用于非球面光学元件抛光的数控双摆机构的制作方法

本发明涉及光学加工，特别是一种用于非球面光学元件抛光的数控双摆机构。

背景技术：

在专利《一种离轴非球面光学冷加工机床》(专利公开号CN100519072C)中，介绍了一种离轴非球面光学冷加工机床。该机械通过工件的定角度摆动和抛光盘的定角度摆动来加工离轴非球面，主要有两大问题：

1、工件装夹在工作台上，此种工作台质量很大，不能高速摆动，限制加工效率，另外由于该发明中采用的是从动式抛光盘，低速运动往往容易跳动；

2、由于没有自动控制，工件和抛光盘在一次抛光中只能定角度往复摆动，极容易引起切带，给加工带来极大的困难。

综上所述，该发明不能取代传统手修方式和数控机床加工方式，不能达到发明目的。

采用传统的数控抛光(CCOS)方式抛光工件，加工灵活性差，加工质量差，很多情况下依然需要手修，但手修非球面光学元件存在劳动强度大、面形难以精确控制的缺点，所以非球面光学加工中迫切需要一种灵活如手、运动精度又比手高的抛光设备。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决上述问题而提供一种用于各种非球面光学元件抛光的数控双摆机构。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于非球面光学元件抛光的数控双摆机构，其特征在于，包括机架、Y轴电机、Y轴曲柄、Y轴连杆、X轴电机、X轴曲柄、X轴连杆、配重块、直线导轨滑台、十字万向节、抛光盘、控制器、Y轴电滑环和X轴电滑环；

所述的Y轴曲柄包括曲柄架、电机、丝杆、直线导轨和滑台，所述的曲柄架、电机、丝杆、直线导轨和滑台组成一维电动直线导轨滑台模块，所述的Y轴曲柄的曲柄架上固设有竖直转轴，所述的竖直转轴通过轴承安装在所述的机架上，所述的Y轴曲柄的滑台移动方向垂直于所述的转轴方向，所述的Y轴曲柄的滑台上固设有竖直转轴，所述的Y轴电机固定在所述的机架上，所述的Y轴电机的转子轴线方向为竖直方向，所述的Y轴电机的转子输出端通过联轴器连接到所述的Y轴曲柄的曲柄架的转轴上，所述的Y轴连杆包括连杆架、电机、丝杆、直线导轨和滑台，所述的连杆架、电机、丝杆、直线导轨和滑台组成一维电动直线导轨滑台模块，所述的Y轴连杆的连杆架的一端通过轴承与所述的Y轴曲柄的滑台上的转轴连接，所述的Y轴连杆的滑台的移动方向垂直于所述的Y轴曲柄的滑台上的转轴轴线，所述的Y轴连杆的滑台上固设有沿平行于滑台运动方向向远离所述的Y轴曲柄的方向伸出的摆杆，所述的X轴电机、X轴曲柄、X轴连杆的结构、安装方式与安装高度与所述的Y轴电机、Y轴曲柄、Y轴连杆的结构、安装方式与安装高度相同，所述的X轴连杆的滑台上的摆杆在远离所述的滑台的一端固设有竖直转轴，所述的竖直转轴通过轴承连接到所述的Y轴连杆的滑台上的摆杆上，所述的Y轴连杆的滑台的摆杆在远离所述的Y轴连杆的滑台的一端固定有所述的直线导轨滑台的滑台部分，所述的直线导轨滑台的导轨运动方向相对于所述的直线导轨滑台的滑台为垂直方向，在所述的直线导轨滑台的导轨上端固设有所述的配重块，在所述的直线导轨滑台的导轨下端固设有所述的十字万向节的上端的连杆，所述的十字万向节的下端的连杆上固设有所述的抛光盘，所述的Y轴电滑环套在所述的Y轴曲柄的曲柄架的竖直轴上，所述的X轴电滑环套在所述的X轴曲柄的曲柄架的竖直轴上，所述的控制器的控制端通过导线连接到所述的Y轴电机、X轴电机、Y轴连杆的电机、X轴连杆的电机、Y轴电滑环和X轴电滑环的输入端上，所述的Y轴电滑环和X轴电滑环的输出端通过导线连接到所述的Y轴曲柄的电机和所述的X轴曲柄的电机的输入端上。

所述的机架包括底座部分和调整架部分，所述的底座上固设有竖直杆，所述的调整架固设有竖直套筒，所述的竖直套筒套在所述的机架的底座部分的竖直杆上，所述的机架的调整架部分的竖直套筒的套筒壁沿垂直于套筒壁方向设有2～6个螺纹孔，所述的螺纹孔内旋有螺栓，所述的螺栓顶紧在所述的机架底座部分的竖直杆上。

所述的Y轴电机、所述的X轴电机、所述的Y轴曲柄的电机、所述的X轴曲柄的电机、所述的Y轴连杆的电机和所述的X轴连杆的电机为步进电机或伺服电机；

所述的十字万向节的两根轴线相交，且交点与连接所述的抛光盘的位置的距离小于2厘米；

所述的控制器包括一个可编程四轴步进电机运动控制器或可编程四轴伺服电机运动控制器和一个可编程两轴步进电机运动控制器或可编程两轴伺服电机运动控制器。

本发明的工作原理描述为：

首先将所述的机架放置在相对于工件的适当位置上，调整所述的机架的调整架至合适高度。所述的机架、Y轴曲柄、X轴曲柄、Y轴连杆和X轴连杆组成5杆机构，所述的Y轴电机和所述的X轴电机为所述的5杆机构的两个动力源，所述的Y轴电机和所述的X轴电机分别带动所述的Y轴曲柄和所述的X轴曲柄转动，所述的Y轴曲柄和所述的X轴曲柄的转动带动所述的Y轴连杆和所述的X轴连杆运动，所述的Y轴连杆通过所述的直线导轨滑台带动所述的抛光盘运动。所述的控制器通过控制所述的Y轴电机和所述的X轴电机的转速、转速比和转动相位控制所述的抛光盘的运动模式，所述的控制器通过控制所述的Y轴曲柄和所述的X轴曲柄的长度控制所述的抛光盘的运动幅度，所述的控制器通过控制所述的Y轴连杆和所述的X轴连杆的长度控制所述的抛光盘的运动区域，从而完成旋转对称非球面、离轴非球面或自由曲面光学元件的抛光。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

所述的控制器通过控制所述的Y轴电机和所述的X轴电机的转速、转速比和转动相位控制所述的抛光盘的运动模式，所述的控制器通过控制所述的Y轴曲柄和所述的X轴曲柄的长度控制所述的抛光盘的运动幅度，所述的控制器通过控制所述的Y轴连杆和所述的X轴连杆的长度控制所述的抛光盘的运动区域，所以，只要设计合适的运动模式、运动幅度、运动区域，本发明就可以完成旋转对称非球面、离轴非球面或自由曲面光学元件的抛光。

本发明可以取代传统手修非球面的过程，抛光灵活，同时运动精度和抛光效率又比手高，运动方式与现有数控抛光(CCOS)方式不同又会带来中频误差小的有益效果。

附图说明

图1为本发明用于非球面光学元件抛光的数控双摆机构的结构示意图；

图2为本发明的结构简图；

图3为工件要抛修的区域示意图；

图4为抛光盘的一种运动轨迹示意图；

图中，1-机架，2-Y轴电机，3-Y轴曲柄，4-Y轴连杆，5-Y轴电机，6-Y轴曲柄，7-Y轴连杆，8-配重块，9-直线导轨滑台，10-十字万向节，11-抛光盘，12-控制器，13-Y轴电滑环，14-X轴电滑环，15-工件。

具体实施方式

现结合实施例对本发明作进一步说明。

参看图1，图1为本发明用于非球面光学元件抛光的数控双摆机构，包括机架1、Y轴电机2、Y轴曲柄3、Y轴连杆4、X轴电机5、X轴曲柄6、X轴连杆7、配重块8、直线导轨滑台9、十字万向节10、抛光盘11、控制器12、Y轴电滑环13和X轴电滑环14；

所述的Y轴曲柄3包括曲柄架、电机、丝杆、直线导轨和滑台，所述的曲柄架、电机、丝杆、直线导轨和滑台组成一维电动直线导轨滑台模块，所述的Y轴曲柄3的曲柄架上固设有竖直转轴，所述的竖直转轴通过轴承安装在所述的机架1上，所述的Y轴曲柄3的滑台移动方向垂直于所述的转轴方向，所述的Y轴曲柄3的滑台上固设有竖直转轴，所述的Y轴电机2固定在所述的机架1上，所述的Y轴电机2的转子轴线方向为竖直方向，所述的Y轴电机2的转子输出端通过联轴器连接到所述的Y轴曲柄3的曲柄架的转轴上，所述的Y轴连杆4包括连杆架、电机、丝杆、直线导轨和滑台，所述的连杆架、电机、丝杆、直线导轨和滑台组成一维电动直线导轨滑台模块，所述的Y轴连杆4的连杆架的一端通过轴承与所述的Y轴曲柄3的滑台上的转轴连接，所述的Y轴连杆4的滑台的移动方向垂直于所述的Y轴曲柄3的滑台上的转轴轴线，所述的Y轴连杆4的滑台上固设有沿平行于滑台运动方向向远离所述的Y轴曲柄3的方向伸出的摆杆，所述的X轴电机5、X轴曲柄6、X轴连杆7的结构、安装方式与安装高度与所述的Y轴电机2、Y轴曲柄3、Y轴连杆4的结构、安装方式与安装高度相同，所述的X轴连杆7的滑台上的摆杆在远离所述的滑台的一端固设有竖直转轴，所述的竖直转轴通过轴承连接到所述的Y轴连杆4的滑台上的摆杆上，所述的Y轴连杆4的滑台的摆杆在远离所述的Y轴连杆4的滑台的一端固定有所述的直线导轨滑台9的滑台部分，所述的直线导轨滑台9的导轨运动方向相对于所述的直线导轨滑台9的滑台为垂直方向，在所述的直线导轨滑台9的导轨上端固设有所述的配重块8，在所述的直线导轨滑台9的导轨下端固设有所述的十字万向节10的上端的连杆，所述的十字万向节10的下端的连杆上固设有所述的抛光盘11，所述的Y轴电滑环13套在所述的Y轴曲柄3的曲柄架的竖直轴上，所述的X轴电滑环14套在所述的X轴曲柄6的曲柄架的竖直轴上，所述的控制器12的控制端通过导线连接到所述的Y轴电机2、X轴电机5、Y轴连杆4的电机、X轴连杆7的电机、Y轴电滑环13和X轴电滑环14的输入端上，所述的Y轴电滑环13和X轴电滑环14的输出端通过导线连接到所述的Y轴曲柄3的电机和所述的X轴曲柄6的电机的输入端上。

所述的机架1包括底座和调整架，所述的底座上固设有竖直杆，所述的调整架固设有竖直套筒，所述的竖直套筒套在所述的机架1的底座部分的竖直杆上，所述的机架1的调整架部分的竖直套筒的套筒壁沿垂直于套筒壁方向设有2～6个螺纹孔，所述的螺纹孔内旋有螺栓，所述的螺栓顶紧在所述的机架1底座部分的竖直杆上；

所述的Y轴电机2为步进电机或伺服电机；

所述的X轴电机5为步进电机或伺服电机；

所述的Y轴曲柄3的电机为步进电机或伺服电机；

所述的X轴曲柄6的电机为步进电机或伺服电机；

所述的Y轴连杆4的电机为步进电机或伺服电机；

所述的X轴连杆7的电机为步进电机或伺服电机；

所述的十字万向节10的两根轴线相交，且交点与连接所述的抛光盘11的位置的距离小于2厘米；

所述的控制器12包括一个可编程四轴步进电机运动控制器或可编程四轴伺服电机运动控制器和一个可编程两轴步进电机运动控制器或可编程两轴伺服电机运动控制器。

现结合图1和图2描述本发明的工作过程，图2是本发明的结构简图，机架1、Y轴曲柄3、X轴曲柄6、Y轴连杆4和X轴连杆7组成5杆机构，Y轴电机2和X轴电机5为5杆机构的两个动力源，带动Y轴曲柄3和X轴曲柄6做整周转动，Y轴曲柄3和X轴曲柄6的转动带动Y轴连杆4和X轴连杆7运动，Y轴连杆7通过直线导轨滑台9带动抛光盘11运动，通过抛光盘11的运动抛光工件。控制器12通过控制Y轴电机2和X轴电机5的转速、转速比和转动相位控制抛光盘9的运动模式，通过控制Y轴曲柄3和X轴曲柄6的长度控制抛光盘11的运动幅度，通过控制Y轴连杆4和X轴连杆7的长度控制抛光盘11的运动区域，从而完成旋转对称非球面、离轴非球面或自由曲面光学元件的抛光。

举例说明一种实际加工情况。参见图3，图3为工件要抛修的区域示意图，阴影部分为要抛修的区域，区域中心抛修量大，边缘抛修量小，所以可使抛光盘以抛修区域中心为中心做螺旋运动，螺旋线从边缘至中心越来越密，这可以通过使X轴曲柄6和Y轴曲柄3转速相同并结合改变Y轴曲柄和X轴曲柄长度实现，两个曲柄长度减速变短，直至为零。参见图4，图4为本发明中抛光盘的一种运动轨迹示意图，用于抛光图3所示类型的面形。