升了镜面面形对环境变化的灵敏度。
【专利说明】
一种空间高轻量化率铝基反射镜及其加工方法
技术领域
[0001]本发明属于空间光学遥感技术领域，具体涉及一种空间高轻量化率铝基反射镜及其加工方法。
【背景技术】
[0002]空间光学反射镜是空间光学遥感器的关键零件，它的性能直接影响着空间光学遥感器的成像质量。空间光学反射镜的材料大多采用碳化硅、融石英等材料，这些材料都属于脆性材料，从坯料制备到零件加工都存在很大的风险和难度，相应的空间光学反射镜的研制和加工周期较长，制造及加工成本都有所增加；另外空间光学反射镜镜体的轻量化形式大多采用背面轻量化的结构形式，而其轻量化型腔大多是坯料成型的，难以与设计图纸相匹配，不能达到空间光学反射镜设计的预期效果，空间光学反射镜的镜面面形对外界环境变化敏感。
【发明内容】
[0003]为了解决反射镜坯料加工难度大、镜体加工周期长、成本高、反射镜尺寸与图纸要求偏差大、镜面面形对外界环境变化敏感的问题，本发明提出一种空间高轻量化率铝基反射镜及其加工方法。
[0004]本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下:
[0005]本发明的一种空间高轻量化率铝基反射镜，其镜体包括镜面、两个长侧面、两个短侧面和背面，所述镜体的材料为铝基材料;所述背面封闭，两个长侧面和两个短侧面上分别开有轻量化孔;所述轻量化孔采用电火花打轻量化底孔与线切割成型相结合的方式进行加工。
[0006]进一步的，在两个长侧面上侧加工有安装孔和多个轻量化孔一，多个轻量化孔一的结构和尺寸均相同，多个轻量化孔一均为通孔，即所有轻量化孔一均贯穿两个长侧面，每个轻量化孔一均为一个轻量化型腔。
[0007]更进一步的，轻量化孔一的数量为16个，平均分为四组，每个轻量化孔一的横截面均为锐角直角三角形，每组中的第一个轻量化孔一的斜边与第二个轻量化孔一的斜边相对设置，第二个轻量化孔一的直角边与第三个轻量化孔一的直角边相对设置，第三个轻量化孔一的斜边与第四个轻量化孔一的斜边相对设置。
[0008]进一步的，在两个短侧面下侧加工有多个轻量化孔二，多个轻量化孔二均为通孔，即所有轻量化孔二均贯穿两个短侧面，每个轻量化孔二均为一个轻量化型腔。
[0009]更进一步的，轻量化孔二的数量为6个，平均分为两组，每个轻量化孔二的横截面均为三角形，每组中设有I个等腰三角形和2个锐角直角三角形，2个锐角直角三角形的斜边分别与等腰三角形的两个腰相对设置。
[0010]进一步的，两个长侧面上的轻量化孔与两个短侧面上的轻量化孔之间不重合。
[0011]进一步的，所述镜面的面形采用高精度单点金刚石车削、一次成形的方式加工。
[0012]进一步的，依据反射率及使用环境需求对镜体进行不同方式的表面处理。
[0013]本发明还提供上述一种空间高轻量化率铝基反射镜的加工方法，包括以下步骤:
[0014]步骤一、将镜体的背面加工到位，以背面为基准，精加工两个长侧面和两个短侧面，粗加工镜面，并进行消残余应力处理；
[0015]步骤二、在两个长侧面和两个短侧面上预先设定轻量化型腔，在每个轻量化型腔内设定一个点，采用电火花加工方式在该点处加工底孔，所述底孔的尺寸与线切割加工用的金属丝直径相匹配，然后采用线切割加工方式加工出所有的轻量化孔，进而形成轻量化型腔；
[0016]步骤三、对镜体进行消残余应力处理，并研磨背面、两个长侧面及两个短侧面，最后采用高精度单点金刚石车削方式加工镜面面形。
[0017]步骤四、根据反射率及使用环境需求，对镜面镀相应的反射膜。
[0018]本发明的有益效果是:
[0019]1、本发明的一种空间高轻量化率铝基反射镜，其镜体采用铝基材料制备，该材料加工性能良好，易于制备与成型，大大降低了加工难度，提高了生产效率，缩短了加工周期，降低了生产成本，同时通过加大镜体厚度可以提升镜体的刚度及强度。
[0020]2、本发明采用背面封闭和侧面轻量化结合的新结构形式，在降低了镜体重量的同时改善了镜体的刚度，刚度损失很小，从而提升了镜面面形对环境变化的灵敏度。
[0021]3、本发明提出了电火花打轻量化底孔与线切割成型加工相结合的轻量化型腔的加工方法，提高了加工效率，提升了加工精度，同时降低了镜体加工产生的残余应力。
[0022]4、本发明的一种空间高轻量化率铝基反射镜，其镜面采用高精度单点金刚石车削方式进行加工，一步到位，可以达到很高的加工精度，而相应的加工产生的残余应力很小。
[0023]5、本发明的一种空间高轻量化率铝基反射镜可以应用于精密仪器设备中。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的一种空间高轻量化率铝基反射镜的结构示意图。
[0025]图2为本发明的一种空间高轻量化率铝基反射镜的主视图。
[0026]图3为图2所示的本发明的一种空间高轻量化率铝基反射镜的左视图。
[0027]图4为电火花打轻量化底孔示意图。
[0028]图5为线切割轻量化孔示意图。
[0029]图中:1、镜体，2、镜面，3、长侧面，31、轻量化孔一，32、安装孔，4、短侧面，41、轻量化孔二，5、背面，6、底孔。
【具体实施方式】
[0030]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0031]本发明的一种空间高轻量化率铝基反射镜用于汇聚或发散光线，实现光路偏折，其镜体I采用轻量化设计，镜体I的背面5封闭，镜体I的侧面设计有轻量化孔，提高了镜体I的结构刚度和强度。如图1至图3所示，镜体I主要由六个面组成，即镜面2、两个长侧面3、两个短侧面4、背面5。
[0032]如图2所示，在镜体I的两个长侧面3上加工有多个轻量化孔一31，多个轻量化孔一31的结构和尺寸均相同，多个轻量化孔一31均为通孔，即所有轻量化孔一31均贯穿两个长侧面3，这些轻量化孔一 31均位于两个长侧面3的上侧，每个轻量化孔一 31均为一个轻量化型腔。轻量化孔一 31的结构和尺寸根据空间高轻量化率铝基反射镜的设计和尺寸要求进行设计即可。同时在两个长侧面3上还加工有安装孔32，用于与支撑装置相连。在本实施方式中，根据本发明的一种空间高轻量化率铝基反射镜的设计和尺寸要求，共设置有16个轻量化孔一 31，16个轻量化孔一 31被平均分为四组，每组4个轻量化孔一 31，每个轻量化孔一 31的横截面均为锐角直角三角形，每组中，第一个轻量化孔一31的斜边与第二个轻量化孔一31的斜边相对设置，第二个轻量化孔一 31的直角边与第三个轻量化孔一 31的直角边相对设置，第三个轻量化孔一 31的斜边与第四个轻量化孔一 31的斜边相对设置。
[0033]如图3所示，在镜体I的两个短侧面4上加工有多个轻量化孔二41，多个轻量化孔二41均为通孔，即所有轻量化孔二 41均贯穿两个短侧面4，这些轻量化孔二 41均位于两个短侧面4的下侧，也就是说，多个轻量化孔二 41与多个轻量化孔一 31之间不能重合，中间留有一定的厚度。每个轻量化孔二 41均为一个轻量化型腔。轻量化孔二 41的结构和尺寸根据空间高轻量化率铝基反射镜的设计和尺寸要求进行设计即可。在本实施方式中，根据本发明的一种空间高轻量化率铝基反射镜的设计和尺寸要求，共设置6个轻量化孔二 41，6个轻量化孔二 41被平均分为两组，每组3个轻量化孔二 41，每个轻量化孔二 41的横截面均为三角形，每组中设置有I个等腰三角形和2个锐角直角三角形，并且每组中的2个锐角直角三角形的斜边分别与等腰三角形的两个腰相对设置。
[0034]本发明中，采用电火花打轻量化底孔与线切割成型相结合的方式完成轻量化孔的加工。首先采用电火花加工方式加工出底孔6，底孔6的尺寸要与线切割加工用的金属丝直径匹配，然后采用线切割加工方式加工出所有的轻量化孔，进而形成轻量化型腔。
[0035]本发明中，镜体I采用铝基材料，易于制备及成型，同时可以依据反射率及使用环境等需求对镜体I进行不同方式的表面处理，例如对镜面2镀不同材料的反射膜。
[0036]本发明中，镜面2的面形采用高精度单点金刚石车削、一次成形的方式加工。
[0037]本发明的一种空间高轻量化率铝基反射镜的加工方法，主要是以铝基材料坯料为基础进行加工，包括以下步骤:
[0038]步骤一、首先依据图纸设计要求，将镜体I的背面5加工到位，然后以背面5为基准，精加工镜体I周边平面即两个长侧面3和两个短侧面4，再将镜面2粗加工完成，并进行消残余应力处理。
[0039]步骤二、轻量化孔的加工
[0040]首先依据图纸设计要求，在预先设定的每个轻量化型腔内设定一个点，标记在镜体I的两个长侧面3和两个短侧面4上，采用电火花加工方式在该点处加工一个小孔，即为轻量化型腔的底孔6，如图4所示;底孔6的尺寸要与线切割加工用的金属丝直径匹配，然后采用线切割加工方式加工出所有的轻量化孔，进而形成轻量化型腔，如图5所示。
[0041 ] 步骤三、精加工镜面2面形
[0042]在上述基础上，对镜体I进行消残余应力处理，并研磨背面5及两个长侧面3和两个短侧面4，最后采用高精度单点金刚石车削方式加工镜面2面形。
[0043]步骤四、根据反射率及使用环境等需求，对镜体I进行强化处理，对镜面2镀相应的反射膜。
[0044]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种空间高轻量化率铝基反射镜，其镜体(I)包括镜面(2)、两个长侧面(3)、两个短侧面(4)和背面(5)，其特征在于，所述镜体(I)的材料为铝基材料;所述背面(5)封闭，两个长侧面(3)和两个短侧面(4)上分别开有轻量化孔;所述轻量化孔采用电火花打轻量化底孔与线切割成型相结合的方式进行加工。2.根据权利要求1所述的一种空间高轻量化率铝基反射镜，其特征在于，在两个长侧面(3)上侧加工有安装孔(32)和多个轻量化孔一(31)，多个轻量化孔一 (31)的结构和尺寸均相同，多个轻量化孔一(31)均为通孔，即所有轻量化孔一(31)均贯穿两个长侧面(3)，每个轻量化孔一 (31)均为一个轻量化型腔。3.根据权利要求2所述的一种空间高轻量化率铝基反射镜，其特征在于，轻量化孔一(31)的数量为16个，平均分为四组，每个轻量化孔一 (31)的横截面均为锐角直角三角形，每组中的第一个轻量化孔一 (31)的斜边与第二个轻量化孔一 (31)的斜边相对设置，第二个轻量化孔一(31)的直角边与第三个轻量化孔一(31)的直角边相对设置，第三个轻量化孔一(31)的斜边与第四个轻量化孔一 (31)的斜边相对设置。4.根据权利要求1所述的一种空间高轻量化率铝基反射镜，其特征在于，在两个短侧面(4)下侧加工有多个轻量化孔二(41)，多个轻量化孔二(41)均为通孔，即所有轻量化孔二(41)均贯穿两个短侧面(4)，每个轻量化孔二 (41)均为一个轻量化型腔。5.根据权利要求4所述的一种空间高轻量化率铝基反射镜，其特征在于，轻量化孔二(41)的数量为6个，平均分为两组，每个轻量化孔二 (41)的横截面均为三角形，每组中设有I个等腰三角形和2个锐角直角三角形，2个锐角直角三角形的斜边分别与等腰三角形的两个腰相对设置。6.根据权利要求1所述的一种空间高轻量化率铝基反射镜，其特征在于，两个长侧面(3)上的轻量化孔与两个短侧面(4)上的轻量化孔之间不重合。7.根据权利要求1所述的一种空间高轻量化率铝基反射镜，其特征在于，所述镜面(2)的面形采用高精度单点金刚石车削、一次成形的方式加工。8.根据权利要求1所述的一种空间高轻量化率铝基反射镜，其特征在于，依据反射率及使用环境需求对镜体(I)进行不同方式的表面处理。9.权利要求1至8中任意一项所述的一种空间高轻量化率铝基反射镜的加工方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、将镜体(I)的背面(5)加工到位，以背面(5)为基准，精加工两个长侧面(3)和两个短侧面(4)，粗加工镜面(2)，并进行消残余应力处理； 步骤二、在两个长侧面(3)和两个短侧面(4)上预先设定轻量化型腔，在每个轻量化型腔内设定一个点，采用电火花加工方式在该点处加工底孔(6)，所述底孔(6)的尺寸与线切割加工用的金属丝直径相匹配，然后采用线切割加工方式加工出所有的轻量化孔，进而形成轻量化型腔； 步骤三、对镜体(I)进行消残余应力处理，并研磨背面(5)、两个长侧面(3)及两个短侧面(4)，最后采用高精度单点金刚石车削方式加工镜面(2)面形。 步骤四、根据反射率及使用环境需求，对镜面(2)镀相应的反射膜。
【文档编号】B23H5/04GK106041422SQ201610458371
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】柴方茂, 辛宏伟, 樊延超, 朱延江, 李志来
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所