專利名稱：一種費(fèi)里棱鏡的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)器件制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種曲面棱鏡的加工方法，具體涉及一種費(fèi)里棱鏡的單件加工方法。
背景技術(shù)：
為了使攝譜儀得到“純凈”的光譜，1910年費(fèi)里提出用曲面棱鏡取代平面棱鏡，結(jié)果表明這種改進(jìn)具有很多平面棱鏡無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，費(fèi)里棱鏡以其吸收損失小、像散較大，結(jié)構(gòu)緊湊、大視場(chǎng)、重量輕便等特點(diǎn)，在高亮背光顯示、超光譜成像、虛擬現(xiàn)實(shí)、軍事和反恐、航空航天領(lǐng)域等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。鑒于曲面棱鏡費(fèi)里棱鏡的眾多用途，目前國(guó)內(nèi)一些機(jī)構(gòu)針對(duì)曲面棱鏡的加工開(kāi)展了大量的研究工作。例如，中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN 102139376A公開(kāi)了一種自由曲面棱鏡加工方法，先將每個(gè)棱鏡的側(cè)面都初始化為平面以保證每個(gè)側(cè)面按照基準(zhǔn)平面進(jìn)行位置調(diào)整，曲面之間的夾角需要采用精密多軸機(jī)床或加工中心一次裝卡銑削成型，每一個(gè)曲面光軸之間的夾角依靠加工機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)精度保證。這樣的加工方式需要專門制作用于固定金剛石刀具的刀架，改造機(jī)床設(shè)備組建自由曲面棱鏡超精密加工系統(tǒng)。這種技術(shù)對(duì)于曲面棱鏡費(fèi)里棱鏡的單件加工或者小批量加工成本過(guò)大。費(fèi)里棱鏡作為曲面棱鏡中的一種通常由兩個(gè)光軸成一定夾角的曲面構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)既不同于各個(gè)面都為平面的棱鏡結(jié)構(gòu)也不同于只有一根光軸的雙面透鏡結(jié)構(gòu)。費(fèi)里棱鏡光軸角度參數(shù)是其結(jié)構(gòu)參數(shù)中非常重要參數(shù)，如果其光軸角度加工不準(zhǔn)不僅嚴(yán)重影響光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量還會(huì)使系統(tǒng)的裝調(diào)變得十分困難?，F(xiàn)有技術(shù)加工費(fèi)里棱鏡都需要依賴精密多軸機(jī)床來(lái)保證費(fèi)里棱鏡各結(jié)構(gòu)參數(shù)精度。因此有必要發(fā)明一種適用于單件加工或者小批量加工的低成本不依賴精密多軸機(jī)床可以直接在普通的單軸機(jī)床上加工并能保證費(fèi)里棱鏡光軸夾角精度的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種適用于單件加工或者小批量加工的低成本，無(wú)需采用高精度多軸數(shù)控加工設(shè)備，在一般光學(xué)加工中心即可加工保證費(fèi)里棱鏡光軸精度的加工方法。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種費(fèi)里棱鏡的加工方法，包括如下步驟:
(1)加工曲面棱鏡費(fèi)里棱鏡的初始結(jié)構(gòu)，所述初始結(jié)構(gòu)為圓柱體，所述圓柱體直徑與費(fèi)里棱鏡第一個(gè)曲面的直徑相等且兩個(gè)端面都是與圓柱體軸心線垂直的平面，圓柱體的長(zhǎng)度等于費(fèi)里棱鏡第一個(gè)曲面光軸軸向上工件最大長(zhǎng)度尺寸加上切削去除量；
(2)以初始結(jié)構(gòu)圓柱體的一個(gè)端面為基準(zhǔn)面，在圓柱上切削加工一個(gè)與所述基準(zhǔn)面間的夾角等于費(fèi)里棱鏡兩鏡面光軸夾角的橢圓形平面，獲得費(fèi)里棱鏡的楔形圓柱結(jié)構(gòu)，所述楔形圓柱結(jié)構(gòu)空間上包容待加工的費(fèi)里棱鏡；(3)將步驟(2)加工后的楔形圓柱結(jié)構(gòu)固定于光學(xué)加工中心旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，調(diào)整工件位置使其圓柱軸心線與旋轉(zhuǎn)臺(tái)軸心線同軸，在圓柱圓形端面上加工出第一個(gè)曲面，加工的費(fèi)里棱鏡第一個(gè)曲面光軸與圓柱軸心線重合；
(4)將步驟(3)加工后的工件固定于光學(xué)加工中心旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，調(diào)整工件位置使其橢圓形平面與旋轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面平行且工件的旋轉(zhuǎn)軸與待加工的第二個(gè)曲面光軸重合，在橢圓形平面上加工出第二個(gè)曲面。進(jìn)一步的技術(shù)方案，加工時(shí)，步驟(I)中，初始結(jié)構(gòu)圓柱體長(zhǎng)度等于費(fèi)里棱鏡楔形圓柱結(jié)構(gòu)圓柱體軸心線方向上楔形圓柱結(jié)構(gòu)的橢圓端面到圓端面最大距離與最小距離的和加上切削去除量，將初始結(jié)構(gòu)圓柱體按費(fèi)里棱鏡兩個(gè)曲面光軸的夾角切割成兩部分，切割部分別形成橢圓形平面，獲得兩個(gè)步驟(2)所述的楔形圓柱結(jié)構(gòu)，分別加工成費(fèi)里棱鏡。優(yōu)選的技術(shù)方案，本發(fā)明的費(fèi)里棱鏡初始結(jié)構(gòu)具有如下特征:初始結(jié)構(gòu)為圓柱體，所述圓柱體直徑與費(fèi)里棱鏡第一個(gè)曲面的口徑相等，兩個(gè)端面都是與圓柱體軸心線垂直的圓形平面圓柱，其圓柱長(zhǎng)度滿足經(jīng)過(guò)切削加工剛好可以得到兩個(gè)相同的費(fèi)里棱鏡楔形圓柱結(jié)構(gòu)要求。其初始結(jié)構(gòu)圓柱體長(zhǎng)度等于費(fèi)里棱鏡楔形圓柱結(jié)構(gòu)圓柱體軸心線方向上楔形圓柱結(jié)構(gòu)的橢圓端面到圓端面最大距離與最小距離的和，由于考慮切削時(shí)切削縫隙材料去除量影響實(shí)際初始結(jié)構(gòu)圓柱體長(zhǎng)度再加切削縫隙寬度在圓柱軸向方向上的投影長(zhǎng)度。這樣設(shè)計(jì)的好處是最大限度的節(jié)約了材料，一次切削即可得到兩個(gè)楔角相等的楔形圓柱結(jié)構(gòu)，這樣加工后得到的兩個(gè)費(fèi) 里棱鏡其光軸角度誤差穩(wěn)定性好。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明通過(guò)切割形成橢圓形平面，實(shí)現(xiàn)了費(fèi)里棱鏡的加工，不需要采用高精度多軸數(shù)控加工設(shè)備，易于實(shí)現(xiàn)，特別適合于單件或小批量加工的需求。2、本發(fā)明中，圓柱端面和橢圓形平面間的夾角等于費(fèi)里棱鏡兩個(gè)曲面光軸的夾角，因而，通過(guò)控制橢圓形平面的切削即可實(shí)現(xiàn)對(duì)費(fèi)里棱鏡兩個(gè)曲面光軸夾角的精確加工。3、本發(fā)明可以利用一個(gè)初始結(jié)構(gòu)組合加工2個(gè)費(fèi)里棱鏡，節(jié)省了材料，并且加工后得到的兩個(gè)費(fèi)里棱鏡其光軸角度誤差穩(wěn)定性好。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中加工的曲面棱鏡費(fèi)里棱鏡的初始結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中初始結(jié)構(gòu)圓柱上切削的費(fèi)里棱鏡楔形圓柱結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明實(shí)施例一中加工出第一個(gè)曲面的費(fèi)里棱鏡示意 圖4為本發(fā)明實(shí)施例一中在橢圓端面上加工出第二個(gè)曲面的費(fèi)里棱鏡意 圖5為本發(fā)明實(shí)施例一中切削圓柱得到費(fèi)里棱鏡的兩個(gè)相同楔形圓柱結(jié)構(gòu)示意圖。其中:1、圓形端面；2、橢圓形平面；3、圓柱體軸心線；4、第一個(gè)曲面；5、工件旋轉(zhuǎn)軸心線；6、第二個(gè)曲面；7、第一楔形圓柱結(jié)構(gòu)；8、第二楔形圓柱結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
實(shí)施例一:一種曲面棱鏡費(fèi)里棱鏡的加工方法，包括如下步驟:
(I)依據(jù)需要加工曲面棱鏡費(fèi)里棱鏡的初始結(jié)構(gòu)，計(jì)算初始結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)圖1所示，將其初始結(jié)構(gòu)加工成圓柱體，該圓柱體直徑與費(fèi)里棱鏡第一個(gè)曲面的口徑相等且兩個(gè)端面都是與圓柱體軸心線垂直的圓形平面；加工曲面棱鏡費(fèi)里棱鏡的初始結(jié)構(gòu)，所述初始結(jié)構(gòu)為圓柱體，圓柱的長(zhǎng)度略大于費(fèi)里棱鏡第一個(gè)曲面光軸軸向上工件最大長(zhǎng)度尺寸；
(2)加工曲面棱鏡費(fèi)里棱鏡的楔形圓柱結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)圖2所示，以初始結(jié)構(gòu)圓柱其中一個(gè)圓形端面I為基準(zhǔn)面，在圓柱上切削加工一個(gè)與所述基準(zhǔn)面楔角〃等于費(fèi)里棱鏡兩鏡面光軸夾角的橢圓形平面2，這一步是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制費(fèi)里棱鏡光軸夾角的重要技術(shù)手段;
(3)將步驟(2)加工后的楔形圓柱固定于光學(xué)加工中心旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，參見(jiàn)圖3所示，調(diào)整工件位置使其圓柱體軸心線3與旋轉(zhuǎn)臺(tái)軸心線同軸，在圓柱圓形端面上加工出第一個(gè)曲面4，加工的費(fèi)里棱鏡第一個(gè)曲面光軸與圓柱軸心線重合；
(4)參見(jiàn)圖4所示，將步驟(3)加工后的費(fèi)里棱鏡固定于光學(xué)加工中心旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，調(diào)整工件位置使其橢圓形平面2與旋轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面平行且工件旋轉(zhuǎn)軸心線5與待加工的第二個(gè)曲面光軸重合，在費(fèi)里棱鏡橢圓端面上加工出第二個(gè)曲面6。本發(fā)明通過(guò)步驟(3)與步驟(4)的技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)光軸夾角β到控制楔角Θ的轉(zhuǎn)化。實(shí)施過(guò)程中提到的初始結(jié)構(gòu)優(yōu)選實(shí)施方式為:將費(fèi)里棱鏡初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為具有如下特征:初始結(jié)構(gòu)為圓柱體，所述圓柱體直徑與費(fèi)里棱鏡第一個(gè)曲面的口徑相等，參見(jiàn)圖5所示，兩個(gè)端面都是與圓柱體軸心線垂直的圓形平面圓柱，其圓柱長(zhǎng)度滿足經(jīng)過(guò)權(quán)利要求1所述所述步驟(2)的切削加工剛好可以得到兩個(gè)相同的費(fèi)里棱鏡楔形圓柱結(jié)構(gòu)要求，其初始結(jié)構(gòu)圓柱體長(zhǎng)度等于費(fèi)里棱鏡楔形圓柱結(jié)構(gòu)圓柱體軸心線方向上楔形圓柱結(jié)構(gòu)的橢圓端面到圓端面最大距離與最小距離的和，由于考慮切削時(shí)切削縫隙材料去除量影響實(shí)際初始結(jié)構(gòu)圓柱體長(zhǎng)度再加切削縫隙寬度在圓柱軸向方向上的投影長(zhǎng)度。該技術(shù)手段的好處是最大限度的節(jié)約了材料，一次切削即可得到兩個(gè)楔角相等的第一楔形圓柱結(jié)構(gòu)7與第二楔形圓柱結(jié)構(gòu)8，這樣加工后的得到的兩個(gè)費(fèi)里棱鏡其光軸角度誤差穩(wěn)定性好。本發(fā)明的曲面棱鏡費(fèi)里棱鏡的加工方法，不需要使用高精密多轉(zhuǎn)軸機(jī)床也不需要改造現(xiàn)有設(shè)備，僅需要按照費(fèi)里棱鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)制作出楔形圓柱結(jié)構(gòu)，通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)光軸夾角控制到楔形圓柱結(jié)構(gòu)楔角控制的轉(zhuǎn)化。因此，本發(fā)明具有加工工藝簡(jiǎn)單、成本低、 光軸夾角精度易于控制適用于單件加工或小批量加工的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種費(fèi)里棱鏡的加工方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)加工曲面棱鏡費(fèi)里棱鏡的初始結(jié)構(gòu)，所述初始結(jié)構(gòu)為圓柱體，所述圓柱體直徑與費(fèi)里棱鏡第一個(gè)曲面的直徑相等且兩個(gè)端面都是與圓柱體軸心線垂直的平面，圓柱體的長(zhǎng)度等于費(fèi)里棱鏡第一個(gè)曲面光軸軸向上工件最大長(zhǎng)度尺寸加上切削去除量； (2)以初始結(jié)構(gòu)圓柱體的一個(gè)端面為基準(zhǔn)面，在圓柱上切削加工一個(gè)與所述基準(zhǔn)面間的夾角等于費(fèi)里棱鏡兩鏡面光軸夾角的橢圓形平面，獲得費(fèi)里棱鏡的楔形圓柱結(jié)構(gòu)，所述楔形圓柱結(jié)構(gòu)空間上包容待加工的費(fèi)里棱鏡； (3)將步驟(2)加工后的楔形圓柱結(jié)構(gòu)固定于光學(xué)加工中心旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，調(diào)整工件位置使其圓柱軸心線與旋轉(zhuǎn)臺(tái)軸心線同軸，在圓柱圓形端面上加工出第一個(gè)曲面，加工的費(fèi)里棱鏡第一個(gè)曲面光軸與圓柱軸心線重合； (4)將步驟(3)加工后的工件固定于光學(xué)加工中心旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，調(diào)整工件位置使其橢圓形平面與旋轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面平行且工件的旋轉(zhuǎn)軸與待加工的第二個(gè)曲面光軸重合，在橢圓形平面上加工出第二個(gè)曲面。
2.一種費(fèi)里棱鏡的 加工方法，采用權(quán)利要求1所述的加工方法加工，其特征在于:步驟(I)中，初始結(jié)構(gòu)圓柱體長(zhǎng)度等于費(fèi)里棱鏡楔形圓柱結(jié)構(gòu)圓柱體軸心線方向上楔形圓柱結(jié)構(gòu)的橢圓端面到圓端面最大距離與最小距離的和加上切削去除量，將初始結(jié)構(gòu)圓柱體按費(fèi)里棱鏡兩個(gè)曲面光軸的夾角切割成兩部分，切割部分別形成橢圓形平面，獲得兩個(gè)步驟(2)所述的楔形圓柱結(jié)構(gòu)，分別加工成費(fèi)里棱鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種費(fèi)里棱鏡的加工方法，包括如下步驟(1)加工曲面棱鏡費(fèi)里棱鏡的初始結(jié)構(gòu)圓柱體，直徑與費(fèi)里棱鏡第一個(gè)曲面的直徑相等且兩個(gè)端面都是與圓柱體軸心線垂直的平面，圓柱體的長(zhǎng)度等于費(fèi)里棱鏡第一個(gè)曲面光軸軸向上工件最大長(zhǎng)度尺寸加上切削去除量；(2)在圓柱上切削加工一個(gè)橢圓形平面，獲得費(fèi)里棱鏡的楔形圓柱結(jié)構(gòu)，楔形圓柱結(jié)構(gòu)空間上包容待加工的費(fèi)里棱鏡；(3)在圓柱圓形端面上加工出第一個(gè)曲面；(4)在橢圓形平面上加工出第二個(gè)曲面。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本低、光軸夾角精度易于控制，適于單件加工或小批量加工。
文檔編號(hào)B23B1/00GK103212722SQ20131013357
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者陳曦, 郭培基 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)