大型屋脊棱镜工装夹具的设计

大型屋脊棱镜工装夹具的设计
作者：刘凯宋佳妮王宇
来源：《科技资讯》 2014年第36期
刘凯，宋佳妮，王宇
（1.吉林电子信息职业技术学院吉林吉林132021）
摘要：由于大型屋脊棱镜个体较大，在真空蒸镀过程中，会产生较大的形变，而且其光学
薄膜的镀制将直接影响其光学成像的质量，本文主要针对大型屋脊棱镜的工装夹具进行了设计。

关键词：大型屋脊棱镜，工装夹具，设计
中图分类号：TH706
文献标志码 A
引言1
随着空间技术的日益发展，简单较小的的光学棱镜已经无法满足光学成像的需求，但大多
数棱镜(如屋脊棱镜)由于个体较大，受热不均，很难在其表面进行光学蒸镀膜；本文针对大型
屋脊棱镜的工装夹具进行了研究设计。

1 设备简介
采用的设备是韩国intec I350大型真空镀膜机，由于行星式工件架所能装载的零件较少，生产效率低下，故本设备所采用的是拨杆传动工件架，其结构简单，加工方便，能够满足大型
屋脊棱镜的工装夹具的装夹需求。

2 大型屋脊棱镜的热膨胀对夹具设计的影响
由于大型屋脊棱镜个体较大，在真空镀制的过程中需要均匀受热，但其由于大部分的夹具
所使用的材质为金属铝或者紫铜，其在高温的状态下，热膨胀系数不同，如表一所示，屋脊棱
镜在真空镀制完成之后自然冷却，同样各自的热膨胀系数不同，必然会引起棱镜损坏等不安全
的因素。

下面主要针对其工装夹具进行了设计。

3 大型屋脊棱镜工装夹具设计
3.1 使用专用夹条进行装夹
在使用专用夹条进行装夹时，发现由于屋脊棱镜使用试镀片，发现由于使用的夹条两边有
镀膜产生的定位边；而且由于屋脊棱镜体积较大，在金属和棱镜热膨胀系数不同，会导致在加
工过程中，如果预留热膨胀间隙较大，无法安全夹紧棱镜，棱镜在蒸镀过程中会被向心力，可
能导致棱镜被甩出的现象或者在棱镜的镀制完成后进行的自然冷却过程中，由于棱镜由受热膨
胀系数冷却过程中对夹条所产生的预紧力变化，可能会导致由于夹条间隙过大，导致棱镜夹条
上坠落。

如果预留的热膨胀系数间隙过小，棱镜受热后产生的变形，可能会导致夹条过紧，会
损坏棱镜的边缘表面。

综合以上两种情况，夹条显然能满足零件的装夹，但由于安全固因素，并不适合大规模的生产。

3.2 使用自行设计工装夹具进行装夹
首先我们所设计的工装夹具为可调式组合夹具，它是由棱镜专用夹具配合夹条的使用，其中夹条为加紧机构，两端由两颗定位螺丝孔，在上面安装螺丝产生夹紧力防止棱镜专业夹具在零件工架上由于棱镜镀膜高速转动，产生的向心力而发生移动。

棱镜专用夹具（如图1）其中E 和AB、CD加工边为夹具的定位部分，两端的螺丝孔为其夹紧装置。

当屋脊棱镜放在其上面，通过E可以防止出现间隙过大，棱镜坠落或者间隙过小，出现棱镜边缘损坏的现象。

但是通过光学设计仪器的预组，发现AB,CD定位边由于无法镀膜使光学设计仪器成像中边缘出现少量的光学畸变的现象，所以经过讨论和反复的实验证明，AB,CD边不应为其定位边，经过改进如图2
所示。

BC边和E区域为工装夹具的定位区域，但实验表明，由于B两端留好棱镜热膨胀的伸缩间隙，所以AB,CD两端会有少量蒸镀材料溢出，为防止污染其它表面，所以需要在其上预放置一层铝箔。

这样可以有效的防止二次蒸镀污染。

由于棱镜的热膨胀系数较大，为了防止棱镜受热卡死，因此在E和BC边要有预留量，BC定位边约宽度为0.5左右。

为防止棱镜在预加热过程中，由于向心力作用而在工装夹具中进行移动，因此在E端设计了简易的卸力装置。

4 结论
通过几次实验表明，工装夹具能够防止棱镜热膨胀所导致的各种问题，而且所出的大型屋脊棱镜也能满足其使用要求。

参考文献：
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[3] 缪鹏.双柑涡大功率磁偏转电子束蒸发枪的研制.微细加工技术.1994.2
[4] 赵玉清.电子束离子束技术[M].西安:西安交通大学出版社,2002.
作者简介：
刘凯（1982—03），男，吉林，汉族，硕士学位，讲师，教研室主任，光学冷加工及大型真空设备研制。

宋佳妮（1982—09），女，吉林，汉族，硕士学位，讲师，光学冷加工及大型真空设备研制。

王宇（1972—05），硕士研究生，讲师，机械设计及理论。

基金项目：
吉林省教育厅项目（项目编号：吉教科文合字[2011]第374号）
作者简介：刘凯（1982—03），男，吉林，汉族，硕士学位，讲师，教研室主任，光学冷加工及大型真空设备研制；宋佳妮（1982—09），女，吉林，汉族，硕士学位，讲师，光学冷加工及大型真空设备研制；王宇（1972—05），硕士研究生，讲师，机械设计及理论
*基金项目：吉林省教育厅项目（项目编号：吉教科文合字[2011]第374号）。