CN103481155A - 一种Si非球面透镜的数控加工方法 - Google Patents

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回长顺
魏国梁
白庆光
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    • B24B13/00—Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor
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Abstract

本发明属于一种非球面光学元件光学加工方法，具体涉及一种Si非球面透镜数控加工的方法。它包括如下步骤，制作抛光模具；制作套环夹具；计算修整模层的角度，用电镀金刚石修整砂轮修聚氨酯模层；为用制作好的抛光模具、套环和电子纯抛光液粗抛光Si透镜的零件表面；用制作好的抛光模具、套环和电子纯抛光液粗抛光Si透镜；小修磨抛光头，对非球面面形进行修整，直至达到要求。其优点是，每加工一种零件都要制作一套工装夹具，所用的工装具有较强的通用性；选用Si抛光专用的SiO2抛光液，在保证面形精度的条件下提高生产效率达到最佳抛光效果。它同时提高了光学元件表面加工质量，达到产品加工的一致性，提高了加工效率。

Description

一种Si非球面透镜的数控加工方法
技术领域
本发明属于一种非球面光学元件光学加工方法，具体涉及一种Si非球面透镜数控加工的方法。
背景技术
在光学设计中，非球面透镜的选用比常规球面或圆锥曲线表面能提供更好的效果，因此其应用日趋增长。常规的加工方法采用的实际上是手工技巧，使得光学元件非常昂贵而无法大量应用。针对需要反复进行技巧性抛光和测量，或需要使用复杂、昂贵和高度专用技术的状况，西方国家一些公司开发了智能成型与抛光技术，可在常规和经济的基础上以很小的调整加工出超精密表面。该技术可加工光学玻璃及晶体材料；可加工高次非球曲面；可达到高精度表面；此类设备以智能控制方式运行，具有先进的铣磨、抛光工况监控和面向操作者的实时预测显示；只需较少次数的测量/铣磨抛光重复过程；此技术对如何高效率且可预测地达到高精度表面这一问题提供了一个新的解决方式。在光学行业，这一技术可用于磨具生产，透镜的单件生产。因此它使得光学设计人员可以在光学系统中较多的使用异形表面，尤其将大大扩展非球面光学元件的应用范围。
而目前光学分系统的生产加工有许多工艺难题。以上产品分属可见光和中长波红外几个不同波段，系统中所用光学材料又分为光学玻璃、光学晶体。不同材料要有与之相适应的研磨抛光工艺。
由于Si这种晶体材质较硬，克氏硬度为1150(ZnSe为110，Ge为780)，零件的表面质量不易达到设计要求，加工效率也极待提高。
国内近年有数控加工玻璃材料非球面的光学零件，或者是利用单点金刚石车削软质材料非球面的经验和方法，但是在Si非球面数控加工方面涉及的还是很少。目前多是只加工玻璃材料元件，技术水平也只是刚达到设备标称指标，少有进一步的开发。有单位加工过Si材料非球面零件，但没有达到零件的技术要求，加工方法尚在摸索中。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够在数控非球面抛光机床上实现的Si非球面透镜的数控加工方法。
本发明是这样实现的，一种Si非球面透镜的数控加工方法，它包括如下步骤，
(1)制作抛光模具，非球面最佳拟和半径Rf，硬质铝模具的半径Rm，聚氨酯模层厚度h，硬质率模具和聚氨酯之间用软胶粘接，
Rf=Rm±h
凸面取“+”，凹面取“-”；
(2)制作套环夹具，套环口径比零件直径大0.05mm～0.1mm，将透镜放进套环后锁紧夹具；
(3)计算修整模层的角度，用电镀金刚石修整砂轮修聚氨酯模层；
(4)为用制作好的抛光模具、套环和电子纯抛光液粗抛光Si透镜的零件表面；
(5)用制作好的抛光模具、套环和电子纯抛光液粗抛光Si透镜；
(6)小修磨抛光头，对非球面面形进行修整，直至达到要求。
本发明的优点是，使用专用的Si非球面面形加工所需铣磨、抛光的夹具与磨轮，此类数控加工设备与我们原有的古典法加工设备在轴系布局及工艺参数上有很多差别，它采用高速高压主轴和工件轴，冷却液、抛光液自动喷射等技术。因此在加工零件使用的工装和研磨工具方面与古典方法完全不同；同时非球面零件每种又有其不同的面形参数和外型尺寸，因此每加工一种零件都要制作一套工装夹具；本发明所应用的工装具有较强的通用性；在已有磨轮基础上制作加工碟式磨轮，拓展设备的使用功能，能部分加工零件的外型，达到设计要求；选择Si抛光磨抛光材辅料，光学材料由于其组合的成分不同，导致其硬度、化学稳定性、酸碱适应程度等千差万别。选用Si抛光专用的SiO2抛光液，在保证面形精度的条件下提高生产效率达到最佳抛光效果。增加一个抛光液罐，抛光液的化学成分不同，抛光不同材料零件时使用的抛光液体也有区分，这些抛光液不能混用。我们现在使用方法是加工不同材料零件时每次都要清洗设备和抛光液罐，每一个清洗周期要一个工作班时，否则清洗不尽会影响抛光质量。这不仅浪费原有的抛光液，还大大的浪费时间。本发明用一个专用抛光液罐，把玻璃材料及红外材料的抛光液分置于两个液罐里，配以与设备联结接口，换材料加工时只要更换抛光液罐的接口，免去了对液罐的清洗，既提高了效率又从根本上避免了抛光液的混没，保证加工质量。目前用高速抛光方法加工的Si透镜各项技术指标已能满足光学系统的技术要求，提高了此类光学元件表面加工质量，达到产品加工的一致性，稳定了产品质量，提高了加工效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细介绍：
一种Si非球面透镜的数控加工方法，它包括如下步骤：
(1)制作抛光模具，非球面最佳拟和半径Rf，硬质铝模具的半径Rm，聚氨酯模层厚度h，硬质率模具和聚氨酯之间用软胶粘接。
Rf=Rm±h
凸面取“+”，凹面取“-”。
(2)制作套环夹具，套环口径比零件直径大0.05mm～0.1mm，将透镜放进套环后锁紧夹具。
(3)计算修整模层的角度，用电镀金刚石修整砂轮修聚氨酯模层。
(4)为用制作好的抛光模具、套环和电子纯抛光液粗抛光Si透镜的零件表面。
(5)用制作好的抛光模具、套环和电子纯抛光液粗抛光Si透镜。
(6)小修磨抛光头，对非球面面形进行修整，直至达到要求。

Claims (1)

1.一种Si非球面透镜的数控加工方法，其特征在于：它包括如下步骤，
(1)制作抛光模具，非球面最佳拟和半径Rf，硬质铝模具的半径Rm，聚氨酯模层厚度h，硬质率模具和聚氨酯之间用软胶粘接，
Rf=Rm±h
凸面取“+”，凹面取“-”；
(2)制作套环夹具，套环口径比零件直径大0.05mm～0.1mm，将透镜放进套环后锁紧夹具；
(3)计算修整模层的角度，用电镀金刚石修整砂轮修聚氨酯模层；
(4)为用制作好的抛光模具、套环和电子纯抛光液粗抛光Si透镜的零件表面；
(5)用制作好的抛光模具、套环和电子纯抛光液粗抛光Si透镜；
(6)小修磨抛光头，对非球面面形进行修整，直至达到要求。
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