全文摘要
本发明涉及一种旋转半椭球非回转反射面结构的加工方法。通过该方法可有效降低较大尺寸旋转半椭球非回转反射面的加工难度和技术风险，具有加工精度高、成本低、结果可控性好等特点。其主要加工步骤为：1)加工两个1\/4椭球壳；2)中间过程回转体拼接；3)精铣加工中间过程回转体；4)安装封光堵头；5)对中间过程回转体进行精车；6)拼接反射面结构雏形；7)精铣反射面结构雏形；8)拼接二次中间过程回转体；9)精细抛光形成镜面；10)拼接最终反射面结构；11)镀膜。
主设计要求
1.一种旋转半椭球非回转反射面结构的加工方法，旋转半椭球非回转反射面结构由两个1\/4椭球壳拼接而成；其特征在于，采用以下步骤进行加工：1)根据待加工的旋转半椭球非回转反射面结构建立坐标系XYZ，定义XY平面为反射面结构的焦平面，且焦平面为半椭圆形，YZ面为反射面结构的拼接面，且拼接面为半圆形；2)加工两个1\/4椭球壳；2.1)粗加工；对基材进行粗铣，加工出两个1\/4椭球壳；1\/4椭球壳的两个端面分别为半椭圆形端面、半圆形端面；半椭圆形端面与所述坐标系XYZ中的XY平面对应；半圆形端面与所述坐标系XYZ中的YZ面对应；在半椭圆形端面上铣削出设备法兰，在半圆形端面铣削出拼接法兰；在1\/4椭球壳外表面上粗铣出多个通光孔，在1\/4椭球壳外表面通光孔周围加工堵头安装孔；2.2)半精铣加工1\/4椭球壳；分别对两个1\/4椭球壳的内表面进行半精铣；2.3)精铣加工1\/4椭球壳设备法兰；对设备法兰的轮廓进行精铣，并在设备法兰上加工设备法兰孔；3)中间过程回转体拼接；将两个1\/4椭球壳通过设备法兰对接装配成一个中间过程回转体；中间过程回转体的底面为圆形，与中间过程回转体的底面平行的水平截面均为圆形；中间过程回转体上与水平截面垂直的法向截面为半椭圆形；4)精铣加工中间过程回转体；精铣中间过程回转体外表面以及多个通光孔，并在拼接法兰上加工法兰连接孔；5)将封光堵头插装在通光孔内，并利用堵头安装孔将封光堵头固定在中间过程回转体上；6)对中间过程回转体进行精车；对拼接法兰进行精车加工；对中间过程回转体内表面进行精车加工；7)将中间过程回转体分离成两个1\/4椭球壳，再通过拼接法兰将两个1\/4椭球壳重新拼接安装成反射面结构雏形；反射面结构雏形的焦平面为椭圆形，与反射面结构雏形的焦平面平行的水平截面均为椭圆形，反射面结构雏形中与水平截面垂直的法向截面为半圆形；8)对反射面结构雏形进行精铣；精铣反射面结构雏形的设备法兰，同时在设备法兰上铣削出一个椭圆形台阶槽并加工底板定位孔以及底板连接螺纹孔；9)将反射面结构雏形拆分，然后利用设备法兰对接装配，形成二次中间过程回转体；10)对二次中间过程回转体的内表面进行精细抛光，从而在内表面形成镜面；11)将二次中间过程回转体拆分，然后利用拼接法兰对接装配，形成最终反射面结构；12)对最终反射面结构的内表面进行光学镀膜。
设计方案
1.一种旋转半椭球非回转反射面结构的加工方法，旋转半椭球非回转反射面结构由两个1\/4椭球壳拼接而成；其特征在于，采用以下步骤进行加工：
1)根据待加工的旋转半椭球非回转反射面结构建立坐标系XYZ，定义XY平面为反射面结构的焦平面，且焦平面为半椭圆形，YZ面为反射面结构的拼接面，且拼接面为半圆形；
2)加工两个1\/4椭球壳；
2.1)粗加工；
对基材进行粗铣，加工出两个1\/4椭球壳；1\/4椭球壳的两个端面分别为半椭圆形端面、半圆形端面；半椭圆形端面与所述坐标系XYZ中的XY平面对应；半圆形端面与所述坐标系XYZ中的YZ面对应；在半椭圆形端面上铣削出设备法兰，在半圆形端面铣削出拼接法兰；
在1\/4椭球壳外表面上粗铣出多个通光孔，在1\/4椭球壳外表面通光孔周围加工堵头安装孔；
2.2)半精铣加工1\/4椭球壳；
分别对两个1\/4椭球壳的内表面进行半精铣；
2.3)精铣加工1\/4椭球壳设备法兰；
对设备法兰的轮廓进行精铣，并在设备法兰上加工设备法兰孔；
3)中间过程回转体拼接；
将两个1\/4椭球壳通过设备法兰对接装配成一个中间过程回转体；
中间过程回转体的底面为圆形，与中间过程回转体的底面平行的水平截面均为圆形；
中间过程回转体上与水平截面垂直的法向截面为半椭圆形；
4)精铣加工中间过程回转体；
精铣中间过程回转体外表面以及多个通光孔，并在拼接法兰上加工法兰连接孔；
5)将封光堵头插装在通光孔内，并利用堵头安装孔将封光堵头固定在中间过程回转体上；
6)对中间过程回转体进行精车；
对拼接法兰进行精车加工；对中间过程回转体内表面进行精车加工；
7)将中间过程回转体分离成两个1\/4椭球壳，再通过拼接法兰将两个1\/4椭球壳重新拼接安装成反射面结构雏形；
反射面结构雏形的焦平面为椭圆形，与反射面结构雏形的焦平面平行的水平截面均为椭圆形，反射面结构雏形中与水平截面垂直的法向截面为半圆形；
8)对反射面结构雏形进行精铣；
精铣反射面结构雏形的设备法兰，同时在设备法兰上铣削出一个椭圆形台阶槽并加工底板定位孔以及底板连接螺纹孔；
9)将反射面结构雏形拆分，然后利用设备法兰对接装配，形成二次中间过程回转体；
10)对二次中间过程回转体的内表面进行精细抛光，从而在内表面形成镜面；
11)将二次中间过程回转体拆分，然后利用拼接法兰对接装配，形成最终反射面结构；
12)对最终反射面结构的内表面进行光学镀膜。
2.根据权利要求1所述的旋转半椭球非回转反射面结构的加工方法，其特征在于：所述封光堵头由堵头柱段、堵头盖组成；堵头盖上设有用于固定封光堵头的多个堵头固定孔以及多个堵头定位孔；堵头柱段一端与堵头盖固连，另一端为堵头镜面，堵头镜面与所述镜面保持良好的连续性。
3.根据权利要求1所述的旋转半椭球非回转反射面结构的加工方法，其特征在于：在执行步骤2.1)之后，执行步骤2.2)之前还需对1\/4椭球壳进行时效处理，消除1\/4椭球壳的内应力。
4.根据权利要求1所述的旋转半椭球非回转反射面结构的加工方法，其特征在于：所述步骤7)将中间过程回转体分离后需对分离的两个1\/4椭球壳进行清洗处理。
5.根据权利要求1所述的旋转半椭球非回转反射面结构的加工方法，其特征在于：所述步骤11)将二次中间过程回转体拆分后需对分离的两个1\/4椭球壳进行清洗处理。
6.根据权利要求1所述的旋转半椭球非回转反射面结构的加工方法，其特征在于：所述步骤10)采用金刚石刀具对二次中间过程回转体的内表面进行精细抛光。
设计说明书
技术领域
本发明属于光学加工技术及应用领域，涉及一种旋转半椭球非回转反射面结构的加工方法。
背景技术
半椭球反射面(x2<\/sup>\/a2<\/sup>+y2<\/sup>\/b2<\/sup>+z2<\/sup>\/c2<\/sup>＝1；z≥0)具有独特的空间结构特点，利用其共轭成像或汇聚特性，可以高效地简化光路，解决当前光学应用中存在的诸多技术问题。
根据椭球三轴关系，可将半椭球面分为非旋转半椭球面(z＝0时截面为椭圆)、旋转半椭球面(z＝0时截面为圆)两类，非旋转半椭球面又分三轴半椭球面(a≠b≠c)和旋转半椭球非回转面(a≠b＝c) 两种情况。
相比于旋转半椭球反射面，非旋转半椭球反射面的两个焦点远离反射面且与椭球横截面等距，光路更简单、应用前景更为广阔。
根据半椭球反射面工作原理，反射面的面型精度、光洁度、反射率等都是影响其应用效果的关键指标，实际应用中为保证被测物与测试系统的良好隔离，通常使用长轴尺寸较大且扁率较小的半椭球反射面。非旋转半椭球反射面具有非回转性，属于自由曲面加工范畴，其结构尺寸相对光学加工而言偏大，而加工精度要求又高于机械加工，通过常规方法难以达到精度要求，限制了其推广应用。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种旋转半椭球非回转反射面结构的加工方法，通过结构设计、分体式加工和光学镀膜，实现反射面结构的技术指标。通过该方法可有效降低较大尺寸旋转半椭球非回转反射面的加工难度和技术风险，具有加工精度高、成本低、结果可控性好等特点。
本发明的技术解决方案为：
本发明一种旋转半椭球非回转反射面结构的加工方法，旋转半椭球非回转反射面结构由两个1\/4椭球壳拼接而成；采用以下步骤进行加工：
1)根据待加工的旋转半椭球非回转反射面结构建立坐标系XYZ，定义XY平面为反射面结构的焦平面，且焦平面为半椭圆形，YZ面为反射面结构的拼接面，且拼接面为半圆形；
2)加工两个1\/4椭球壳；
2.1)粗加工；
对基材进行粗铣，加工出两个1\/4椭球壳；1\/4椭球壳的两个端面分别为半椭圆形端面、半圆形端面；半椭圆形端面与所述坐标系 XYZ中的XY平面对应；半圆形端面与所述坐标系XYZ中的YZ面对应；在半椭圆形端面上铣削出设备法兰，在半圆形端面铣削出拼接法兰；
在1\/4椭球壳外表面上粗铣出多个通光孔，在1\/4椭球壳外表面通光孔周围加工堵头安装孔；
2.2)半精铣加工1\/4椭球壳；
分别对两个1\/4椭球壳的内表面进行半精铣；
2.3)精铣加工1\/4椭球壳设备法兰；
对设备法兰的轮廓进行精铣，并在设备法兰上加工设备法兰孔；
3)中间过程回转体拼接；
将两个1\/4椭球壳通过设备法兰对接装配成一个中间过程回转体；
中间过程回转体的底面为圆形，与中间过程回转体的底面平行的水平截面均为圆形；
中间过程回转体上与水平截面垂直的法向截面均为半椭圆形；
4)精铣加工中间过程回转体；
精铣中间过程回转体外表面以及多个通光孔，并在拼接法兰上加工法兰连接孔；
5)将封光堵头插装在通光孔内，并利用堵头安装孔将封光堵头固定在中间过程回转体上；
6)对中间过程回转体进行精车；
对拼接法兰进行精车加工；对中间过程回转体内表面进行精车加工；7)将中间过程回转体分离成两个1\/4椭球壳，再通过拼接法兰将两个1\/4椭球壳重新拼接安装成反射面结构雏形；反射面结构雏形焦平面为椭圆形，与反射面结构雏形焦平面平行的水平截面均为椭圆形，反射面结构雏形中与水平截面垂直的法向截面为半圆形；
8)对反射面结构雏形进行精铣；
精铣反射面结构雏形的设备法兰，同时在设备法兰上铣削出一个椭圆形台阶槽并加工底板定位孔以及底板连接螺纹孔；
9)将反射面结构雏形拆分，然后利用设备法兰对接装配，形成二次中间过程回转体；
10)对二次中间过程回转体的内表面进行精细抛光，从而在内表面形成镜面；
11)将二次中间过程回转体拆分，然后利用拼接法兰对接装配，形成最终反射面结构；
12)在最终反射面结构的内表面进行光学镀膜。
进一步地，上述封光堵头由堵头柱段、堵头盖组成；堵头盖上设有用于固定封光堵头的多个堵头固定孔以及多个堵头定位孔；堵头柱段一端与堵头盖固连，另一端为堵头镜面，堵头镜面与所述镜面保持良好的连续性。
进一步地，在执行步骤2.1)之后，执行步骤2.2)之前还需对 1\/4椭球壳进行时效处理，消除1\/4椭球壳的内应力。
进一步地，所述步骤7)所述步骤7)将中间过程回转体分离后需对分离的两个1\/4椭球壳进行清洗处理。
进一步地，所述步骤11)将二次中间过程回转体拆分后需对分离的两个1\/4椭球壳进行清洗处理。
进一步地，所述步骤10)采用金刚石刀具对二次中间过程回转体的内表面进行精细抛光。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的加工方法，实现了对镜面采用精车抛光的操作方式，可有效降低较大尺寸旋转半椭球非回转反射面的加工难度和技术风险，具有加工精度高、成本低、结果可控性好等特点。
2、本发明提供的加工方法，可促进非旋转半椭球反射面的推广应用。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为旋转半椭球非回转反射面的结构原理图
图3为中间过程回转体的结构原理图；
图4为最终反射面结构的俯视图；
图5为最终反射面结构的仰视图；
图6为封光堵头的结构示意图。
附图标记为：
1-1\/4椭球壳，2-中间过程回转体，3-拼接法兰，4-设备法兰， 5-设备法兰孔，6-通光孔，7-封光堵头，8-椭圆形台阶槽，9-底板定位孔，10-底板连接螺纹孔，11-反射镜面，12-堵头柱段，13-堵头盖， 14-堵头固定孔，15-堵头定位孔，16-堵头镜面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行说明，应当理解，此处所描述的过程仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
对于旋转半椭球非回转反射面结构，其水平横截面为椭圆、法向截面为半圆，无法通过车床实现高精度加工。
因此本发明提供一种旋转半椭球非回转反射面结构的加工方法，由于旋转半椭球非回转反射面结构是由两个1\/4椭球壳拼接而成，因此其加工的具体实现步骤是，具体流程如图1所示：
步骤1)根据待加工的旋转半椭球非回转反射面结构建立坐标系 XYZ，如图2所示，定义XY平面为反射面结构的焦平面，且焦平面为半椭圆形，YZ面为反射面结构的拼接面，且拼接面为半圆形；
步骤2)加工两个1\/4椭球壳1；
步骤2.1)粗加工；
在基材上进行粗铣，加工出两个1\/4椭球壳；1\/4椭球壳的两个端面分别为半椭圆形端面、半圆形端面；半椭圆形设备法兰端面与所述坐标系XYZ中的XY平面(即反射面结构的焦平面)对应；半圆形拼接法兰端面与所述坐标系XYZ中的YZ面(即反射面结构的拼接面)对应；在半椭圆形端面上铣削出设备法兰，在半圆形端面铣削出拼接法兰；
在1\/4椭球壳外表面上粗铣出多个通光孔，在1\/4椭球壳外表面通光孔周围加工堵头安装孔；根据反射面结构的应用需求，多个通光孔6的轴线均通过被测物所处的焦点；
步骤2.2)对两个1\/4椭球壳1进行时效处理，消除1\/4椭球壳 1的内应力；
步骤2.3)半精铣加工1\/4椭球壳1；
分别对两个1\/4椭球壳的内表面进行半精铣；
步骤2.4)精铣加工1\/4椭球壳设备法兰；
对设备法兰4的轮廓进行精铣，并在设备法兰4上加工设备法兰孔5；
步骤3)中间过程回转体拼接；
将两个1\/4椭球壳1通过设备法兰4对接装配成一个中间过程回转体2；图3为中间过程回转体的原理结构图(图3中X′Y′坐标平面与图2中YZ平面等同，Y′Z′坐标平面与图2中XY坐标系平面等同)；
中间过程回转体2的底面(如图3中X′Y′平面)为圆形，与中间过程回转体的底面平行的水平截面均为圆形；
中间过程回转体2上与水平截面垂直的法向截面(如图3中Y′ Z′平面)均为半椭圆形；
步骤4)精铣加工中间过程回转体2；
精铣中间过程回转体2外表面以及多个通光孔6，并在拼接法兰 3上加工法兰连接孔；
步骤5)将封光堵头7插装在通光孔6内，并利用螺钉将封光堵头7固定在中间过程回转体2上；需要说明的是：为适应不同的工作模式，每个通光孔均配备相应的封光堵头，如图6所示，封光堵头7 由堵头柱段12、堵头盖13组成，堵头盖13上设有用于固定封光堵头7的多个堵头固定孔14以及多个堵头定位孔15；堵头柱段12一端与堵头盖13固连，另一端为堵头镜面16，堵头镜面16与所述反射镜面保持良好的连续性。
步骤6)对中间过程回转体2进行精车；
对拼接法兰进行精车加工；对中间过程回转体内表面进行车削；
步骤7)将中间过程回转体2分离成两个1\/4椭球壳，先对分离的两个1\/4椭球壳，进行清洗处理，去除残留物，再通过拼接法兰 3将两个1\/4椭球壳，重新拼接安装成反射面结构雏形；反射面结构雏形焦平面为椭圆形，与反射面结构雏形的焦平面平行的水平截面均为椭圆形，反射面结构雏形中与水平截面垂直的法向截面为半圆形 (该反射面结构雏形的原理图可参见图2)；
步骤8)对反射面结构雏形进行精铣；
精铣反射面结构雏形的设备法兰4，同时在设备法兰4上铣削出一个椭圆形台阶槽8并加工底板定位孔9以及底板连接螺纹孔10；该椭圆形台阶槽8、底板定位孔9以及底板连接螺纹孔10用于安装配合反射面结构使用的焦平面定位底板。
步骤9)将反射面结构雏形拆分，然后利用设备法兰4对接装配，形成二次中间过程回转体；
步骤10)对二次中间过程回转体的内表面进行精细抛光(精细抛光采用单点金刚石车削，不限于单点金刚石车削)，从而在内表面形成镜面11；
步骤11)将二次中间过程回转体拆分，先对拆分的两个1\/4椭球壳进行清洗处理，去除残留物，然后利用拼接法兰3再次对接装配，形成最终反射面结构，如图4-图5所示。
步骤12)在最终反射面结构的内表面进行光学镀膜。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201910185216.2
申请日:2019-03-12
公开号:CN109759799A
公开日:2019-05-17
国家:CN
国家/省市:87(西安)
授权编号:CN109759799B
授权时间:20191203
主分类号:B23P15/00
专利分类号:B23P15/00;G02B5/08
范畴分类:26H;
申请人:西北核技术研究所
第一申请人:西北核技术研究所
申请人地址:710024 陕西省西安市灞桥区平峪路28号
发明人:吴丽雄;杨鹏翎;王立君;陈绍武
第一发明人:吴丽雄
当前权利人:西北核技术研究所
代理人:唐沛
代理机构:61211
代理机构编号:西安智邦专利商标代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计