CN104607658A - 一种硒化锌镜片的超精密车削工艺 - Google Patents

Abstract

一种用于硒化锌镜片的恒定微夹角超精密车削工艺，车刀选用V型小圆弧刃的金刚石车刀。加工时工件绕工件轴为回转中心以一定角速度旋转，且工件始终保持V型金刚石车刀一侧的切削刃与过工件表面切削点的切线，这两者之间的夹角为固定值，并且夹角值小于2度，针对平面和曲面分别通过X、Z两轴联动和X、Z、B三轴联动实现的加工。相同的加工参数下，采用新工艺所获得的表面粗糙度要明显优于传统金刚石车削后的结果，与精细抛光后的效果相近，材料表面破损现象大为降低。并且通过实验表明，恒定微夹角金刚石车削工艺能更好的应用于硒化锌镜片的超精密加工。

Description

一种硒化锌镜片的超精密车削工艺

技术领域

发明一种用于硒化锌镜片的恒定微夹角超精密车削工艺。

背景技术

硒化锌晶体(SeZn)是一种黄色透明的多晶材料，在光学上表现为各向同性，具有优异的物理与化学性质，可用于制造蓝光半导体激光器、光探测器件、非线性光学器件、波导调制器等。同时，作为优秀的红外材料，在0.5-22μm透光范围内有良好的透射性能，基本覆盖可见一红外波段范围，是一种全天候光学装置的优良材料。特别在10.6μm处有极好的透过率，更是红外透镜、激光窗口、红外热像仪和高功率CO2激光器系统中光学器件的首选材料。

它可用来制作全反射镜、半反射镜、扩束镜、平场透镜、中红外镜片、远红外大小功率激光器上各种平凸透镜、凸凹月牙切割透镜、镀金反射镜、圆偏振镜、扩束镜、平场透镜等多种光学零件，广泛应用于激光、医学、天文学和红外夜视等领域中。

由于硒化锌晶体材质较软、易产生划痕，而且材料折射率较大，在其表面需要镀制高硬度减反射膜来加以保护并获得较高的透过率，特别在用做高功率激光器件时，需要严格控制材料内部结构缺陷，并要求纳米级的表面粗糙度和极低的亚表面损伤。这对硒化锌晶体材料的表面加工技术提出很高的要求，一般采用最小破坏程度的抛光技术。

对于普通的平面、球面等形状的硒化锌光学元件来说，通过传统的磨削和研抛技术就能够保证其表面粗糙度和形状精度的要求。但随着光电信息技术和红外成像技术的迅猛发展，各种高附加值的光电产品，已经转向各种复杂的光学曲面，譬如非球面、非回转对称的自由曲面等，这些光学元件除了继承高要求的表面光洁度外，对形状精度也提出了严格的要求。传统的研抛工艺和技术则很难实现复杂曲面的光学元件加工，特别是形状精度的要求。因此，需要采用新的加工技术来突破工艺瓶颈。

在众多超精密加工技术中，超精密金刚石车削技术可实现复杂结构曲面和有特殊要求光学零件的加工，能获得纳米级别的表面粗糙度和亚微米级别的形状精度，特别针对光学红外晶体和激光电子晶体材料。硒化锌晶体脆性大、硬度低，采用金刚石车削技术加工复杂曲面时，虽然能够保证形状精度的要求，但由于硒化锌晶体的高脆性，在车削过程中材料表层很容易发生破碎和崩裂，并造成严重的亚表面损伤，表面粗糙度较难控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：

提出一种恒定微夹角金刚石车削工艺，实现对平面和不同曲面形状的硒化锌镜片的超精密加工。与传统的单点金刚石车削工艺相比，相同的加工参数下，采用新工艺所获得的表面粗糙度要明显优于传统金刚石车削后的结果，与精细抛光后的效果相近，材料表面破损现象大为降低。

本发明的技术解决方案是，刀具选用V型的小圆弧刃的金刚石车刀，工件始终保持V型金刚石车刀一侧的切削刃与过工件表面切削点的切线，这两者之间的夹角为固定值，并且夹角值小于2度，针对平面和曲面分别通过X、Z两轴联动和X、Z、B三轴联动实现的加工。

以下结合图1所示实施例对本发明的恒定微夹角金刚石车削工艺做出进一步说明。

本发明工艺的工作过程是，以曲面加工为例，参见图1。刀具1选用V型的小圆弧刃的金刚石车刀，圆弧刃半径小于等于0.1mm，刀具前角为0度。工件2绕H_i轴为回转中心以角速度ω_i旋转，通过B轴的旋转控制，始终保持V型金刚石车刀1一侧的切削刃与过工件2表面切削点的切线，这两者之间的夹角k为固定值，并且夹角值小于1度，这样通过X、Z、B三轴联动实现曲面的加工。

本发明的技术原理是采用恒定微夹角金刚石车削时，与传统的单点金刚石车削相比，在相同的进给和切削深度情况下，未变形切屑厚度会更小，特别针对例如硒化锌晶体这类脆性较高的材料，可以尽量保证整个切削过程都在塑性切削模式下进行。这样可以提高工件被加工面的表面完整性，减少切削过程中材料表面的破损现象，更能降低亚表面损伤，达到获得光学级的表面光洁度的目的。

上述有关发明的简单说明以及后面的详细说明仅为较佳的实施例，并非限制。其他不脱离本发明的精神的等效改变或替换均应包含在本发明的专利范围内。

由上可知，相同的加工参数下，采用新工艺所获得的表面粗糙度要明显优于传统金刚石车削后的结果，与精细抛光后的效果相近，材料表面破损现象大为降低。并且通过实验表明，恒定微夹角金刚石车削工艺能更好的应用于硒化锌镜片的超精密加工。

附图说明

为了让本发明上述的其他目的、特征和优点更加明显易懂，下文特举一较佳的实例并配合附图进行详细说明。

图1是本发明工艺针对曲面工件的加工原理图。

在图1中：

1-V型金刚石车刀，2-曲面工件。

图2是本发明工艺的硒化锌平面和非球面镜片的实际加工过程。

1-硒化锌平面镜片，2-V型金刚石车刀，3-硒化锌非球面镜片。

图3是本发明工艺加工完成后硒化锌平面和非球面镜片的外观图。

1-硒化锌平面镜片，2-硒化锌非球面镜片。

图4是本发明工艺与传统单点金刚石车削工艺在相同加工条件下，加工完成后的对比微观图，放大倍数200倍。

1-传统单点金刚石车削工艺，2-本发明工艺。

具体实施方式

在此必须说明的是以下描述的结构并不包含完整的制程。本发明可以藉助各种制程技术来实施，在此仅提及了解本发明所需的制程与结构。以下将根据本发明所附图示进行详细的说明，请注意图示均为简单的形式且未依照比例描绘，而尺寸均被夸大以利于了解本发明。参见图2。

在采用本发明工艺的加工过程中，车刀2选用V型的小圆弧刃的金刚石车刀，刀具圆弧刃半径0.1mm。平面硒化锌镜片1和非球面硒化锌镜片3绕工件轴为回转中心以一定角速度旋转，分别通过X、Z两轴联动和X、Z、B三轴联动始终保持V型金刚石车刀2一侧的切削刃与过平面硒化锌镜片1和非球面硒化锌镜片3表面切削点的切线，这两者之间的夹角k为固定值，并且夹角值小于1度，实现超精密加工。

Claims (3)

1.一种用于硒化锌镜片的超精密车削工艺，其特征是，车刀选用V型小圆弧刃的金刚石车刀，硒化锌镜片绕工件轴为回转中心以一定角速度旋转；对平面硒化锌镜片，通过X、Z两轴联动，并始终保持参与切削的V型金刚石车刀一侧的直线切削刃与过平面硒化锌镜片表面切削点的切线，这两者之间的夹角为恒定微夹角，实现超精密加工；对回转对称曲面硒化锌镜片，通过X、Z、B三轴联动，并始终保持参与切削的V型金刚石车刀一侧的直线切削刃与过平面硒化锌镜片表面切削点的切线，这两者之间的夹角为恒定微夹角，实现超精密加工。

2.所选用V型小圆弧刃的金刚石车刀圆弧刃半径小于等于0.1mm，刀具前角为0度。

3.参与切削的V型金刚石车刀一侧的直线切削刃与过平面硒化锌镜片表面切削点的切线，这两者之间的夹角为恒定微夹角，且夹角值小于等于2度。