一种异形光学玻璃块体表面光学加工装置及方法

技术领域

本发明属于精密光学加工技术领域，具体涉及一种异形光学玻璃块体表面光学加工装置及方法。

背景技术

目前在异形光学玻璃块体表面的生产加工过程中，需要对玻璃的表面进行抛光处理。现今对于光学玻璃镜片的抛光技术工艺已比较完善，但是对于异形光学块体表面的抛光方法比较单一且效率比较低下，难以实现批量成盘加工。

一般是将异形光学块体加工面向上使用夹具夹持在抛光机主轴上，再将专用抛光模安装在抛光机摆轴上，利用摆轴上抛光模的来回摆动以及主轴的旋转对加工面进行抛光加工，实现工作表面的抛光。该抛光方法，一个抛光轴一次只能进行一个异形零件面的抛光，难以实现成盘加工，加工效率低下，且夹持面容易产生破点、划痕等疵病，容易造成返工风险，这也增加了加工成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中加工方法单一、效率低、难以实现批量成盘加工、以及加工过程中造成返工的问题，提供一种异形光学玻璃块体表面光学加工装置及方法。

为了达到上述目的，一种异形光学玻璃块体表面光学加工装置，包括第一支撑环和第二支撑环，第一支撑环和第二支撑环通过连接器连接形成空腔，第一支撑环和第二支撑环组成的空腔用于固定零件，并露出零件底部，第一支撑环和第二支撑环的底部设置有辅助底板，辅助底板底部设置有陪磨块，第一支撑环和第二支撑环顶部设置有配重装置。

配重装置包括辅助磁力底座，辅助磁力底座上设置有中心定位销钉，中心定位销钉上套设有配重磁吸底座，配重磁吸底座上设置有配重块，配重块底部设置有配重定位销钉，配重定位销钉的底部设置有卡槽，配重磁吸底座上开设有带尺寸刻度线的沉槽导轨，配重定位销钉的卡槽套插在沉槽导轨上，并能够在沉槽导轨上滑动。

辅助磁力底座底部镶嵌有磁力环，磁力环用于吸附第一支撑环和第二支撑环；

配重磁吸底座内部设置有磁条，磁条连接磁吸开关，磁吸开关用于控制磁条的磁性，能够固定配重块及配重磁吸底座。

辅助磁力底座和配重磁吸底座上均设置有角度刻度。

第一支撑环和第二支撑环组成的空腔内设置有四个垫块，四个垫块分别设置在空腔内的四个接触面上，垫块与零件的接触侧中间设有凹槽。

陪磨块与零件的材质相同。

第一支撑环和第二支撑环的侧壁上开设有四个测角方孔。

一种基于异形光学玻璃块体表面光学加工装置的加工方法，包括以下步骤：

S1，在第一支撑环和第二支撑环的底部分别固定辅助底板，将陪磨块固定在辅助底板底部；

S2，将第一支撑环和第二支撑环的陪磨块贴置在辅助上夹工装的抛光面上；

S3，将零件的加工面向下固定在第一支撑环和第二支撑环组成的空腔中，使零件的加工面贴置在辅助上夹工装的抛光面上，通过连接器将第一支撑环和第二支撑环固定；

S4，将配重装置吸附在第一支撑环和第二支撑环的顶部，完成固定；

S5，对加工面进行抛光。

零件的加工面向下置于第一支撑环和第二支撑环的空腔内，零件上与加工面有角度要求的面朝向第一支撑环和第二支撑环的测角方孔放置，调整加工面贴置条纹与陪磨块贴置条纹相衔接，用垫块固定零件。

安装上配重装置后，将辅助磁力底座的角度刻线0°位置调至零件加工面的初测角度偏置位置，将配重块正下侧对应的配重磁吸底座上的角度刻度线对准辅助磁力底座的角度刻线0°位置，此时打开磁吸开关，固定辅助磁力底座、配重磁吸底座和配重块。

与现有技术相比，本发明通过第一支撑环和第二支撑环组成的空腔固定零件，能够同时将多个零件置于分离器中同时加工，解决了现有技术中异形光学玻璃块体形状不规则且加工面小，难以批量成盘加工的局限问题，提高了加工效率。通过第一支撑环和第二支撑环夹持零件，除零件的加工面外，其他所有面均置于支撑装置内部，避免磕碰，减少因磕碰造成的不良产生。本发明的配重装置能够根据零件加工面初始角度的偏向，精密调整配重装置的位置，达到快速修正角度的效果。本发明能够用于各种尺寸，各种形状的异形光学玻璃块体表面的抛光加工。

进一步的，本发明的垫块与零件的接触侧中间设有凹槽，在固定零件时避开零件接触面的工作区，使工作区悬空，避免工作区在加工过程中受到破坏，且加工过程中，拿取方便，缩短加工过程中自查时装夹的时间，节约了加工过程中来回拆卸装夹的时间成本，避免了返工风险。

本发明的方法将零件固定于第一支撑环和第二支撑环组成的空腔中，零件底面及工作面能够与抛光模接触，其他面均在第一支撑环和第二支撑环内部，避免与外物接触造成磕碰伤。本发明操作简单，加工效率高，能达到角度精度高、面形优异、高光洁度的效果。

附图说明

图1为本发明的支撑装置结构示意图；

图2为本发明的支撑装置俯视图；

图3为本发明中配重装置的示意图；

图4为本发明中配重装置的工作状态示意图；

图5为本发明的工作状态俯视图；

图6为本发明的工作状态示意图；

图7为本发明的工作状态剖视图；

图8为本发明中沉槽导轨的局部俯视图；

图9为本发明中配重定位销钉的示意图；

其中，1、配重定位销钉；2、中心定位销钉；3、第一支撑环；4、辅助底板；5、陪磨块；6、分离器；9、连接器；10、第二支撑环；11、垫块；12、零件；13、辅助上夹工装；14、辅助磁力底座；15、配重磁吸底座；16、配重块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1和图2，一种异形光学玻璃块体表面光学加工装置，包括第一支撑环3和第二支撑环10，第一支撑环3和第二支撑环10通过连接器9连接形成空腔，第一支撑环3和第二支撑环10组成的空腔用于固定零件12，并露出零件12底部，第一支撑环3和第二支撑环10的底部设置有辅助底板4，辅助底板4底部设置有陪磨块5，第一支撑环3和第二支撑环10顶部设置有配重装置。陪磨块5与零件12的材质相同。第一支撑环3和第二支撑环10的侧壁上开设有四个测角方孔。第一支撑环3和第二支撑环10组成的空腔内设置有四个垫块11，四个垫块11分别设置在空腔内的四个接触面上，垫块11与零件12的接触侧中间设有凹槽。

参见图3和图4，配重装置包括辅助磁力底座14，辅助磁力底座14上设置有中心定位销钉2，中心定位销钉2上套设有配重磁吸底座15，配重磁吸底座15上设置有配重块16，配重块16底部设置有配重定位销钉1，配重定位销钉1的底部设置有卡槽，配重磁吸底座15上开设有带尺寸刻度线的沉槽导轨，配重定位销钉1的卡槽套插在沉槽导轨上，并能够在沉槽导轨上滑动。辅助磁力底座14底部镶嵌有磁力环，磁力环用于吸附第一支撑环3和第二支撑环10。配重磁吸底座15内部设置有磁条，磁条连接磁吸开关，磁吸开关能够控制磁条的磁性，用于固定配重磁吸底座15及配重块16。辅助磁力底座14和配重磁吸底座15上均设置有角度刻度。

参见图5、图6和图7，一种基于异形光学玻璃块体表面光学加工装置的加工方法，包括以下步骤：

S1，在第一支撑环3和第二支撑环10的底部分别固定辅助底板4，将陪磨块5固定在辅助底板4底部；

S2，将第一支撑环3和第二支撑环10的陪磨块5贴置在辅助上夹工装13的抛光面上；

S3，将零件12的加工面向下固定在第一支撑环3和第二支撑环10组成的空腔中，零件12上与加工面有角度要求的面朝向第一支撑环3和第二支撑环10的测角方孔放置，调整加工面贴置条纹与陪磨块5贴置条纹相衔接，用垫块11固定零件，使零件12的加工面贴置在辅助上夹工装13的抛光面上，通过连接器9将第一支撑环3和第二支撑环10固定；

S4，将配重装置吸附在第一支撑环3和第二支撑环10的顶部，将辅助磁力底座14的角度刻线0°位置调至零件12加工面的初测角度偏置位置，将配重块16正下侧对应的配重磁吸底座15上的角度刻度线对准辅助磁力底座14的角度刻线0°位置，此时打开磁吸开关，固定辅助磁力底座14、配重磁吸底座15和配重块16，完成固定；

S5，对加工面进行抛光。

实施例：

参见图7，零件12为外接圆尺寸为50-150mm的多面异形体，零件12的加工面面积小，现有技术方法难以实现批量成盘加工。

辅助上夹工装13用W14研磨粉研磨，将上下表面的平行研磨至0.001，并抛亮至面形整体为N＝-(3-5)。

陪磨块5固定后，使用W14研磨粉研磨底面至平行0.001，并抛亮至面形N＜-0.5，且陪磨块5必须是与零件12相同材料的玻璃。陪磨块5底面和零件12工作面均置于辅助上夹工装13的抛光面后，轻微调整零件12和陪磨块5，使得其置于辅助上夹工装13抛光面上的接触面条纹相互衔接，且均匀分布5个条纹左右。

连接器9固定支撑环3和支撑环10后，支撑环3和支撑环10之间的间隙为2mm-3mm左右，支撑环的壁厚为8mm-12mm，具体根据零件尺寸大小进行调整。

零件12内接圆直径与组装后的工装内径尺寸比例为6:7，可根据零件12尺寸大小配置相应尺寸的支撑装置。

第一支撑环3、第二支撑环10和连接器9的材料选用不锈钢，并且经过稳定化处理来增加其持久性能及稳定性能。

垫块11与零件12接触面中间开有深度1mm凹槽，使得零件12接触面工作区悬空，避免装夹挤压破坏工作区的光洁度。支撑环3和支撑环10侧壁开有通孔方槽(具体尺寸可根据零件大小设置)各两个均匀分布，与零件12底面有角度要求的面朝向通孔方槽装夹，加工过程中通光测角使用。支撑环3和支撑环10外圆方孔处铣磨有宽度30mm的长方形平台，相对两组平台的平行度为0.0005，加工过程中测量角度时长方形平台置于测角仪工作台上，进行测量工作。

参见图3、图4、图8和图9，配重装置通过辅助磁力底座14吸附在支撑装置顶部。辅助磁力底座14的底面镶嵌有一块磁力环，用于连接并固定配重装置及支撑装置。辅助磁力底座14中心开有一

配重磁吸底座15中心开有一

辅助磁力底座14和配重磁吸底座15都设置有360°角度刻度线，通过磁吸开关控制配重磁吸底座15的磁吸作用，通过旋转配重磁吸底座15，来调整配重装置致所需的精确方位，在通过调整配重块16在导轨上的径向位置，以此来精确控制配重装置的位置。

装夹完成的零件12置于分离器6的圆孔内。分离器6的尺寸1为30-35mm，分离器6的尺寸2为25-30mm，装夹后的工装外壁到分离器6的孔内壁尺寸3为8-15mm。分离器6的开孔数量根据零件12的具体尺寸大小调整，且零件12的内接圆直径与分离器6的圆孔直径之比为15:25到15:29左右。各组件之间的相互尺寸必须相互配合才能达到最佳抛光效果。并且如分离器6的中间不足以开放置零件的孔时，中心位置应根据实际余量开直径30-60mm的通孔。

加工方法包含装夹方法、抛光方法及抛光面修正角度方法，具体如下：

步骤一：装夹零件12(下述简称装夹组件)；

步骤二：开启环抛机，设置环抛机的抛光参数，将分离器6置于抛光模8上，分离器6与抛光模8磨合40min左右；

步骤三：将步骤一的装夹组件加工面向下置于分离器6的孔内，加工面与抛光模8接触，在抛光模8上添加液7进行抛光加工。一件分离器6可同时放置加工多个零件12。

步骤四：抛光过程中，边抛光边检查零件12工作面面形及工作区疵病情况，一般4-8H可完成抛光。加工过程中测量加工面相关角度时，将支撑环3或支撑环10外圆长方形平台置于测角仪工作面，零件12的加工面朝向测角仪光管方向，测量零件12加工面相关面的夹角，并将测量值标记在装夹组件相应的角度偏置位置上，再将配重装置吸附在支撑装置顶部，注意辅助磁力底座14的0刻线位于角度偏置位置正上侧。关闭磁吸开关，将配重块16正下方配重磁吸底座15的的角度刻线与辅助磁力底座14的0刻线对齐，打开磁吸开关，配重磁吸底座15吸附到辅助磁力底座14上固定。再根据初始角度数值，调整配重块16在导轨上的位置，精确调整配重块16的位置，达到精准修角的效果。

步骤五：将初次测角后的装夹组件再次置于分离器孔内，抛光一定时间后重复步骤四，再次测量加工面相关角度并标记在对应位置。重复步骤四和步骤五，直至加工面角度修正至要求范围内。

步骤六：取下装夹组件，使用保护胶带保护加工面，取下零件12，完成零件12工作面的抛光。

本发明前期通过实验数据的统计，对不同尺寸的零件进行抛光加工，记录零件加工效果以及零件的尺寸与装夹后工装两个支撑环之间间隙的比例，以及装夹后工装的外径尺寸与分离器孔的直径比例，确定最佳的尺寸比例。例如零件12为外接圆直径为60mm的多面异形体，零件12的表面光学加工时，选择支撑环之间间隙为2mm的支撑装置加工，能达到加工过程装夹稳定不变形的效果。零件12装夹完成后，支撑装置的外径为86mm，配置的分离器6的内孔直径为100-116mm之间时，能达到面形快速修正的效果。而零件12为外接圆直径为140mm的多面异形体时，其选择支撑环之间间隙为2.5mm的支撑装置加工，装夹完成后，支撑装置的外径为166mm，配置的分离器6的内孔直径为180-196mm之间时，加工效果会更好。不同零件尺寸及装夹后工装外径以及配套分离器孔径相互结合，加工效果会更佳。其各部分组件尺寸相互匹配及其抛光加工效果如表1。

表1各部分组件尺寸匹配及加工效果对应表

上述过程记录了各部分组件尺寸匹配表以及相对应的抛光效果，此外，抛光过程中，需要使用配重装置来辅助修正加工面的角度，通过大量实验验证配重装置的位置对修正角度速度的影响。例如当角度误差较大时，配重装置径向外移能快速将角度修正致较小误差范围内，当角度误差较小时，配重装置径向内移能快速将角度修正致合格范围内而不使角度修正过多，不同位置配重装置修正角度的效果如下：

①零件12为外接圆直径70mm多面异形体，通过该方法加工，各面角度精度可达到±0.2″。安装上配重装置后，将辅助磁力底座14的角度刻线0°位置调至零件加工面初测角度偏置位置，将配重块16正下侧对应的配重磁吸底座15上的角度刻度线对准辅助磁力底座14的角度刻线0°位置，此时打开磁吸开关，固定配重装置。调整配重块16移动致导轨最外侧时，即配重块16向外侧移动24mm，此时抛光加工20min后，再次测量加工面平行角度为180°0′2″，此时整调配重块16，使配重块16沿导轨向内侧移动14mm，再次抛光10min，测量加工面平行角度为180°0′0.5″，符合平行角度要求。

②零件12为外接圆直径120mm的多面异形体，相对两个面已加工完成，面形、疵病、平行角度均符合范围，现在需加工与已加工的面相垂直的工作面。将已加工的面朝向支撑装置的测角方孔位置，工作面向下放置，安装在支撑装置内。经过初次抛光后，测得加工面垂直角度为90°0′12″，按照上述①中方法，调整配重装置的方位，并调整配重块16的位置，向外侧移动24mm，此时抛光加工35min后，再次测量加工面垂直角度为90°0′3.47″，此时整调配重块16，使配重块16沿导轨向内侧移动10mm，再次抛光10min，测量加工面平行角度为90°0′1.5″，符合垂直角度要求。通过大量实验验证配重块16径向移动的位置及加工时间与角度修正效果的关系如下表2所示。

表2配重块16位置、加工时间与修正角度变化量的关系

上述过程中，根据零件12的尺寸配置相应比例尺寸的支撑装置、配重装置及分离器，相互配合使用，既能达到良好的抛光效果，又能很快的修正加工面的角度。

本发明是为了解决异形光学玻璃块体表面加工方法单一、效率低，以及加工面尺寸小难以批量成盘加工的问题，提供了一种增加抛光方式、提高加工效率、节约加工成本的方法，使其达到良好的抛光效果。本发明还有一个很大的优势，相比较现有异形光学玻璃块体表面抛光方法，该发明抛光设备可选择精密研磨抛光机或环抛机两类设备，并且使用分离器，单件分离器单次可加工多个零件，解决了异形光学玻璃块体加工面小难以成盘加工的问题，增加加工方法，提高加工效率，节约加工成本。