CN106270566A - 光学元件支撑镜框基准平面加工装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学元件支撑镜框基准平面加工装置。该光学元件支撑镜框基准平面加工装置包括：车床，椭圆振动切削装置，转接板以及刀杆接柄。所述车床具有回转主轴，X向运动轴以及Z向运动轴；所述光学元件支撑镜框设置在所述回转主轴上；所述椭圆振动切削装置固定设置在所述转接板上；所述转接板固定设置在刀杆接柄上；所述刀杆接柄设置在所述Z向运动轴上；所述椭圆振动切削装置包括刀具，所述椭圆振动切削装置通过在刀具的刀尖的X、Y方向通入驱动信号，使得所述合成后刀尖的轨迹为椭圆形。本发明还公开了一种光学元件支撑镜框基准平面加工方法。

Description

光学元件支撑镜框基准平面加工装置及加工方法

技术领域

本发明涉及机械领域，具体涉及一种光学元件支撑镜框基准平面加工装置以及加工方法。

背景技术

光刻投影物镜系统作为人类已知最为精密、复杂光学系统之一，光刻投影物镜光学系统对机械零件的加工精度有着极高的要求。光刻投影物镜光学系统是由几十片光学元件组合而成，光学元件的支撑主要是支撑镜框。这就要求支撑镜框有很高的形状和位置精度，尤其是光学元件支撑镜框的基准平面，它的平面度大小直接影响光学元件的面形和最终光刻投影物镜的性能指标。

现有的光学元件支撑镜框的基准平面主要靠高精度车削实现，在车削过程中，镜框的装夹主要有三爪卡盘、电磁吸盘两种方式，这两种方式都会引入残余应力和变形，会严重影响光学元件支撑镜框基准平面的平面度大小及沿圆周方向的分布形式，而且这些变形一旦产生就很难消除。另外，在光学元件支撑镜框基准平面切削过程中，存在较大的切削力，会引入切削应力，导致光学元件支撑镜框基准平面发生形变。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种光学元件支撑镜框基准平面加工装置。所述光学元件支撑镜框基准平面加工装置包括：车床，椭圆振动切削装置，转接板以及刀杆接柄。所述车床具有回转主轴，X向运动轴以及Z向运动轴；所述光学元件支撑镜框设置在所述回转主轴上；所述椭圆振动切削装置固定设置在所述转接板上；所述转接板固定设置在刀杆接柄上；所述刀杆接柄设置在所述Z向运动轴上；所述椭圆振动切削装置包括刀具，所述椭圆振动切削装置通过在刀具的刀尖的X、Y方向通入驱动信号，使得所述合成后刀尖的轨迹为椭圆形。

在一些实施例中，所述刀具为金刚石刀具。

在一些实施例中，所述金刚石刀具的刃口半径为10纳米至90纳米。

在一些实施例中，光学元件支撑镜框基准平面加工装置还包括支撑工装，所述支撑工装的尺寸和结所述构与所述光学元件支撑镜框的基准平面相适应，所述光学元件支撑镜框通过所述支撑工装设置在所述回转主轴上。

在一些实施例中，所述椭圆振动切削装置通过螺钉固定设置在所述转接板上。

在一些实施例中，所述转接板通过紧固螺钉固定在所述刀杆接柄上。

在一些实施例中，所述车床为立式车床。

在一些实施例中，所述刀具通过焊接、联接螺钉或压板机构联接设置在椭圆振动切削装置的前端。

本发明还提供了一种光学元件支撑镜框基准平面加工方法。所述光学元件支撑镜框基准平面加工方法包括：将光学元件支撑镜框放置在支撑工装上；将椭圆振动切削装置通过螺钉固定在转接板上；将转接板通过紧固螺钉固定在刀杆接柄上，并将刀杆接柄装在立式车床Z向运动轴上；启动椭圆振动装置，使所述椭圆振动装置的刀具的刀尖产生椭圆形运动轨迹以进行椭圆振动切削加工；将所述椭圆振动装置对准所述光学元件支撑镜框并进行椭圆振动切削加工。

在一些实施例中，所述光学元件支撑镜框基准平面加工方法还包括对所述椭圆振动装置的刀具的刀尖进行油雾冷却。

本发明的技术效果：本发明提供的光学元件支撑镜框基准平面加工装置和加工方法通过设置椭圆振动加工装置可以实现小切深，不会引入装夹变形和残余应力，从而提高光学元件支撑镜框基准平面加工的精度。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的光学元件支撑镜框基准平面加工装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

参考图1所示，是本发明提供的一种光学元件支撑镜框基准平面加工装置1000。所述光学元件支撑镜框基准平面加工装置1000包括：车床1，椭圆振动切削装置2，转接板3以及刀杆接柄4。所述车床1具有回转主轴11，X向运动轴12以及Z向运动轴13。所述光学元件支撑镜框5设置在所述回转主轴11上。所述椭圆振动切削装置2固定设置在所述转接板3上。所述转接板3固定设置在刀杆接柄4上。所述刀杆接柄4设置在所述Z向运动轴13上。所述椭圆振动切削装置2包括固定设置在所述椭圆振动切削装置2上的刀具21，所述椭圆振动切削装置2通过在刀具21的刀尖的X、Y方向通入驱动信号，使得所述合成后刀尖的轨迹为椭圆形。在切削过程中使刀具2与加工件、切屑周期性地接触、分离，最终达到材料去除目的。

在一些实施例中，所述刀具21为金刚石刀具。

在一些实施例中，所述金刚石刀具的刃口半径为10纳米至90纳米。这样就可以实现小切削厚度切削，切削力小，并且切削过程中需要的转速很低。

在一些实施例中，光学元件支撑镜框基准平面加工装置1000还包括支撑工装6，所述支撑工装6的尺寸和结所述构与所述光学元件支撑镜框5的基准平面相适应，所述光学元件支撑镜框5通过所述支撑工装6设置在所述回转主轴11上。

在一些实施例中，所述椭圆振动切削装置2通过螺钉固定设置在所述转接板3上。

在一些实施例中，所述转接板3通过紧固螺钉固定在所述刀杆接柄4上。

在一些实施例中，所述车床1为立式车床。

在一些实施例中，所述刀具21通过焊接、联接螺钉或压板机构联接设置在椭圆振动切削装置2的前端。

本发明还提供了一种光学元件支撑镜框基准平面加工方法。所述光学元件支撑镜框基准平面加工方法包括：

步骤一：将光学元件支撑镜框5放置在支撑工装6上。具体为：根据光学元件支撑镜框5基准平面的尺寸大小，设计相应尺寸大小的支撑工装6，并将支撑工装6通过螺钉固定在立式车床1的回转主轴11上。然后利用立式车床1加工与光学元件支撑镜框5基准平面对应的支撑工装6。当支撑工装6加工好后，将所述光学元件支撑镜框5自然放置在所述支撑工装6的支撑平面上，并保证光学元件支撑镜框5的支撑平面与支撑工装6的支撑平面干净无异物。对支撑工装6的要求是：具备较高的平面度精度，较高的表面粗糙度。

步骤二：将椭圆振动切削装置2通过螺钉固定在转接板3上。这个过程要保证椭圆振动切削装置2的金刚石刀具的刀尖相对立式车床1回转主轴中心轴线OO不偏心。

步骤三：将转接板3通过紧固螺钉固定在刀杆接柄4上，并将刀杆接柄4装在立式车床1的Z向运动轴13上。

步骤四：启动椭圆振动装置2，使所述椭圆振动装置2的刀具21的刀尖产生椭圆形运动轨迹以进行椭圆振动切削。椭圆振动切削是在普通切削的基础上，利用振动激励源使刀具产生一个沿椭圆形轨迹运动的附加振动，使刀具与工件之间形成一种变速切削，从而实现光学元件支撑镜框的加工。

步骤五：将所述椭圆振动装置2对准所述光学元件支撑镜框5并进行椭圆振动切削加工。

在一些实施例中，在步骤四和步骤五之间还可包括：启动椭圆振动装置2，并让其运行一段时间，使其达到稳定状态。

在一些实施例中，所述光学元件支撑镜框基准平面加工方法还包括对所述椭圆振动装置2的刀具21的刀尖进行油雾冷却。这样，在在切削过程中刀尖始终要油雾冷却，可以防止刀具温度过高加速刀具磨损，从而提高刀具的使用寿命。

本发明提供的光学元件支撑镜框基准平面加工方法可以实现小切削厚度切削，切削力小，并且切削过程中需要的转速很低，这样光学元件支撑镜框基准平面在加工过程中就不需要装夹，只需要放置在预先车削好的平面上即可，这样避免了装夹所产生的附加应力和变形，是一种无装夹应力的加工方法，相比其他加工方式更适用于光学元件支撑镜框基准平面的精密加工。

本发明的技术效果：本发明提供的光学元件支撑镜框基准平面加工装置和加工方法通过设置椭圆振动加工装置可以实现小切深，有效地降低切削力、抑制加工过程颤振、提高零件表面加工质量和延长刀具的使用寿命。且在切削过程中光学元件支撑镜框镜框是自然放置，不会引入装夹变形和残余应力，从而提高光学元件支撑镜框基准平面加工的精度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学元件支撑镜框基准平面加工装置，其特征在于，包括：车床，椭圆振动切削装置，转接板以及刀杆接柄；

所述车床具有回转主轴，X向运动轴以及Z向运动轴；

所述光学元件支撑镜框设置在所述回转主轴上；

所述椭圆振动切削装置固定设置在所述转接板上；

所述转接板固定设置在刀杆接柄上；

所述刀杆接柄设置在所述Z向运动轴上；

所述椭圆振动切削装置包括刀具，所述椭圆振动切削装置通过在刀具的刀尖的X、Y方向通入驱动信号，使得所述合成后刀尖的轨迹为椭圆形。

2.根据权利要求1所述的光学元件支撑镜框基准平面加工装置，其特征在于，所述刀具为金刚石刀具。

3.根据权利要求2所述的光学元件支撑镜框基准平面加工装置，其特征在于，所述金刚石刀具的刃口半径为10纳米至90纳米。

4.根据权利要求1所述的光学元件支撑镜框基准平面加工装置，其特征在于，还包括支撑工装，所述支撑工装的尺寸和结构与所述光学元件支撑镜框的基准平面相适应，所述光学元件支撑镜框通过所述支撑工装设置在所述回转主轴上。

5.根据权利要求1所述的光学元件支撑镜框基准平面加工装置，其特征在于，所述椭圆振动切削装置通过螺钉固定设置在所述转接板上。

6.根据权利要求1所述的光学元件支撑镜框基准平面加工装置，其特征在于，所述转接板通过紧固螺钉固定在所述刀杆接柄上。

7.根据权利要求1所述的光学元件支撑镜框基准平面加工装置，其特征在于，所述车床为立式车床。

8.根据权利要求1所述的光学元件支撑镜框基准平面加工装置，其特征在于，所述刀具通过焊接、联接螺钉或压板机构联接设置在椭圆振动切削装置的前端。

9.一种光学元件支撑镜框基准平面加工方法，其特征在于，包括：

将光学元件支撑镜框放置在支撑工装上；

将椭圆振动切削装置通过螺钉固定在转接板上；

将转接板通过紧固螺钉固定在刀杆接柄上，并将刀杆接柄装在立式车床Z向运动轴上；

启动椭圆振动装置，使所述椭圆振动装置的刀具的刀尖产生椭圆形运动轨迹以进行椭圆振动切削加工；

将所述椭圆振动装置对准所述光学元件支撑镜框并进行椭圆振动切削加工。

10.根据权利要求9所述的光学元件支撑镜框基准平面加工方法，其特征在于，还包括对所述椭圆振动装置的刀具的刀尖进行油雾冷却。