碳化硅反射鏡的加工方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于特種加工領域，尤其是實現(xiàn)電火花加工及超聲加工，具體地說是涉及一種碳化硅反射鏡的加工方法及裝置。
[0002]
【背景技術】
[0003]難加工材料加工，如電子陶瓷、高溫合金、硬質合金及碳纖維等，一直是中外學者研究的熱點。如碳化硅陶瓷，屬于硬脆性材料，它具有比剛度大、熱穩(wěn)定性好、抗輻射等優(yōu)點，是當前空間反射鏡的首選材料。隨著空間探測技術、衛(wèi)星遙感技術、大型地基光學系統(tǒng)的快速發(fā)展，對光學系統(tǒng)的工作波段、成像分辨率、熱穩(wěn)定性、系統(tǒng)質量等指標提出了越來越嚴格的要求，這就決定了光學系統(tǒng)必然向反射式、大口徑、輕量化方向發(fā)展。隨著各國空間探索的不斷深入，對光學反射鏡的需求越來越大，對碳化硅材料加工要求也越來越高。
[0004]針對反射鏡形狀、口徑、曲面形式、技術指標的不同，碳化硅反射鏡的加工可采用傳統(tǒng)研拋、超精密磨削、計算機控制確定性研拋工藝。傳統(tǒng)研拋對研究碳化娃光學材料的去除機理，以及解決碳化硅平面和球面反射鏡的單件或者小批量生產(chǎn)具有重要意義，結合手工修拋還可以解決部分非球面的加工問題，因此目前仍在許多光學加工企業(yè)廣泛應用。其缺點是加工效率低、精度收斂較慢，產(chǎn)品質量與加工周期不易保證。超精密磨削加工碳化硅，特別是采用固著磨料研磨，材料的去除效率較高，面形精度、表面質量有了進一步的提升。光學零件往往要求較高的面形精度和較高的表面質量，計算機控制確定性研拋工藝應運而生。確定性研拋技術的發(fā)展，為碳化硅反射鏡的高效、高精度、超光滑加工提供了可靠的技術保證，但在加工效率、表面質量、誤差收斂率等方面有待進一步提高。
[0005]

【發(fā)明內容】

[0006]解決的技術問題:本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術的不足而提供碳化硅反射鏡的加工方法及裝置，該方法實現(xiàn)了碳化硅反射鏡的平面與曲面加工。
[0007]技術方案:
碳化硅反射鏡的加工方法，包括以下過程:首先利用電火花線切割加工工件的內外圓，然后利用電火花成形加工方法實現(xiàn)平面加工，最后通過超聲磨削加工實現(xiàn)曲面加工;其中所述電火花成形加工方法中以石墨為工具電極，工具電極運動方式為平動或進給運動，工具電極的表面有縱橫交錯的槽，電極局部成小塊狀，所述小塊狀的電極周圍布有均勻的沖液孔，加工過程中，工作液通過沖液孔進入槽中均勻沖洗每一個小電極塊。
[0008]進一步地，所述電火花成形加工方法中電極放電形式為電火花放電、電弧放電或電解放電。
[0009]進一步地，所述超聲磨削加工中采用固結磨料的工具頭，工作液介質為去離子水。
[0010]進一步地，所述超聲磨削加工中所采用的超聲電源為可編程電源。
[0011]進一步地，所述超聲磨削加工中超聲磨削加工曲面的過程為工件走圓形軌跡，超聲工具頭Z方向進給，兩者合成形成曲面。
[0012]本發(fā)明同時給出了實現(xiàn)以上加工方法的加工裝置，具體方案如下:
碳化硅反射鏡的加工裝置，包括底座、絲筒、支架、導向輪、電源系統(tǒng)、超聲工具頭、變幅桿、換能器、超聲伺服系統(tǒng)、電火花成形進給系統(tǒng)、執(zhí)行機構、工具電極、平動頭、加工工件、位置檢測器、數(shù)控平動臺和工作液循環(huán)系統(tǒng)；其中支架設置于底座上，導向輪設置于支架上，絲筒內含電極絲，電極絲連接導向輪，超聲伺服系統(tǒng)設置于支架上，超聲伺服系統(tǒng)的輸出端連接換能器，換能器下端連接變幅桿，變幅桿下端連接超聲工具頭；電火花成形進給系統(tǒng)設置于支架上，電火花成形進給系統(tǒng)的輸出端連接工具電極，執(zhí)行機構設置于工具電極上，且可上下移動；平動頭連接支架，加工工件設置于數(shù)控平動臺上，位置檢測器設置于數(shù)控平動臺上；工作液循環(huán)系統(tǒng)提供整個裝置運行過程中所需的工作液；電源系統(tǒng)通過線路提供整個裝置運行過程中的電源。
[0013]所述的加工裝置中，所述換能器和變幅桿之間通過螺栓連接;變幅桿和超聲工具頭之間通過螺栓連接。
[0014]所述的加工裝置中，所述電火花成形進給系統(tǒng)為基于步進電機或者伺服電機實現(xiàn)的，進給分辨率達到I?I Ομ??。。
[0015]有益效果:本發(fā)明提供了碳化硅反射鏡的加工方法，以電火花線切割加工內外圓以去除大余量，提高加工效率高，相比傳統(tǒng)的機械磨削加工，效率提高近一倍。加工工具損耗減少，成本降低，同時加工表面質量完好，無應力損傷。超聲磨削加工達到超精加工的目的，不損傷材料表面，無熱變形和應力損傷。
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例1中碳化硅反射鏡的加工裝置示意圖；
圖2為實施例1中碳化硅反射鏡的加工裝置平面加工原理圖；
圖3為實施例1中碳化硅反射鏡的加工裝置曲面加工原理圖；
以上圖1-圖3中，I為底座，2為絲筒，3為支架，4為導向輪，5為電源系統(tǒng)，6為超聲工具頭，7為變幅桿，8為換能器，9為超聲伺服系統(tǒng)，10為電火花成形進給系統(tǒng)，11為執(zhí)行機構，12為工具電極，13為平動頭，14為加工工件，15為位置檢測器，16為數(shù)控平動臺，17為工作液循環(huán)系統(tǒng)，18為待平面加工工件，19為電火花成形加工工具，20為待曲面加工工件，21為超聲加工工具。
[0017]【具體實施方式】:
下面結合附圖對本發(fā)明提供的加工方法與裝置進行進一步說明。
[0018]實施例1
如圖1所示，為碳化硅反射鏡的加工裝置示意圖，包括底座1、絲筒2、支架3、導向輪4、電源系統(tǒng)5、超聲工具頭6、變幅桿7、換能器8、超聲伺服系統(tǒng)9、電火花成形進給系統(tǒng)10、執(zhí)行機構11、工具電極12、平動頭13、加工工件14、位置檢測器15、數(shù)控平動臺16和工作液循環(huán)系統(tǒng)17;其中支架3設置于底座I上，導向輪4設置于支架3上，絲筒2內含電極絲，電極絲連接導向輪4，超聲伺服系統(tǒng)9設置于支架3上，超聲伺服系統(tǒng)9的輸出端連接換能器8，換能器8下端連接變幅桿7，變幅桿7下端連接超聲工具頭6;電火花成形進給系統(tǒng)10設置于支架3上，電火花成形進給系統(tǒng)10的輸出端連接工具電極12，執(zhí)行機構11設置于工具電極12上，且可上下移動;平動頭13連接支架3，加工工件14設置于數(shù)控平動臺16上，位置檢測器15設置于數(shù)控平動臺16上;工作液循環(huán)系統(tǒng)17提供整個裝置運行過程中所需的工作液;電源系統(tǒng)5通過線路提供整個裝置運行過程中的電源。以上超聲工具頭6、變幅桿7、換能器8、超聲伺服系統(tǒng)9構成超聲磨削加工時所需的裝置，該裝置可以整體安裝到平動頭13上進行超聲磨削加工工序；電火花成形進給系統(tǒng)10、執(zhí)行機構11、工具電極12組成電火花成形加工時所需的裝置，該裝置同樣可以整個安裝到平動頭13上，工具電極12與執(zhí)行機構11通過螺紋聯(lián)接;平動頭13是一個可編程的數(shù)控平臺，位置檢測器15實時記錄加工工件的位置信息，數(shù)控平動臺16用于安裝加工工件，數(shù)控平動臺16為目前常用操作平臺，包含工作臺、步進電機、絲杠、導軌、進給系統(tǒng)、電機控制器等。電源系統(tǒng)5包括電火花線切割脈沖電源、電火花成形電源、超聲電源、控制器、輸入輸出接口，分別為三種加工方法提供加工電源;工作液循環(huán)系統(tǒng)17包含輸液栗、調節(jié)閥、噴嘴、回液管，通過添加不同的工作液可以完成不同加工過程的沖液。
[0019]以上所述的碳化硅反射鏡加工裝置的設計原理及加工方法在于首先利用電火花線切割去除加工工件的內外圓，然后利用電火花成形加工方法實現(xiàn)平面加工(平面加工原理圖見圖2)，最后通過超聲磨削加工實現(xiàn)曲面加工(曲面加工原理圖見圖3);其中電火花線切割是利用連續(xù)移動的細金屬絲作電極，對工件進行脈沖電火花蝕除材料、切割成型。將脈沖電源正極接加工工件，負極接電極絲，利用數(shù)控平臺和平動頭可以實現(xiàn)各種形狀工件的切割成形。具體的加工過程:通過編程系統(tǒng)編寫相應的加工代碼，由控制系統(tǒng)完成進給系統(tǒng)的控制，不斷調節(jié)電解絲與工件之間的相對位置加工出不同的形狀的工件。相比傳統(tǒng)加工，數(shù)控線切割加工輪廓，無須設計和制造復雜成型電極，大大降低了加工費用，縮短了加工周期。