碳化硅反射镜的加工方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于特种加工领域，尤其是实现电火花加工及超声加工，具体地说是涉及一种碳化硅反射镜的加工方法及装置。
[0002]
【背景技术】
[0003]难加工材料加工，如电子陶瓷、高温合金、硬质合金及碳纤维等，一直是中外学者研究的热点。如碳化硅陶瓷，属于硬脆性材料，它具有比刚度大、热稳定性好、抗辐射等优点，是当前空间反射镜的首选材料。随着空间探测技术、卫星遥感技术、大型地基光学系统的快速发展，对光学系统的工作波段、成像分辨率、热稳定性、系统质量等指标提出了越来越严格的要求，这就决定了光学系统必然向反射式、大口径、轻量化方向发展。随着各国空间探索的不断深入，对光学反射镜的需求越来越大，对碳化硅材料加工要求也越来越高。
[0004]针对反射镜形状、口径、曲面形式、技术指标的不同，碳化硅反射镜的加工可采用传统研抛、超精密磨削、计算机控制确定性研抛工艺。传统研抛对研究碳化娃光学材料的去除机理，以及解决碳化硅平面和球面反射镜的单件或者小批量生产具有重要意义，结合手工修抛还可以解决部分非球面的加工问题，因此目前仍在许多光学加工企业广泛应用。其缺点是加工效率低、精度收敛较慢，产品质量与加工周期不易保证。超精密磨削加工碳化硅，特别是采用固着磨料研磨，材料的去除效率较高，面形精度、表面质量有了进一步的提升。光学零件往往要求较高的面形精度和较高的表面质量，计算机控制确定性研抛工艺应运而生。确定性研抛技术的发展，为碳化硅反射镜的高效、高精度、超光滑加工提供了可靠的技术保证，但在加工效率、表面质量、误差收敛率等方面有待进一步提高。
[0005]
【发明内容】
[0006]解决的技术问题:本发明目的是克服现有技术的不足而提供碳化硅反射镜的加工方法及装置，该方法实现了碳化硅反射镜的平面与曲面加工。
[0007]技术方案:
碳化硅反射镜的加工方法，包括以下过程:首先利用电火花线切割加工工件的内外圆，然后利用电火花成形加工方法实现平面加工，最后通过超声磨削加工实现曲面加工;其中所述电火花成形加工方法中以石墨为工具电极，工具电极运动方式为平动或进给运动，工具电极的表面有纵横交错的槽，电极局部成小块状，所述小块状的电极周围布有均匀的冲液孔，加工过程中，工作液通过冲液孔进入槽中均匀冲洗每一个小电极块。
[0008]进一步地，所述电火花成形加工方法中电极放电形式为电火花放电、电弧放电或电解放电。
[0009]进一步地，所述超声磨削加工中采用固结磨料的工具头，工作液介质为去离子水。
[0010]进一步地，所述超声磨削加工中所采用的超声电源为可编程电源。
[0011]进一步地，所述超声磨削加工中超声磨削加工曲面的过程为工件走圆形轨迹，超声工具头Z方向进给，两者合成形成曲面。
[0012]本发明同时给出了实现以上加工方法的加工装置，具体方案如下:
碳化硅反射镜的加工装置，包括底座、丝筒、支架、导向轮、电源系统、超声工具头、变幅杆、换能器、超声伺服系统、电火花成形进给系统、执行机构、工具电极、平动头、加工工件、位置检测器、数控平动台和工作液循环系统；其中支架设置于底座上，导向轮设置于支架上，丝筒内含电极丝，电极丝连接导向轮，超声伺服系统设置于支架上，超声伺服系统的输出端连接换能器，换能器下端连接变幅杆，变幅杆下端连接超声工具头；电火花成形进给系统设置于支架上，电火花成形进给系统的输出端连接工具电极，执行机构设置于工具电极上，且可上下移动；平动头连接支架，加工工件设置于数控平动台上，位置检测器设置于数控平动台上；工作液循环系统提供整个装置运行过程中所需的工作液；电源系统通过线路提供整个装置运行过程中的电源。
[0013]所述的加工装置中，所述换能器和变幅杆之间通过螺栓连接;变幅杆和超声工具头之间通过螺栓连接。
[0014]所述的加工装置中，所述电火花成形进给系统为基于步进电机或者伺服电机实现的，进给分辨率达到I?I Ομ??。。
[0015]有益效果:本发明提供了碳化硅反射镜的加工方法，以电火花线切割加工内外圆以去除大余量，提高加工效率高，相比传统的机械磨削加工，效率提高近一倍。加工工具损耗减少，成本降低，同时加工表面质量完好，无应力损伤。超声磨削加工达到超精加工的目的，不损伤材料表面，无热变形和应力损伤。
【附图说明】
[0016]图1为实施例1中碳化硅反射镜的加工装置示意图；
图2为实施例1中碳化硅反射镜的加工装置平面加工原理图；
图3为实施例1中碳化硅反射镜的加工装置曲面加工原理图；
以上图1-图3中，I为底座，2为丝筒，3为支架，4为导向轮，5为电源系统，6为超声工具头，7为变幅杆，8为换能器，9为超声伺服系统，10为电火花成形进给系统，11为执行机构，12为工具电极，13为平动头，14为加工工件，15为位置检测器，16为数控平动台，17为工作液循环系统，18为待平面加工工件，19为电火花成形加工工具，20为待曲面加工工件，21为超声加工工具。
[0017]【具体实施方式】:
下面结合附图对本发明提供的加工方法与装置进行进一步说明。
[0018]实施例1
如图1所示，为碳化硅反射镜的加工装置示意图，包括底座1、丝筒2、支架3、导向轮4、电源系统5、超声工具头6、变幅杆7、换能器8、超声伺服系统9、电火花成形进给系统10、执行机构11、工具电极12、平动头13、加工工件14、位置检测器15、数控平动台16和工作液循环系统17;其中支架3设置于底座I上，导向轮4设置于支架3上，丝筒2内含电极丝，电极丝连接导向轮4，超声伺服系统9设置于支架3上，超声伺服系统9的输出端连接换能器8，换能器8下端连接变幅杆7，变幅杆7下端连接超声工具头6;电火花成形进给系统10设置于支架3上，电火花成形进给系统10的输出端连接工具电极12，执行机构11设置于工具电极12上，且可上下移动;平动头13连接支架3，加工工件14设置于数控平动台16上，位置检测器15设置于数控平动台16上;工作液循环系统17提供整个装置运行过程中所需的工作液;电源系统5通过线路提供整个装置运行过程中的电源。以上超声工具头6、变幅杆7、换能器8、超声伺服系统9构成超声磨削加工时所需的装置，该装置可以整体安装到平动头13上进行超声磨削加工工序；电火花成形进给系统10、执行机构11、工具电极12组成电火花成形加工时所需的装置，该装置同样可以整个安装到平动头13上，工具电极12与执行机构11通过螺纹联接;平动头13是一个可编程的数控平台，位置检测器15实时记录加工工件的位置信息，数控平动台16用于安装加工工件，数控平动台16为目前常用操作平台，包含工作台、步进电机、丝杠、导轨、进给系统、电机控制器等。电源系统5包括电火花线切割脉冲电源、电火花成形电源、超声电源、控制器、输入输出接口，分别为三种加工方法提供加工电源;工作液循环系统17包含输液栗、调节阀、喷嘴、回液管，通过添加不同的工作液可以完成不同加工过程的冲液。
[0019]以上所述的碳化硅反射镜加工装置的设计原理及加工方法在于首先利用电火花线切割去除加工工件的内外圆，然后利用电火花成形加工方法实现平面加工(平面加工原理图见图2)，最后通过超声磨削加工实现曲面加工(曲面加工原理图见图3);其中电火花线切割是利用连续移动的细金属丝作电极，对工件进行脉冲电火花蚀除材料、切割成型。将脉冲电源正极接加工工件，负极接电极丝，利用数控平台和平动头可以实现各种形状工件的切割成形。具体的加工过程:通过编程系统编写相应的加工代码，由控制系统完成进给系统的控制，不断调节电解丝与工件之间的相对位置加工出不同的形状的工件。相比传统加工，数控线切割加工轮廓，无须设计和制造复杂成型电极，大大降低了加工费用，缩短了加工周期。