缸體精銑兩側(cè)面機(jī)床總體設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì)【銑兩側(cè)面】【說明書+CAD+3D】,銑兩側(cè)面,說明書+CAD+3D,缸體精銑兩側(cè)面機(jī)床總體設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì)【銑兩側(cè)面】【說明書+CAD+3D】,缸體,精銑兩,側(cè)面,機(jī)床,總體,設(shè)計(jì),夾具,說明書,CAD 用常規(guī)銑床制造準(zhǔn)光鏡 Daniel Boucher, Jean Burie, Robin Bocquet, and Weidong Chen 龔仁華譯 摘 要：這里描述了一種加工鏡子的改進(jìn)方法，仔細(xì)的選擇機(jī)器的參數(shù)和運(yùn)行的表面參數(shù)可以生產(chǎn)出具有足夠的λ>15的精度。大量的焦距在50毫米到900毫米之間的球形,拋物線形及橢圓形鏡子是使用這種方法加工的。埃里克森已經(jīng)研究出來了怎么把焦距比提到最高的方法。而這些光學(xué)儀器,基本上是用于研制我們的遠(yuǎn)紅外光譜儀。使用相當(dāng)?shù)偷脑磩恿涂梢栽谶@類儀器上完成最精確的光線設(shè)計(jì)。整個系統(tǒng)將被描述成為一個獨(dú)立的部分，人們將看到,光束傳播時的功率損耗已經(jīng)達(dá)到非常低的絕對水平,基本上不會超過1 - 2%。 關(guān)鍵詞：銑床：離軸角 1.介紹 在亞毫米波或者是遠(yuǎn)紅外領(lǐng)域，光線的傳遞比光線的反射的損耗要高出很多。主要是由于傳播的介質(zhì)材料具有較高的吸收作用和制造增透層要求較高。從高斯光束轉(zhuǎn)換方面來說，使用金屬反射鏡通常是一個很好的解決辦法。反射聚焦鏡在大功率處理的能力和寬頻帶操作上有額外的優(yōu)勢。 N.R·埃里克森在若干年前提出了一個很科學(xué)解決方法，他只用一臺傳統(tǒng)銑床來加工離軸鏡。這種方法已經(jīng)被許多工人在遠(yuǎn)紅外領(lǐng)域中使用，至今仍然很受歡迎。它使光學(xué)器件的生產(chǎn)成本適中,而且不影響銑削過程中相關(guān)步驟中固有的數(shù)值。在本文中,我們應(yīng)用拋物線原理和橢圓球面鏡檢查的細(xì)節(jié)對原來N.R·埃里克森的方法提出了一些調(diào)整和改進(jìn)。通過仔細(xì)估算誤差函數(shù)再加以修改得到的結(jié)果表明：大尺寸衍射限制的鏡子(即焦距比小的鏡子)可以比原來工作預(yù)期的更容易制造。 2.完成圓錐曲線 使用N.R·埃里克森的方法,確定圓錐曲線銑床的制造的表達(dá)式： r(z)=(ztanθ+S)+{[R-(z/cosθ)]±d} ( 1 ) 下圖表示銑床的配置。銑頭與常規(guī)垂直軸的夾角為（90°－θ）?；剞D(zhuǎn)臺的軸線被稱為Z軸，在Z=0的平面上，平面上測得的S長度就是刀具和回轉(zhuǎn)臺軸線的距離。d的長度就是在垂直面上銑削軸線與回轉(zhuǎn)臺手臂的軸線之間的距離，R表示刀具切削軌道的半徑。在任何情況下焦點(diǎn)都位于Z軸上的Z=0點(diǎn)。 俯視圖 光軸投影 旋轉(zhuǎn)臺軸線 旋轉(zhuǎn)臺手臂 部分切削 刀具 側(cè)視視圖 光軸 圖Ⅰ：銑床機(jī)構(gòu)原理圖 方程(1)得到的是雙重值,但我們可以看到下面只有“-d” 對應(yīng)一個真正的圓錐形函數(shù)。z級數(shù)展開大概為零，那么我們要解決的問就是： r(z)=[S+(R-d)]+(2Stane)z+[(d/Rcose)-l]z+(d/4 Rcosθ)z+(d/8 Rcosθ)z+ ....+ e1n2{[k(Rcose)] }z ( 2 ) 其中e=d/(Rcosθ)，K=1,2,3…..n 下面這個函數(shù)可以與在（2）表達(dá)式中圓錐函數(shù)的一般表達(dá)式相比較： r(z)=eh+(2eh)z+(e-1)z ( 3 ) 這個表達(dá)式用來證實(shí)前面提到由N.R·埃里克森得出的關(guān)于d的表達(dá)式的觀點(diǎn)。 在(3)中，e就是所謂偏心距參數(shù),它的作用為： e=1的時候是拋物線 e<1的時候是橢圓 e>1的時候是雙曲線 h確定圓錐曲線準(zhǔn)線的位置。 式中清楚地表明一個旋轉(zhuǎn)曲面可以被分為一個確定的數(shù)和發(fā)散函數(shù)高次項(xiàng)的總和E。即： E= （ 4 ） 其中En=e1n2{[n( Rcosθ)]}z 誤差函數(shù)的收斂性就可以很容易地表示為z < Rcoseθ。因此適當(dāng)?shù)倪x擇參數(shù)R,e、D(鏡子尺寸)可以減少加工中的誤差問題。 方程(2)可以用來表示機(jī)械參數(shù)中所有的圓錐曲線?？梢杂萌齻€同步的非線性方程解決。 e=d/(Rcos2θ) ( 5 ) h=Stanθ/e ( 6 ) eh=S+(R-d) ( 7 ) 這可以說明這個方法并不只適用于一種解決方案。 為了確定E函數(shù)的臨界值也可以添加一些額外的約束。在簡單考慮的基礎(chǔ)上可以獲得一個理論上的估計(jì)值。 對于衍射限制的聚焦鏡，表面粗糙度的均方值的不得超過λ/ 50。最大的表面誤差要求小于λ/17，這樣才能更好的達(dá)到其理想的性能。雖然這個問題不同于目前所說這種情況,表面誤差并不是隨機(jī)分布的，在衍射限制的條件下，可以用等效限制的方法來進(jìn)行合理的運(yùn)算。其中最大誤差用△r來表示。 △r =∣r(true conic curve)-r(actual generated curve)∣ ( 8 ) 屈服于 △r= E/2r = Ez/2r 其中 E=d/(4Rcosθ) ( 9 ) 根據(jù)衍射限制的條件我們可以得到： △r< k/17 或者 E < 2λf/D （10） 其中D是指鏡子的直徑。 (5),(6),(7)和(9)給出了四個方程式，結(jié)合機(jī)械參數(shù)和鏡子的參數(shù)可以得出： 4Eh=[( 1 +tanθ-e)tanθ/(1 +tanθ)(tanθ-e) ] ( 11) S=eh/tanθ (12) R=e/(2coseθE) (12) d=Recosθ (14) 這個問題就可以被精確地解決了。 由給定的方程式可以確定Eo，e和h，θ的值。同樣也可以得到S，R和d的值。 方程(13)可以看出，R的值是越大越好。但是在實(shí)際情況下它的數(shù)值是有限制的,它受到機(jī)械本身和機(jī)械振動的約束。一般在我們使用的機(jī)械系統(tǒng)中R = 100毫米是一個最大的值。 在這方面還有另外一點(diǎn)需要留意。我們注意到在當(dāng)Z=0的時候會獲得一個無效的廓形誤差,相應(yīng)的,對于一個拋物線,就是90°的離軸鏡。 假如橢圓表面的無效誤差明顯的符合相同的值Z=0。我們將會在下面看到更多在這種情況下的詳細(xì)說明，這代表一個特定的離軸的情況。偏心距參數(shù)e用來確定離軸角。在90°離軸的情況下不能達(dá)到。 在他的原著中對于任何加工型材任何離軸的情況的可能性，N.R·埃里克森都做出了結(jié)論。這項(xiàng)結(jié)論并不適用需要達(dá)到最高的輪廓精度的情況。 3.軸偏離90°的拋物面鏡子 作為第一個例子,我們將討論拋物面鏡子，100毫米90°焦距的時候,長軸固定,有限衍射為2500千兆赫。可接受的峰值錯誤是k / 17,接近6微米。 對于拋物面： e=1 h=f(1+cosφ) 其中f是鏡子的實(shí)際焦距，φ是離軸角。 對于f / 5拋物面約束(10)得到： E<1.2510 由方程(11)可得, θ可以取47.5°。S，R，d的值就可以通過求解非線性方程(12)，(13)，(14)來確定，可以得到： S=91.5mm，R=74.1mm,d=34.0mm 使用這些值可以得到一個誤差函數(shù)(8)的圖.II。這樣我們就可以得出結(jié)論：這個裝置在直徑20為毫米，對應(yīng)f / D = 5的時候?qū)⑦_(dá)到衍射極限。 △r(um) Z(mm) 圖 II 100毫米拋物面鏡子焦距的誤差函數(shù) 4.橢球面鏡 從ABCD定律來看橢圓球面鏡子可以看作是一個簡單聚焦元件，其等效焦距f由下面得到： f=f1f2/(f1+f2) fl、f2分別是焦點(diǎn)和橢球面截面的中心點(diǎn)。(圖.III)。 焦點(diǎn)是總是位于鏡子截面的中心。所以對離軸角小于90°。偏心距由廈門可以得到： e=sinφ/(1+cosφ) 這樣正如上文所言。fl-f2這對參數(shù)完全確定了離軸角φ的值。 參數(shù)可表示為： f1=f(1+cosφ),h=f1/sinφ E<2λf1/D 現(xiàn)在我討論橢圓球面鏡子的例子。相關(guān)的參數(shù)：等效焦距f= 100毫米,離軸角近似等于70°(即f1 = 134毫米)和f / 5，有限的衍射達(dá)到2500千兆赫,如：E< 1.6710。 求解非線性方程(11),(12),(13),(14)我們可以得到： θ=35.9° R=43.6 mm, S=130.7 mm, d=14.3 mm 圖.III橢圓球面鏡子 對于有給定的焦距和相同有限的衍射條件的情況，一個橢圓球面鏡子比拋物面鏡子的R要短。這意味著，一個R = 100毫米f / 5的橢圓球面鏡子有限的衍射的波長將短于15微米或有限衍射在2500千兆赫時系統(tǒng)的衍射極限將為f / d = 2.9。 因此,在相同的機(jī)械約束的條件下,橢圓系統(tǒng)等效焦距的制造精度將高于拋物面形。在這兩種情況下,離軸角有一個特定值，90°在之前，φ = cos(fl / f2)在之后。 5球形鏡子 作為一個眾所周知的特例，當(dāng)d = 0時方程(1)就是一個球形鏡子。對機(jī)械參數(shù)的選擇可以用下面這種方法： d=0, 0=0, S=(4f-R) 其中R是翼型刀的半徑，它的選取一般為2R>D。 6討論 性能受到扭曲影響的離軸鏡(Ld)或者受到正交偏振影響的離軸鏡(Lc): Ld=ωmtan(φ/2)/8f Lc=ωmtan(φ/2)/4f 其中ωm是鏡面的光束半徑,φ是鏡子離軸角。考慮到鏡子光圈和光線截斷的影像,要得到耦合效率約99%的一個基本高斯光束需要鏡面的直徑至少大于光束半徑的三倍。我們接下來可以得到： Ld=tan(φ/2)/128(f/D) Lc=tan(φ/2)/64(f/D) 對于由90°的離軸面鏡產(chǎn)生的基本高斯光束其離軸損失與焦距比的關(guān)系在下面的圖.IV中表示。這些損失在f / D>3的時候明顯可以忽略不計(jì)。 損失(%) f/D 圖.IV鏡子離軸損失和f/ D的變化關(guān)系 7.結(jié)論 這里描述了一種加工鏡子的改進(jìn)方法，仔細(xì)的選擇機(jī)器的參數(shù)和運(yùn)行的表面參數(shù)可以生產(chǎn)出具有足夠的λ>15的精度。大量的焦距在50毫米到900毫米之間的球形,拋物線形及橢圓形鏡子是使用這種方法加工的。埃里克森已經(jīng)研究出來了怎么把焦距比提到最高的方法。而這些光學(xué)儀器,基本上是用于研制我們的遠(yuǎn)紅外光譜儀。使用相當(dāng)?shù)偷脑磩恿涂梢栽谶@類儀器完成最精確的光線設(shè)計(jì)。整個系統(tǒng)將被描述成為一個獨(dú)立的部分，人們將看到,光束傳播時的功率損耗已經(jīng)達(dá)到非常低的絕對水平,基本上不會超過1 - 2%。 8.參考文獻(xiàn)： [1].N.R.ERICKSON, "Off-axis mirror made using a conventional milling machine", Appl. 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