非球面加工数控夹具的设计研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 非球面加工数控夹具的设计研究 摘 要：随着非球面光学元件广 泛地应用在数控领域，传统的非球面加 工元件已经满足不了现代机械应用，这 种社会现实情况对非球面元件的设计提 出更高要求，不仅要求要提高元件加工 的效率，还要提高元件的精度，要求在 现代机械加工中，要减少二次装夹的误 差，避免加工数据出现较大的变化影响 大规模生产，在这种背景下，提出非球 面加工数控夹具的设计优化方案，提高 非球面加工数控夹具的效率与精度。文 章主要对非球面加工数控夹具的设计过 程以及设计方案进行研究，分析非球面 应用技术的基本内涵，并综合分析数控 夹具的设计过程，并尝试探究非球面加 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 工数控夹具的设计方案，建设夹具的运 动学模型，完成夹具的精确度测试，提 高非球面加工数控夹具的设计质量。 中国论文网 /8/view-12919599.htm 关键词：非球面加工；数控夹具； 设计方案 中图分类号：TG659 文献标识 码：A 文章编号：1671-2064（2017） 05-0049-02 1 前言 现代非球面加工数控夹具属于光 学元件的一种重要类型，光球面主要是 与球面有偏离，这种结构能够有效减少 光学元件系统的尺寸以及重量，各种非 球面加工数控夹具的光学元件的应用， 能够提高紧密仪器的精密度。非球面光 学元件主要应用在现代天文望远镜等精 密度要求较高的仪器中，尽管我国光学 元件的精密度达到世界先进水平，但在 实际设计中仍旧会出现一系列问题，这 就要求我们要重视球面加工数控夹具等 设计，优化设计过程与方案，提高设计 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 水平，为现代球面加工数控夹具的设计 提供借鉴经验。 2 非球面磨削加工设计技术 非球面磨削加工技术是数控夹具 设计的主要技术，在数控夹具的制作上， 发挥着重要的作用。磨削加工技术应用 在非球面透明的常规磨削上，能够满足 非球面的要求。具体制作上，主要是将 方形玻璃工件磨出斜面，然后完成装夹 工作，在夹具装夹完成后，磨非轴对称 非球面。但在加工数控夹具的安装上， 这种安装效果相对较差，会影响到非球 面元件的精密度。非球面磨削过程：将 工作元件直接装夹在非球面的工作台上， 由于楔角的影响，非球面元件的非球面 一面会偏离水平线，这种情况下，两边 的磨削量严重不均衡，在传统的磨削过 程中，可以观察到工件的运动方向与砂 轮的切削方式相互垂直，由于工件在运 动中磨削点固定容易受损，工件会出现 磨削现象，由此容易降低非球面元件设 计的精密度。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 随着现代精密加工技术的进步， 现代非球面的磨削加工技术不断进步， 平面磨削技术的应用，可以改善传统的 磨削工艺，有效提高现代非球面元件的 磨削精密度。具体磨削方法如下：在非 球面元件磨削中，要根据工件的楔角大 小来调节夹具倾斜角度，一般可以通过 倾角来调节夹具的位置，这种设计方式 既能够有效减少工序，提高工作效率， 同时也能够减少磨削总量，避免出现精 密度问题；另外，在磨削加工中，让砂 轮的运动方向与工件的运动方向一致， 促使两个设计元件的运行速率保持平行 的状态，呈现出圆周分布的特点，其中， 在磨削点的设计上，磨削点改变传统的 固定形态，能够自由移动，因此可以自 由调节倾角，这种状态下，工件的磨损 程度明显降低，由此可以有效增加非球 面磨削的精密度，提高基本的效率。在 这种方法建设中，由于砂轮的使用宽度 增加，磨削面基本保持一致，以此可以 利用倾角来调节夹具的具体位置。综合 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 看来，平面磨削原理的应用有效降低了 磨削工作量，提高了加工效率。 3 非球面加工数控夹具的设计 3.1 夹具设计总体目标 在非球面加工数控夹具的设计上， 要重视夹具总体目标的建设，首先夹具 在建设过程中，要按照国家精度磨床标 准规定（618Kg）来确定，确保建设车 间的温度维持在 20 摄氏度左右，另外， 夹具在工作时，大多被吸附在电磁吸盘 上，在实际的加工数控夹具的设计中， 要遵循以下的设计要求：（1）设计楔 形非球面元件加工夹具，工作台面面积： 430mmx430mm；（2）可磨削的楔形非 球面最大尺寸：400mmx400mm，带有 工件装夹机构；（3）工作台面最大倾 角：士 80；（ 4）工作台面调平时，整 机高度不超过 150mm。 要将非球面加工数控夹具放置在 磨床上进行测试，确保整个设计过程是 独立的；另外，还要对工作台面进行精 密度测试，将其锁死，通过数控系统来 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 确定来提高夹具的精密度；一般还要将 工作平面的平面倾角控制在 012左右， 垂直回转角度为 08 。 3.2 夹具的类型 在这些夹具的整体设计上，包括 四种设计方案，可以将其分为两类，一 类是三自由度机械手模型，主要包括楔 块式、气动式以及三轴式倾角可调式夹 具，另外一种为手动控制夹具，主要包 括球面接触式倾角可调夹具。 三自由度机械手模型主要是由三 个旋转关节构成，在工作中，主要是通 过机械手的工作台面与底面进行作用， 促使工作台面与底座产生一定方向的倾 角，这种设计形式为楔块式、气动式以 及三轴式倾角可调式夹具的安装设计提 供基本的底座。 球面接触式倾角可调夹具属于手 动式机械，主要是利用球面来实现工作 台面的倾斜，通过摆杆机构来实现底座 的回转运动。夹具的主要结构是由底板、 凹球面体、钢套、Z 轴、定心套以及楔 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 盖等基本零件组成，通过现代机械精密 零件的组合，来实现夹具设计目标。在 手工机械零件的建设中，通过相关零件 的组合，实现零件的基本运动。 4 非球面加工数控夹具的设计模 型 在夹具的设计中，重视精度测量 能够有效提高夹具的设计精度，同时也 能够提高磨削加工精度。为了评价加工 误差，就要对加工插补误差以及工件形 面误差进行分析、计算。 4.1 插补误差分析 采用前述平行的磨削方法，在 x、y 方向采用线性插补的方式，另外在 z、y 的方向，圆弧砂轮上的磨削点是会 移动的，通过表面加工圆弧的方式，在 工件表面上形成平行加工轨迹，然后通 过点的设计 A（x，y）B（x1，y1）的 形式来确定加工店，应用直线插补的方 式进行直线建设，以此来模拟磨削的实 际轨迹。 图 1 主要是 xy 方向确定插补误 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 差示意图，其中直线 AB 为夹具磨削的 实际运行轨迹，与理想中的运行轨迹 AB进行比较，理想的磨削轨迹为 弧线 AB，x 轴方向上的加工误差可以 将其看做 CD 之间的距离，C 点为直线 AB 的重点，D 点为弧线 AB 与圆心延 长线的交c。 根据 xy 的方向 确定插补误差为，根据几何关系可知： =-（-）20.5 当倾角可调夹具的旋转角度存在 调整误差 （+ ）时看，通过 x、y 方向的加工误差产生影响，通过加工数 控夹具的目标轮廓偏转到弧线 AB 上，将的发小会由 CD 变为 CD，其 中 C作为直线 C 的延长线，通过与弧 线 AB的交点，然后计算的基本形 式： ，按照 的偏不误差，将弧线 AB 的实际位置偏转到弧线 AB的基 本位置， 偏转前后的坐标关系是： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 X=xcos -ysin Y=ycos +xsin 将所有的坐标点放置在式子中， 能够通过坐标的带入来减少数控夹具设 计的误差。 4.2 夹具精度设计与测试 在夹具的正向运动学以及误差原 理，通过定位进度等测试方法的应用， 能够有效的改进夹具的精确度。 图 2 夹具的具体设计上，主要是 由磁力座、激光位移感应器、基准面、 旋转轴以及平台 1、2 构成的，磁力座 磁吸附在平台 1 上，然后将激光位移传 感器与磁力座连接，将传感器与基准面 对准，调整合适的距离，确保能够让控 制器显示出合理的数据，其中测量点与 旋转轴距离是为 L，根据旋转的角度进 行实际测量。 夹具的几何精度主要是通过各旋 转关节产生的轴线跳动来体现，由于夹 具的 xyz 的轴回转精度测量，通过回转 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 精度的测量来计算夹具的测量数据，通 过轴数据的变化（平稳度） ，来观察回 转轴跳动幅度很小，通过工作平面度的 测量来提高零件的精密度。 一般坐标轴的误差坐标值为： = 根据数据将采样点绘制为一条折 线，通过折线条反映误差实际线。 5 结语 随着我国科学技术的发展，我国 光学系统的应用