CN112171205A - 一种离子束辅助的铝合金反射镜加工方法 - Google Patents

一种离子束辅助的铝合金反射镜加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种离子束辅助的铝合金反射镜加工方法，包括：针对铝合金反射镜采用单点金刚石车削进行面形误差修正；利用磁流变工艺对采用单点金刚石车削后的铝合金反射镜表面进行进一步的修形加工；采用离子束抛光工艺对采用磁流变工艺修形加工后的铝合金反射镜表面进行进一步的修形加工，对磁流变工艺加工后的表面进行污染去除；利用化学机械抛光工艺对铝合金反射镜表面进行抛光。本发明通过引入离子束清洗，减少化学机械抛光的材料去除量，缩短抛光时间，降低划痕和面形破坏出现的机率，减少因面形不达标，划痕出现而导致的迭代加工过程次数，提高加工效率。

Description

一种离子束辅助的铝合金反射镜加工方法
技术领域
本发明属于光学加工技术领域，具体涉及一种离子束辅助的铝合金反射镜加工方法。
背景技术
铝合金反射镜具有质量轻，加工性能好的特点，在航空载荷应用方面具有广阔的前景，但是其加工仍存在一定的缺陷。铝合金具有化学性质活泼，表面质地软的特点，极易在加工过程中产生表面污染和表面划痕，反复的迭代降低铝合金反射镜的加工效率。
铝合金反射镜的加工技术手段主要是单点金刚石车削，但是由于单点金刚石车削属于母性加工，其加工精度不会超过机床本身的精度，以最新的Precitech公司的Nanoform700机床为例，其加工精度也只能到PV 0.125μm。其加工出来的反射镜也只能应用与红外波段。并且，加工过程中的振动和周期性的车削刀纹，也极大的影响了铝合金反射镜表面的粗糙度，造成光散射，降低镜面成像效果。为达到可见光波段应用，要求镜面面形误差RMS值达到15nm以下，表面粗糙度低于2nm。所以需要复杂的修形抛光方法来降低车削后表面的面形误差和粗糙度。
磁流变修形常作为车削后的下一步工序。磁流变技术可以快速的对铝合金表面实现修形加工，其稳定性较强，去除效率高，能获得可见光级的面形需求。但是，加工时会对表面造成污染。应用化学机械抛光的方法，可以有效去除表面的污染，但是常会造成表面的划痕和面形的破坏。所以，为了满足加工需求，主要通过反复的迭代加工，整体加工效率比较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：为了解决现有铝合金反射镜加工中由于加工迭代次数过多导致加工效率低的问题，本发明提供一种离子束辅助的铝合金反射镜加工方法，通过引入离子束清洗，减少化学机械抛光的材料去除量，缩短抛光时间，降低划痕和面形破坏出现的机率，减少因面形不达标，划痕出现而导致的迭代加工过程次数，提高加工效率。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种离子束辅助的铝合金反射镜加工方法，该方法包括：
1)针对铝合金反射镜采用单点金刚石车削进行面形误差修正；
2)利用磁流变工艺对采用单点金刚石车削后的铝合金反射镜表面进行进一步的修形加工；
3)采用离子束抛光工艺对采用磁流变工艺修形加工后的铝合金反射镜表面进行进一步的修形加工，对磁流变工艺加工后的表面进行污染去除；
4)利用化学机械抛光工艺对铝合金反射镜表面进行抛光。
可选地，步骤1)中采用单点金刚石车削进行面形误差修正时的结束条件为面形误差修正到RMS值优于第一预设阈值。
可选地，步骤2)中进行进一步的修形加工时的结束条件为面形误差修正到RMS值优于第二预设阈值，所述第二预设阈值比第一预设阈值小。
可选地，所述第二预设阈值为10nm。
可选地，所述第一预设阈值为100nm。
可选地，步骤3)的详细步骤包括：
3.1)调整离子束抛光的工艺参数，设定离子能量、工作电流与加工距离，根据上述工艺参数，针对磁流变工艺加工后的铝合金反射镜表面进行离子束去除函数的制作；
3.2)根据去除函数计算得到均匀去除指定深度的加工速度v；
3.3)引入加工调整因子n，该加工调整因子n的取值范围小于等于1，若加工速度v大于等于预设加工速度，则取加工调整因子n为1，确定进行扫描加工的扫描速度为加工速度v；若加工速度v小于预设加工速度，则调整加工调整因子n的大小，使得v/n大于等于预设加工速度，且确定进行扫描加工的扫描速度为v/n；
3.4)根据确定的扫描速度对磁流变加工后的铝合金反射镜表面迭代加工
Figure BDA0002707354810000022
次，其中
Figure BDA0002707354810000023
为下取整函数。
可选地，步骤3.1)中调整离子束抛光的工艺参数时，设定离子束的能量为800eV，工作距离为50mm，工作气体为氩气。
可选地，步骤3.2)中根据去除函数计算得到均匀去除指定深度的加工速度v具体是指根据去除函数采用正向卷积计算得到均匀去除指定深度的加工速度v。
可选地，步骤3.4)中根据确定的扫描速度对磁流变加工后的铝合金反射镜表面迭代加工
Figure BDA0002707354810000021
次时，单次迭代间隔指定的时间。
可选地，步骤4)之后还包括检测检测铝合金反射镜表面的面形与粗糙度的步骤，若满足面形误差RMS小于预设阈值、且表面粗糙度小于预设阈值，则判定完成铝合金反射镜加工；否则，跳转执行步骤2)继续进行加工。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：为了解决现有铝合金反射镜加工中由于加工迭代次数过多导致加工效率低的问题，本发明提供一种离子束辅助的铝合金反射镜加工方法，通过引入离子束清洗(离子束清洗技术常用在表面处理领域如光学薄膜加工等，可有效的去除表面污染，提高表面的光洁度)，从而能够减少化学机械抛光的材料去除量，缩短抛光时间，降低划痕和面形破坏出现的机率，减少因面形不达标，划痕出现而导致的迭代加工过程次数，提高加工效率，能够实现对表面污染进行预先去除以降低后续化学机械抛光的难度。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例离子束辅助的铝合金反射镜加工方法包括：
1)针对铝合金反射镜采用单点金刚石车削进行面形误差修正；
2)利用磁流变工艺对采用单点金刚石车削后的铝合金反射镜表面进行进一步的修形加工；
3)采用离子束抛光工艺对采用磁流变工艺修形加工后的铝合金反射镜表面进行进一步的修形加工，对磁流变工艺加工后的表面进行污染去除；
4)利用化学机械抛光工艺，采用应力盘与抛光液对铝合金反射镜表面进行抛光。
本实施例方法采用离子束抛光工艺对采用磁流变工艺修形加工后的铝合金反射镜表面进行进一步的修形加工，对磁流变工艺加工后的表面进行污染去除，从而能够减少后续化学机械抛光的加工时间，减少面形的破坏和划痕的出现。
本实施例中，步骤1)中采用单点金刚石车削进行面形误差修正时的结束条件为面形误差修正到RMS值优于第一预设阈值。
本实施例中，步骤2)中进行进一步的修形加工时的结束条件为面形误差修正到RMS值优于第二预设阈值，所述第二预设阈值比第一预设阈值小。
本实施例中，所述第二预设阈值为10nm。
本实施例中，所述第一预设阈值为100nm。
本实施例中，步骤3)的详细步骤包括：
3.1)调整离子束抛光的工艺参数，设定离子能量、工作电流与加工距离，根据上述工艺参数，针对磁流变工艺加工后的铝合金反射镜表面进行离子束去除函数的制作；
3.2)根据去除函数计算得到均匀去除指定深度的加工速度v；
3.3)引入加工调整因子n以防止离子束单次加工热变形，该加工调整因子n的取值范围小于等于1，若加工速度v大于等于预设加工速度，则取加工调整因子n为1，确定进行扫描加工的扫描速度为加工速度v；若加工速度v小于预设加工速度，则调整加工调整因子n的大小，使得v/n大于等于预设加工速度，且确定进行扫描加工的扫描速度为v/n；
3.4)根据确定的扫描速度对磁流变加工后的铝合金反射镜表面迭代加工
Figure BDA0002707354810000031
次，其中
Figure BDA0002707354810000041
为下取整函数。
本实施例中，步骤3.1)中调整离子束抛光的工艺参数时，设定离子束的能量为800eV，工作距离为50mm，以获得高效率高斯型去除函数，工作气体为氩气。
本实施例中，步骤3.2)中根据去除函数计算得到均匀去除指定深度的加工速度v具体是指根据去除函数采用正向卷积过程计算得到均匀去除指定深度的驻留时间矩阵和控制运动步距联合求解的加工速度v。
本实施例中，步骤3.4)中根据确定的扫描速度对磁流变加工后的铝合金反射镜表面迭代加工
Figure BDA0002707354810000042
次时，单次迭代间隔指定的时间以降低温度累积效应，防止热应力产生。作为一种可选的实施方式，本实施例中单次迭代间隔指定的时间具体是指单次迭代间隔30min。
本实施例中，步骤4)之后还包括检测检测铝合金反射镜表面的面形与粗糙度的步骤，若满足面形误差RMS小于预设阈值、且表面粗糙度小于预设阈值，则判定完成铝合金反射镜加工；否则，跳转执行步骤2)继续进行加工。作为一种可选的实施方式，本实施例中若满足面形误差RMS小于15nm、且表面粗糙度小于2nm，则判定完成铝合金反射镜加工。采用本实施方法单次流程即可完成加工目标，在针对口径为400mm的平面镜实施例中，相较于原来的长达15日的加工周期，本加工流程只需4日左右，极大的提高了加工效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种离子束辅助的铝合金反射镜加工方法，其特征在于，该方法包括：
1)针对铝合金反射镜采用单点金刚石车削进行面形误差修正；
2)利用磁流变工艺对采用单点金刚石车削后的铝合金反射镜表面进行进一步的修形加工；
3)采用离子束抛光工艺对采用磁流变工艺修形加工后的铝合金反射镜表面进行进一步的修形加工，对磁流变工艺加工后的表面进行污染去除；
4)利用化学机械抛光工艺对铝合金反射镜表面进行抛光。
2.根据权利要求1所述的离子束辅助的铝合金反射镜加工方法，其特征在于，步骤1)中采用单点金刚石车削进行面形误差修正时的结束条件为面形误差修正到RMS值优于第一预设阈值。
3.根据权利要求2所述的离子束辅助的铝合金反射镜加工方法，其特征在于，步骤2)中进行进一步的修形加工时的结束条件为面形误差修正到RMS值优于第二预设阈值，所述第二预设阈值比第一预设阈值小。
4.根据权利要求3所述的离子束辅助的铝合金反射镜加工方法，其特征在于，所述第二预设阈值为10nm。
5.根据权利要求3所述的离子束辅助的铝合金反射镜加工方法，其特征在于，所述第一预设阈值为100nm。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的离子束辅助的铝合金反射镜加工方法，其特征在于，步骤3)的详细步骤包括：
3.1)调整离子束抛光的工艺参数，设定离子能量、工作电流与加工距离，根据上述工艺参数，针对磁流变工艺加工后的铝合金反射镜表面进行离子束去除函数的制作；
3.2)根据去除函数计算得到均匀去除指定深度的加工速度v；
3.3)引入加工调整因子n，该加工调整因子n的取值范围小于等于1，若加工速度v大于等于预设加工速度，则取加工调整因子n为1，确定进行扫描加工的扫描速度为加工速度v；若加工速度v小于预设加工速度，则调整加工调整因子n的大小，使得v/n大于等于预设加工速度，且确定进行扫描加工的扫描速度为v/n；
3.4)根据确定的扫描速度对磁流变加工后的铝合金反射镜表面迭代加工
Figure FDA0002707354800000011
次，其中
Figure FDA0002707354800000012
为下取整函数。
7.根据权利要求6所述的离子束辅助的铝合金反射镜加工方法，其特征在于，步骤3.1)中调整离子束抛光的工艺参数时，设定离子束的能量为800eV，工作距离为50mm，工作气体为氩气。
8.根据权利要求6所述的离子束辅助的铝合金反射镜加工方法，其特征在于，步骤3.2)中根据去除函数计算得到均匀去除指定深度的加工速度v具体是指根据去除函数采用正向卷积计算得到均匀去除指定深度的加工速度v。
9.根据权利要求6所述的离子束辅助的铝合金反射镜加工方法，其特征在于，步骤3.4)中根据确定的扫描速度对磁流变加工后的铝合金反射镜表面迭代加工
Figure FDA0002707354800000021
次时，单次迭代间隔指定的时间。
10.根据权利要求1所述的离子束辅助的铝合金反射镜加工方法，其特征在于，步骤4)之后还包括检测检测铝合金反射镜表面的面形与粗糙度的步骤，若满足面形误差RMS小于预设阈值、且表面粗糙度小于预设阈值，则判定完成铝合金反射镜加工；否则，跳转执行步骤2)继续进行加工。
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