光学加工中真空夹具设计及分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 作者:陈华男

  为了在光学加工中快速、可靠地装夹光学元件,设计了真空夹具,对该真空夹具引起光学元件变形量进行了分析。首先,根据光学加工对夹具的要求,应用手动静压快速夹头以及传统真空吸盘结构,设计了真空夹具;接着,对真空夹具引起光学元件变形量进行了仿真分析,并根据分析结果改进了真空夹具结构;最后,针对改进后的真空夹具进行了仿真验证。仿真结果表明:有防护层的真空夹具引起光学元件表面最大变形量在0.1 μm~0.32 μm 之间,是没有防护层的真空夹具引起光学元件表面最大变形量的1/14。该种真空夹具可以应用于高精度光学加工中。

  真空夹持技术无污染、可靠、便捷的特点使其成为夹持表面光滑物件的最优选择。随着各式各样真空夹具的开发,真空夹持技术广泛应用于生产线物件搬运、机器人抓取工件、薄壁零件的机械加工等行业。尤其在高精度机械加工行业,真空夹具成为高精度机床的标配。在光学领域,真空夹具也得到了广泛的应用,如镀膜真空夹具等。在光学加工过程中,如何装夹光学元件对光学加工精度有直接影响。在光学加工中,光学元件装夹方式主要有胶粘法、三爪夹紧法以及真空吸附法等。近年来,真空吸附装夹技术在光学加工中得到越来越多的应用。

1、传统装夹方式

  胶粘法是使用胶粘的方式将光学元件固定在工作台上。胶粘法中,粘胶以及解胶步骤复杂,并且光学元件中心线与机床转轴同心调整困难。所以胶粘法应用较少,主要应用在实验室环境。三爪装夹是用三个爪支撑或者固定光学元件。三爪装夹对光学元件是三点支撑,势必对光学元件造成不对称变形,从而对光学元件的最终加工精度造成难以消除的影响[8]。如图1 所示,在三个夹紧点施加4.5 N 的夹紧力,光学元件表面三个夹紧点附近变形量大,其它位置变形量小。光学元件表面最大变形为0.11 μm。

三爪装夹引起的光学元件变形

图1 三爪装夹引起的光学元件变形

  三爪装夹针对底面为非平面的光学元件的装夹变得困难,需要复杂工装,因此,三爪装夹主要用于大口径平面镜的光学加工中,正在逐渐被真空吸附装夹方式替代。

结论

  本文设计了能应用于光学加工的真空夹具,对真空夹具所需的真空度进行了校核,并对该真空夹具引起光学元件变形量大小进行了分析。分析结果表明,有防护层的真空夹具,在真空度为0.24 bar~0.75 bar 时,对应引起的光学元件表面最大变形量为0.1 μm~0.32 μm,是没有防护层的真空夹具引起光学元件表面变形量的约1/14。该种真空夹具可以应用于高精度光学加工中。

参考文献

  [1] 田玲. 气动组合台真空吸附机械手系统设计[J]. 真空, 2001, (5) : 37-40.

  [2] 陈国良, 黄心汉, 王敏. 微操作机器人真空微夹研究[J]. 液压与气动, 2004, (9):66-68.

  [3] 魏勇, 伍爱民. 真空吸附夹具系统的设计[J]. 电讯技术, 2008, 48(4): 107-109.

  [4] 梅飞. 真空吸附夹具的有限元分析和优化设计[D].南京:东南大学, 2005, 12-55.

  [5] 余会凌. 真空吸夹具中的非线性有限元分析及应用研究[D]. 南京:东南大学, 2006, 15-40.

  [6] 姜燮昌. 真空获得技术面临的挑战与对策[J]. 真空,2007, 44(2):1-3.

  [7] 周国发, 雷小刚, 胡九成. 镀膜玻璃真空夹具的研制[J]. 南昌大学学报(工科版), 1995, 17(1): 35-38.

  [8] 王平, 田伟, 王汝冬, 等. 旋转支撑法去除元件面形测量的夹持误差[J]. 光学学报, 2011, 31(8):2-6.

  光学加工中真空夹具设计及分析为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/application/vacuumhandling/094039.html

  与 真空输运 真空夹具 相关的文章请阅读:

  真空输运http://www.chvacuum.com/application/vacuumhandling/