一种透镜成品的加工方法与流程

1.本发明涉及一种透镜成品的加工方法。


背景技术：

2.目前冷加工透镜成品的加工方法是采用铣磨、精磨、抛光、磨边工序依次加工后得到透镜成品，上述加工方法一方面步骤多、成本高、效率低，另一方面透镜成品的边厚差是通过最后一步磨边机磨边控制得到，现有常规磨边机磨边后得到的边厚差精度有限，最低边厚差精度可达0.005。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明的目的是提供一种无需经过磨边来获得高精度边厚差的透镜成品加工方法，该加工方法通过精磨加工工序即可获得高精度边厚差，从而省去了磨边工序，降低了加工成本。
4.技术方案：本发明所述的透镜成品的加工方法，依次包括铣磨、精磨和抛光工序；其中，精磨工序包括加工夹具和精磨模具；所述加工夹具为带弧面的夹具本体，夹具本体在弧面上设有三个圆心位于同一圆周面上的凹槽；精磨模具包括顶部开口的弧形凹槽；加工时，将待加工透镜固定于夹具本体的凹槽中，再将夹具本体置于精磨模具弧形凹槽中；根据透镜精磨成品的要求，其中透镜对应面曲率半径分别为r1和r2、透镜中心厚度为d，透镜直径为d，边厚差不大于f；假定以边厚差为0时对应的透镜厚度不变，透镜加工面曲率半径r值变化，得到透镜不同的边厚差值，假定以边厚差为0时对应的透镜加工面曲率半径r值不变，透镜厚度变化，得到透镜不同的边厚差值，从而得到透镜边厚差与中心厚度以及加工面曲率半径的关系；假定以边厚差为0时对应的透镜厚度和以边厚差为0时对应的透镜加工面曲率半径r值不变，透镜直径在d值的基础上变化，得到透镜不同的边厚差值；从而得到透镜直径与边厚差的关系；基于上述关系，从而得到透镜加工面曲率半径r值、透镜中心厚度d以及透镜直径d在允许的公差范围内分别对应的边厚差值，从而通过将透镜加工面曲率半径r值、透镜中心厚度d以及透镜直径d加工至其公差范围内的某一值，得到边厚差不大于f的透镜精磨成品。
5.其中，在加工透镜不同面时，对应的加工夹具不同，当加工透镜第一面时，对应的加工夹具i的凹槽内凹面为平面，当加工透镜第二面时，对应的加工夹具ii的凹槽内凹面为弧面。
6.其中，三个凹槽内均设有塑料环形圈，环形圈通过胶水固定在凹槽的内侧壁上。环形圈对透镜边缘产生阻挡作用，从而限定透镜前后左右方向的移动，环形圈耐磨性好，能够把透镜限定在凹槽内，即环形圈的作用是固定放置在夹具本体凹槽内的透镜。
7.其中，三个凹槽的深度一致，凹槽的深度是以加工夹具的弧形曲面为基准。
8.其中，所述精磨模具弧形工作面的曲率与精磨成品对应面的曲率一致。
9.上述透镜成品的加工方法，所述精磨工序具体包括如下步骤：
10.(1)基于透镜成品对透镜中心厚度、曲率半径以及边厚差的要求反推出精磨成品对透镜中心厚度、曲率半径和边厚差的要求；基于精磨成品对透镜对应面的中心厚度、曲率半径以及边厚差要求设计对应加工夹具的尺寸参数，包括加工夹具弧面的曲率、凹槽的尺寸和凹槽的排布关系；
11.(2)加工夹具弧面的曲率：加工时，凹槽内放置有垫皮；夹具本体弧面的曲率半径r3 垫皮的厚度＝透镜精磨成品对应面的曲率半径r1或r2(透镜待加工面的曲率数值是确定的，且与夹具本体的曲率是以一个圆心为基准，即夹具本体的弧面与待加工面完成加工后弧面为同心圆)；凹槽的尺寸：凹槽的内径为透镜的直径与环形圈的厚度之和；凹槽的排布关系：三个凹槽均匀分布在夹具本体弧面上，三个凹槽中心线与夹具本体中心线的夹角相等；夹具本体上三个均布凹槽的相邻部分必须有一定间隔的最小距离，以便放进夹具本体凹槽里的三个透镜边缘不会发生碰触，此时放进夹具本体凹槽里的三个环形圈相邻边缘不会碰触，同时夹具本体上的三个凹槽的相邻部分距离所形成的壁厚，也需要保证壁的强度，通常夹具本体的凹槽相邻距离要大于最小距离，也就是要保证壁厚的强度，预防在使用过程中变形，影响凹槽的位置精度；
12.(3)对透镜进行第一面加工，将三片透镜分别放置在加工夹具i的三个凹槽内，装有透镜毛坯的加工夹具i被下摆机压力头压在精磨模具上，该精磨模具弧形工作面的曲率基于精磨成品对应面的曲率要求进行调整，加工夹具i在高速旋转的精磨模具的带动下被动转动；
13.(4)加工完透镜其中一个面后得到精磨半成品，加工透镜另一个面，将三片精磨半成品分别放置在加工夹具ii的三个凹槽内，装有精磨半成品的加工夹具ii被下摆机压力头压在精磨模具上，该精磨模具弧形工作面的曲率基于精磨成品对应面的曲率要求进行调整，加工夹具ii在高速旋转的精磨模具的带动下被动转动；得到精磨成品。
14.其中，步骤(3)和步骤(4)中，压在加工夹具上的压力为0.5～10公斤，精磨模具的转速为800～3500转/分。
15.其中，步骤(3)和步骤(4)中，精磨模具的直径与加工夹具的直径比为1.5：1。
16.其中，步骤(3)和步骤(4)中，精磨模具中弧形工作面的曲率是基于精磨成品对应面的曲率而定，采用对应曲率的精磨模具加工3～5s后，停止加工，将透镜取出，对其加工面的曲率进行测量，如果满足要求，则进入下一步骤，如果不满足要求，则采用修整模具弧形工作面对精磨模具弧形工作面的曲率进行修整，修整模具弧形工作面的曲率与精磨成品对应面曲率相同，修整模具弧形工作面口径大于精磨模具弧形工作面的口径
17.加工时，透镜厚度的调整是基于精磨时间控制的，透镜对应面曲率半径是基于精磨模具的曲率半径控制的。把精磨模具的手柄通过治具固定到机器主轴上，把透镜毛坯放置在加工夹具上，然后将加工夹具放置到精磨模具的弧形工作面上，调整机器参数，启动机器加工，机器启动会自动导管喷射液体到精磨模具弧形工作面上，通过高速旋转的精磨模具与被动旋转的透镜毛坯加工面的相对运动，产生切削作用，获得透镜对应弧面的加工要求。
18.有益效果：相比于现有技术，本发明显著的优点为：本发明方法通过在精磨工序对透镜边厚差进行精准控制，达到透镜成品的高精度边厚差要求，省掉了磨边工序，大幅降低了成本；同时，精磨加工工序中，能一次加工多只透镜毛坯，加工产出数量成倍提高，大大提
高了加工效率；最后，在多片透镜精磨过程中透镜的半径，厚度变化较单片加工时变化频率低，修复比较简单。
附图说明
19.图1为加工夹具i的结构示意图；
20.图2为加工夹具的俯视图；
21.图3为采用加工夹具i得到精磨半成品的结构示意图；
22.图4为加工夹具ii的结构示意图；
23.图5为采用加工夹具ii得到精磨成品的结构示意图；
24.图6为装有透镜毛坯的加工夹具i放置在精磨模具中的结构示意图；
25.图7为其中一面加工后的结构示意图；
26.图8为装有精磨半成品的加工夹具ii放置在精磨模具中的结构示意图；
27.图9为两面均加工后得到精磨成品的结构示意图；
28.图10为精磨成品的结构示意图；
29.图11为精磨半成品的结构示意图；
30.图12为透镜毛坯的结构示意图。
具体实施方式
31.如图1～9所示，本发明所述的透镜成品的加工方法，依次包括铣磨、精磨和抛光工序；其中，精磨工序包括加工夹具和精磨模具9；加工夹具为带弧面的夹具本体11，夹具本体11在弧面上设有三个圆心位于同一圆周面上的凹槽10，三个凹槽中心线与夹具本体中心线的夹角相等，精磨模具9包括顶部开口的弧形凹槽4，精磨模具9还包括用于与外部旋转轴固定连接的手柄5；加工时，将待加工透镜100固定于夹具本体11的凹槽10中，再将夹具本体11置于精磨模具9弧形凹槽4中；根据透镜精磨成品的要求，其中透镜对应面曲率半径分别为r1和r2、透镜中心厚度为d，透镜直径为d，边厚差不大于f；假定以边厚差为0时对应的透镜厚度不变，透镜加工面曲率半径r值以对应边厚差为0时对应的曲率半径为基础进行变化，得到透镜不同的边厚差值，假定以边厚差为0时对应的透镜加工面曲率半径r值不变，透镜厚度以对应边厚差为0时对应的透镜厚度为基础进行变化，得到透镜不同的边厚差值，从而得到透镜边厚差与中心厚度以及加工面曲率半径的关系；假定以边厚差为0时对应的透镜厚度和以边厚差为0时对应的透镜加工面曲率半径r值不变，透镜直径在d值的基础上变化，得到透镜不同的边厚差值；从而得到透镜直径与边厚差的关系；基于上述关系，从而得到透镜加工面曲率半径r值、透镜中心厚度d以及透镜直径d在允许的公差范围内分别对应的边厚差值，从而通过将透镜加工面曲率半径r值、透镜中心厚度d以及透镜直径d加工至其公差范围内的某一值，得到边厚差不大于f的透镜精磨成品。
32.透镜直径的公差对透镜边厚差的影响是一个独立因素，不会受到透镜的中心厚度，曲率的改变而改变，但它会产生一定方向的边厚差，它与该透镜在不同厚度，光圈所产生的不同边厚差可以产生相互抵消的作用，进而得到透镜的边厚差值。
33.在加工透镜不同面时，对应的加工夹具不同，当加工透镜第一面时，对应的加工夹具i1的凹槽内凹面7为平面，当加工透镜第二面时，对应的加工夹具ii8的凹槽内凹面6为弧
面。内凹面7为平面的凹槽10用于放置透镜100，加工夹具ii对应凹槽的内凹面6为弧面，内凹面6为弧面的凹槽10用于放置其中一个面已精磨完成的精磨半成品90。
34.加工夹具采用金属或塑料制备而成，具有呈球形的球缺弧面，顶部设有多个凹槽，凹槽的圆心均匀分布在弧形表面，凹槽处的曲率面与球缺的曲率面是一致的，保证三个凹槽分布的均匀性。
35.其中，凹槽10内设有塑料环形圈2，环形圈2通过胶水固定在凹槽10的内侧壁上。环形圈2对凹槽内透镜边缘产生阻挡作用，从而限定透镜前后左右方向的移动，环形圈2耐磨性好，能够把透镜限定在凹槽10内，即环形圈2的作用是固定放置在夹具本体11凹槽10内的透镜。三个凹槽10的深度一致，凹槽10的深度是以加工夹具的弧形曲面为基准。加工时，凹槽10内放置有垫皮3，透镜的曲率面依靠与夹具本体凹槽10内的垫皮3面具有弹性来实现相互粘住，实现对透镜上下方向的限定，并通过环形圈2对透镜前后左右方向的限定，进而固定住透镜不会在凹槽里移动。垫皮3的外径略小于凹槽10的内径，垫皮3直接放置在凹槽10中。
36.精磨工序还包括至少一个精磨模具9，精磨模具9弧形工作面4的曲率与精磨成品对应面的曲率一致。精磨模具9弧形工作面4采用金属材料制备而成，弧形工作面4上铺设有金刚石层。
37.加工时，透镜厚度的调整是基于精磨时间控制的，透镜对应面曲率半径是基于精磨模具的曲率半径控制的。把精磨模具9的手柄5通过治具固定到机器主轴上，把透镜毛坯放置在加工夹具上，然后将加工夹具放置到精磨模具9的弧形工作面4上，调整机器参数，启动机器加工，机器启动会自动导管喷射液体到精磨模具9弧形工作面4上，通过高速旋转的精磨模具9与被动旋转的透镜加工面的相对运动，产生切削作用，获得透镜毛坯对应弧面的加工要求。
38.本发明透镜成品的加工方法，精磨工序具体包括如下步骤：
39.步骤1，先确定透镜第二面加工的参数(也是透镜精磨成品参数)：
40.(1.1)根据透镜抛光成品图及抛光工序的加工余量要求，确定透镜精磨工序精磨成品要求：r1＝21.0219、r2＝21.0219、透镜直径中心厚度d＝2.015mm、边厚差不大于0.0038mm，具体形状见图10；
41.(1.2)假定透镜厚度为边厚差为0时对应的厚度2mm不变，透镜加工面曲率半径r2在对应边厚差为0时的r值21的基础上进行递增变化，得到不同的边厚差值，见表4，假定透镜加工面曲率半径r值为21不变，此时对应边厚差为0时的曲率半径，透镜厚度在d值的2mm的基础上递增变化，得到不同的边厚差值，见表3；假定中心厚度2.15mm和透镜加工面曲率半径r值21不变，透镜直径在8mm的基础上递增或递减变化，得到透镜不同的边厚差值，见表5；
42.(1.3)根据厚度要求，查表3，厚度2.015的允许公差范围0.005时所对应的厚度为2.01、2.015、2.02，厚度为2.01、2.015、2.02所对应的边厚差为 0.0016、 0.0024、 0.0032；
43.(1.4)根据透镜加工面r2要求，查表4(表4为厚度不变，改变r2时边厚差的变化情况)，r2＝21.0219的公差0.0044时所对应的r值为21.0262、21.0219、21.0175，r值为21.0262、21.0219、21.0175所对应的边厚差为
‑
0.0054、
‑
0.0045、
‑
0.0036；
44.(1.5)根据透镜加工的直径要求，查表5，直径8mm的允许公差0.01时所对应的直径
为7.99mm、8mm、8.01mm，直径为7.99mm、8mm、8.01mm时所对应的边厚差为 0.0019mm、0mm、 0.0019mm；
45.(1.6)以上中心厚度、r1值、直径对应边厚差的关系为加减的关系，通过三者相互之间的任意加减得到边厚差最大值，是加工该透镜的关键指标边厚差最大值＝ 0.0016 0.00
‑
0.0054＝
‑
0.0038，约束品质的好坏是由边厚差最大值产生的；在列表时直接用 ，
‑
号指明边厚差的方向；
46.(1.7)加工机器参数设定：转速1800转/分，加载到加工夹具上的压力1公斤，加工时间20秒；
47.步骤2，再确定透镜第一面加工参数：
48.(2.1)根据透镜精磨成品图要求，确定透镜精磨工序精磨半成品要求：r1＝21.0219、r2＝21.0219、透镜直径中心厚度＝2.165mm、边厚差不大于0.0038mm，具体形状见图11；
49.(2.2)假定透镜厚度为边厚差为0时对应的厚度2.15mm不变，透镜加工面曲率半径r1在对应边厚差为0时的r值21的基础上进行递增变化，得到不同的边厚差值，见表2，假定透镜加工面曲率半径r值为21不变，此时对应边厚差为0时的曲率半径，透镜厚度在d值的2.15mm的基础上递增变化，得到不同的边厚差值，见表1；假定中心厚度2.15mm和透镜加工面曲率半径r值21不变，透镜直径在8mm的基础上递增或递减变化，得到透镜不同的边厚差值，见表5；
50.(2.3)根据厚度要求，查表1，厚度2.165的允许公差范围0.005时所对应的厚度为2.16、2.165、2.17，厚度为2.16、2.165、2.17所对应的边厚差为 0.0016、 0.0024、 0.0032；
51.(2.4)根据透镜加工面r1要求，查表2(表2为厚度不变，改变r1时边厚差的变化情况)，r1＝21.0219的公差0.0044时所对应的r值为21.0262、21.0219、21.0175，r值为21.0262、21.0219、21.0175所对应的边厚差为
‑
0.0054、
‑
0.0045、
‑
0.0036；
52.(2.5)根据透镜加工的直径要求，查表5，直径8mm的允许公差0.01时所对应的直径为7.99mm、8mm、8.01mm，直径为7.99mm、8mm、8.01mm时所对应的边厚差为 0.0019mm、0mm、 0.0019mm；
53.(2.6)以上中心厚度、r1值、直径对应边厚差的关系为加减的关系，通过三者相互之间的任意加减得到边厚差最大值，是加工该透镜的关键指标边厚差最大值＝ 0.0016 0.00
‑
0.0054＝
‑
0.0038；在列表时直接用 ，
‑
号指明边厚差的方向；
54.(2.7)加工机器参数设定：转速1800转/分，加载到加工夹具ii8上的压力1公斤，加工时间20秒；按计算透镜精磨成品的边厚差关键参数是由加工第二面时决定的，也就是加工精磨成品参数为，r＝21公差为0.0044，中心厚度为：2.015mm，公差为0.005，边厚差最大0.0038mm；
55.步骤3，确定透镜毛坯参数：直径8mm，公差0.01，厚度2.3mm，公差0.005，具体形状见图12；
56.步骤4，根据步骤1中的透镜加工完(精磨成品80)的具体参数反向设计加工夹具ii，装有加工完一面透镜(精磨半成品90)的加工夹具ii8如图4所示；加工夹具ii8中，凹槽10中心线与夹具本体11中心线的夹角为17
°
；
57.步骤5，根据步骤2中的透镜加工完(其中一面加工完)的具体参数反向设计加工夹
具i1，装有透镜毛坯100的加工夹具i1如图1所示，加工夹具i1中，凹槽10中心线与夹具本体11中心线的夹角为17
°
。
58.本发明方法得到的精磨成品既能实现透镜尺寸满足加工精度要求，又能使边厚差达到高的精度目标。
59.其中，表1为r1不变，厚度改变时边厚差的变化情况：
[0060][0061]
表2为厚度不变，r1改变时边厚差的变化情况：
[0062][0063]
表3为r2不变，厚度改变时边厚差的变化情况：
[0064][0065]
表4为厚度不变，r值改变时边厚差的变化情况：
[0066][0067]
表5为厚度、r值不变，直径与边厚差的关系：
[0068]