拼接镜面切割成型用辅助支撑夹具的制作方法

本发明属于镜面加工辅助工具技术领域，具体涉及一种用于拼接镜面切割飞边的辅助支撑夹具。

背景技术：

随着望远镜的口径越来越大，望远镜的设计、加工、成本问题也越来越突出。为了降低设计及加工困难，减轻望远镜的重量及成本，越来越多的大口径望远镜—KECK、LAMOST、TMT等采用镜面分割拼接技术。目前大口径天文光学望远镜主要采用多块六边形子镜方式拼接成一块大孔径光学镜面的，拼接子镜是由圆柱形的拼接子镜镜坯切除不需要的飞边加工而成。拼接子镜切除飞边的加工方法主要采用以下几种方法：

1.逐步磨削法。此方法无需飞边辅助支撑夹具，直接利用拼接镜面主支撑夹具即可。但是此方法因为是将拼接子镜的飞边慢慢的磨削掉，十分耗时，磨削刀具损耗很大，加工成本大，而且此方法产生的大量粉末会污染整个工作环境，进一步增加了加工难度。

2.水射流切割法。此方法较逐步磨削法加工时间短，生产效率高，使用水刀无磨损，无需刀具装置或者更换机构。但是采用此方法的切割面具有一定的梯度，与垂直的切入方向有一定的倾角，而且切割面粗糙度、精度较低，还需要进一步精加工。此外，带有磨料的水的溅射会对拼接镜面的光学面和结构面也都会有一定的磨损。

3.直接切割法。此方法是将飞边整个部分直接切割去除，其加工时间短，磨削刀具损耗少，加工成本低，而且只会产生少量的粉末，对工作环境污染低。但是拼接镜面采用脆性材料，在切割到飞边末端时，由于整个飞边的重力会集中在飞边的末端以及受切割力的影响，飞边的末端会产生不规则的断裂，直接导致加工拼接镜面的失败，因而需要设计飞边辅助支撑夹具对飞边提供支持力，以减少飞边末端的应力集中。目前，还没有相关的镜面飞边辅助支撑夹具能够较好地解决以上问题，这很大的影响了直接切割法的应用与推广。

技术实现要素：

为了尽可能减少飞边末端的应力集中，避免飞边末端出现提前不规则断裂，填补用于镜面飞边直接切割的辅助支撑夹具的空白，本发明提供了一种拼接镜面切割成型用辅助支撑夹具，具体采用如下技术方案：

一种拼接镜面切割成型用辅助支撑夹具，包括支撑座组件以及置于支撑座组件中的支撑吸盘组件，

支撑座组件包括支撑底座及锁紧装置；支撑底座上设有吸盘孔，该吸盘孔用于放置支撑吸盘组件，吸盘孔的尺寸与支撑吸盘组件相适应；吸盘孔在与支撑底座平面相平行的方向(即与吸盘孔的轴向相垂直的方向)上非闭合，从吸盘孔的非闭合的一端至支撑底座的边缘设有一条缝隙，该缝隙沿与支撑底座平面相垂直的方向(即吸盘孔的轴向方向)上下贯通，将支撑底座分割成部分Ⅰ及部分Ⅱ，并在该被分割的部分Ⅰ及部分Ⅱ上设有锁紧装置，通过锁紧装置使部分Ⅰ及部分Ⅱ互相挤压，从而导致吸盘孔向轴心挤压变形，最终起到固定支撑吸盘组件的作用。

支撑吸盘组件包括支撑吸盘和吸盘底座；支撑吸盘组件与支撑底座的吸盘孔为间隙配合，吸盘底座可以在支撑底座的吸盘孔里面自由地沿与支撑底座平面相垂直的方向(即吸盘孔的轴向方向)移动及摆动。

进一步，支撑底座的吸盘孔优选设置为圆柱形的孔，使其可与球状结构的吸盘底座间隙配合。

进一步，吸盘底座优选为球状结构，以便更好的适应拼接子镜的任意方向的曲面结构，更好的吸附贴合支撑镜面；支撑吸盘与吸盘底座可一体成型，也可以分别加工后再行装配。

进一步，锁紧装置包括锁紧螺栓、锁紧螺纹孔及锁紧光孔；锁紧光孔从支撑底座的部分Ⅰ的外侧面沿着垂直于缝隙的方向延伸到支撑底座的部分Ⅰ的另一侧面；锁紧螺纹孔与锁紧光孔同轴，并从支撑底座的部分Ⅱ靠近缝隙的一侧向里面延伸，该延伸长度优选为15至20mm；使用时，将锁紧螺栓旋入锁紧螺孔中，通过调整螺纹副来给支撑底座的部分Ⅰ施力，达到使部分Ⅰ及部分Ⅱ互相挤压变形的效果，从而使支撑吸盘组件紧固于支撑底座的吸盘孔中。

更进一步，锁紧装置还包括锁紧螺栓把手，该锁紧螺栓把手与锁紧螺栓相连接，起到不需借助额外工具便能完成锁紧部件的效果。

进一步，锁紧螺孔及锁紧光孔设置于支撑底座的靠近吸盘孔的位置，两孔的轴线与吸盘孔的轴线之间的垂直距离优选为35至40mm，两孔的轴线在与支撑底座平面相垂直的方向(即与吸盘孔的轴向相平行的方向)上距离支撑底座上平面的间距优选设置为吸盘孔的下底面距离支撑底座上平面的间距的二分之一。

进一步，吸盘底座与支撑底座的吸盘孔之间的间隙根据实际的夹具材质、要加工的镜面型号等的需要进行设置，优选设置为0.07mm-0.1mm，以使支撑底座的吸盘孔在未夹紧吸盘底座时，支撑吸盘可以自由地轴向移动和摆动。

进一步，支撑吸盘要合理选择密度小而硬度或者刚度高的材料，其重量要尽可能的轻，以减轻飞边被支撑吸盘吸附后受到的重力。

进一步，由于支撑底座的吸盘孔在使用中会发生变形，因此支撑底座宜选用弹性极限高的材料，以保证吸盘孔变形后能够恢复，延长使用寿命。

进一步，支撑座组件还包括一个或多个支撑架，支撑架与支撑底座相连接，以将支撑底座支撑并固定于作业平面(如地平面)上；另外，本技术方案中支撑夹具的支撑座组件及支撑吸盘组件并不限制具体数量，根据实际拼接子镜飞边的形状、大小等特征，可将多组支撑座组件及支撑吸盘组件进行组合设计，以达到多点支撑的效果，即可在同一个支撑夹具中设置多组支撑座组件及支撑吸盘组件，亦可将每个支撑夹具仅设置一组支撑座组件及支撑吸盘组件，再根据需要同时使用多个支撑夹具。

本发明的工作原理是，当支撑吸盘工作时，会产生较大吸力，由于吸盘底座可以在支撑底座的吸盘孔里面自由地沿孔的轴向移动和摆动，因此支撑吸盘能够自动地吸附到拼接镜面飞边的支撑表面，此时通过锁紧螺栓挤压支撑底座，使支撑底座的吸盘孔变形夹紧吸盘底座，从而固定支撑吸盘的高度。

通过采用上述技术方案，本发明能够取得如下的技术效果：

(1)本辅助支撑夹具能够较准确地调整到恰当的支撑高度。

独立于主支撑系统的飞边辅助支撑夹具，易与主支撑夹具发生干涉，很难确定飞边部分的支撑高度。本夹具的支撑吸盘与支撑底座的吸盘孔采用间隙配合，可以依靠真空吸力使支撑吸盘自动吸附到支撑表面，这样就可以很准确地调整到恰当的支撑高度，很大程度地减少了应力集中。

(2)本辅助支撑夹具有柔性，可以自适应地支撑曲面，适用范围广。

本夹具优选的吸盘底座采用球状结构，由于球状结构与支撑底座的吸盘孔为间隙配合，吸盘底座可以自由地沿孔的轴向方向的移动和旋转运动，在真空吸力的作用下，支撑吸盘就可以根据不同的曲面自适应地旋转角度调整姿态，更好地贴合不同的曲面，适用范围广。

(3)本辅助支撑夹具有较好的刚度，不会对镜面的飞边产生较大额外的约束力。

本夹具采用密度小而且刚度或者硬度高的材料，受到飞边的重力后，不会产生较大的位置变形，可以很好地保证在直接切割过程中，飞边分离部分与未分离部分的高度部分基本不变，不会对镜面的飞边部分产生额外的约束力，很大程度地减少了飞边末端的应力集中。

综上所述，本发明提供的飞边辅助支撑夹具不仅易于制造、操作，并在很大程度上减少了飞边末端的应力集中，避免了飞边末端的不规则提前断裂，有力地保证了飞边直接去除加工过程的顺利进行，十分有利于拼接子镜的飞边直接切割的应用与推广。

附图说明

图1是本发明夹具实施例1的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是本发明夹具实施例2的结构示意图。

图4是实施例2的工作状态示意图。

图中标记代表：1.支撑座组件；11.支撑底座；111.部分Ⅰ；112.部分Ⅱ；12.吸盘孔；13.缝隙；14.锁紧装置；141.锁紧螺栓；142.锁紧螺纹孔；143.锁紧螺栓把手；144锁紧光孔；15.支撑架 2.支撑吸盘组件；21.支撑吸盘；22.吸盘底座；3.拼接镜面飞边；4.刀具；5.主支撑夹具。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本发明的一个较佳实施例的结构如图1、图2所示，本辅助支撑夹具包括支撑座组件1以及支撑吸盘组件2，

支撑座组件1由一个矩形的支撑底座11、一个锁紧装置14和两个支撑架15组成；支撑底座11靠近一个矩形角的位置设有一个圆柱形的吸盘孔12，该吸盘孔12用于放置支撑吸盘组件2；吸盘孔12是非闭合的，其在图2的点a的位置设有一条缝隙13，该缝隙13从平行于矩形支撑底座的方向上看，其从a点一直延伸到矩形支撑底座11的另一边上的b点，从垂直于矩形支撑底座的方向上看，其是从支撑底座11的上表面一直延伸到下表面，因此该缝隙13将支撑底座11分割成两部分：部分Ⅰ111及部分Ⅱ112。

锁紧装置14设于支撑底座11上，其横跨部分Ⅰ111及部分Ⅱ112，锁紧装置14起到将部分Ⅰ111及部分Ⅱ112互相挤压、使吸盘孔12变形的作用，本实施例中将锁紧装置选用为螺纹副，其包括带把手的锁紧螺栓141、锁紧螺纹孔142及锁紧光孔144；锁紧光孔144从支撑底座11的部分Ⅰ111的侧面上的d点开始，沿着垂直于缝隙13的方向延伸到支撑底座11的部分Ⅰ111另一侧；锁紧螺纹孔142与锁紧光孔144同轴，并从支撑底座11的部分Ⅱ112靠近缝隙13的一侧向里面延伸到支撑底座11的部分Ⅱ112中的c点；锁紧螺孔142及锁紧光孔144设置于支撑底座11的靠近吸盘孔12的位置，两孔的轴线与吸盘孔12的轴线之间的垂直距离为35至40mm，两孔在与支撑底座11平面相垂直的方向上的位置也有特殊要求，本实施例将两孔轴线距离支撑底座11上平面的间距设置为：吸盘孔12的下底面距离支撑底座11上平面的间距的二分之一。使用时，使用把手将锁紧螺栓141旋入锁紧螺孔142中，通过调整螺纹副来给支撑底座11的部分Ⅰ111施力，达到使部分Ⅰ111及部分Ⅱ112互相挤压的效果，从而导致吸盘孔12向轴心变形，夹紧支撑吸盘组件2，而使支撑吸盘组件2紧固于支撑底座11的吸盘孔12中。

支撑吸盘组件2由一个支撑吸盘21和一个球状的吸盘底座22组成；支撑吸盘组件2与支撑底座11的吸盘孔12为间隙配合，吸盘底座22可以在支撑底座11的吸盘孔12里面做垂直于支撑底座11的上下运动，也可以围绕轴心进行摆动。吸盘底座22的下端与气管相接，气管的另一端连接真空泵，从而实现支撑吸盘21真空吸附于镜面飞边上。

支撑吸盘21与吸盘底座22可一体成型，也可以分别加工后再行装配。吸盘底座22与支撑底座11的吸盘孔12之间的间隙根据实际的夹具材质、要加工的镜面型号等的需要进行设置，本实施例设置为0.07mm，未夹紧时吸盘底座22可以在支撑底座11的吸盘孔12中自由地轴向运动以及摆动。

支撑吸盘21要合理选择密度小而硬度或者刚度高的材料，如7075铝合金等。

支撑底座11宜选用弹性极限高的材料，如65号钢等。

实施例2

根据实际需要，可将实施例1的元素进行叠加组合，飞边辅助支撑夹具就可以实现三点支撑方式，以及多点支撑方式。

如图3所示，在同一个支撑夹具中整合了三组支撑座组件1及支撑吸盘组件2，支撑架15根据需要依然设置为两个，本实施例能够达到三点支撑的效果。

多点支撑的工作状态如图4所示，用多个三点支撑夹具共同完成镜面切割。圆形的镜坯要切成六边形的拼接镜面，因此需要切除六个拼接镜面的飞边3。首先需要将镜坯用主支撑夹具5定位装夹好，然后用三点支撑辅助支撑夹具(图3所示)支撑固定好需要去除的飞边3。飞边3支撑装夹好后，用刀具4直接切割整个飞边3。

本发明不限于上述实施例，一切采用等同替换或等效替换形成的技术方案均属于本发明要求保护的范围。