[发明专利]一种铝酸镁光学半球薄壁件的高效超精密加工方法

说明书

本发明公开了一种铝酸镁光学半球薄壁件的高效超精密加工方法，通过设计高速研磨、抛光模具，研究模具制备和修整技术，将模具的面形精度控制在2μm以内；通过设计新的粘结用胶，研究粘接技术和工艺过程，解决半球薄壁件的面形变形问题；分析高速研磨、抛光技术对铝酸镁光学半球薄壁件面形精度和表面粗糙度的影响，研究加工区域材料去除机理；分析高速研磨、抛光工艺参数对研磨、抛光区域材料去除效率和表面质量的影响，创新性的采用准球心高速研磨抛光技术加工铝酸镁光学半球薄壁件，最终保证产品面形精度N＜2，ΔN＜0.2，表面粗糙度Ra<8nm，生产效率提高10倍以上，解决了铝酸镁光学半球薄壁件加工精度低和加工效率低的问题。

技术领域

本发明涉及光学薄壁件加工技术领域，具体涉及一种铝酸镁光学半球薄壁件的高效超精密加工方法。

背景技术

随着科学技术和工业的发展，先进陶瓷、硅锗半导体、蓝宝石玻璃等一些具有优良性能的硬脆难加工材料在电子、光学、仪器仪表、航空航天和民用等行业的需求量很大，应用前景十分广阔。

20世纪60年代到70年代采用传统的光学冷加工抛光的方法(散粒抛光方法)，通过对磨具材料、结构、抛光液及抛光粉等方面进行一系列的改进，使硬脆材料抛光表面达到超光滑表面的要求。美国用浴法抛光(Blow Feed Polishing)在熔石英表面获得了0.3nm RMS的粗糙度。

20世纪80年代，日本研制出第一台加工超光滑表面的延展性高精度磨床为代表。将粗磨、精磨、抛光融于一体，在超精密机床上加载在线修整砂轮磨削(Electrolytic In-process Dressing，ELID)技术，使砂轮在磨削中得到在线修整，成功实现硬脆材料延展性磨削(Duticle Mode Grinding)，由毛坯直接加工出工件。

20世纪90年代初美国Rochester大学光学中心的I.V.Pr okhorov，W.I.Kordonski，D.Golini及其众多合作者将电磁学、流体动力学、分析化学相结合而提出的一种新型的光学元件加工方法--磁流变抛光。1995年，该大学的光学加工中心(COM)利用MRF方法对一批直径小于50mm的球面和非球面光学元件进行了加工，材料为BK7的光学零件表面经过抛光后的表面粗糙度达到了1nm的超光滑表面质量；该大学的E.Fess等，对氮氧化铝加工抛光后，其光学表面的峰谷值小于1μm，表面粗糙度达到10nm。

国防科技大学的张发对多晶氟化镁的保形薄壁整流罩进行了加工试验研究，其采用多体系统理论对磨削加工机床进行了精度建模与误差分析，给出了磨削机床的几何精度误差，探讨了对刀误差对加工精度的影响规律；运用正交试验方法对热压多晶氟化镁材料的磨削、车削工艺参数进行了研究，确定了优化的加工参数；基于磁流变抛光斑点法检测了磨削和车削加工产生的亚表面损伤深度，研究结果为保形整流罩的加工提供了参考；并对典型保形整流罩样件进行了加工实验，利用三坐标测量方法与轮廓仪拼接测量方法对加工工件进行了测试，达到了所要求的设计指标。

哈尔滨理工大学的梁超针对蓝宝石薄壁整流罩因其材料的硬脆性且需要去除的材料较多，加工量较大的难题开展了相关研究，分析设计了蓝宝石数控加工的特殊工装并对加工方式进行了设定。最终得出了一套系统详细的可操作的大尺寸蓝宝石整流罩加工工艺；将模糊理论与正交试验结合对蓝宝石磨削加工工艺参数进行优化分析，通过正交试验的参数数据，利用模糊综合评价方法对工艺参数进行两两优化和总体的拟合，从而推导出蓝宝石数控加工工艺的整体优化参数组合；通过对优化参数的分析，结合设计的加工工艺，经过实际加工验证，从得到的成品实际数据可知：上述优化方法以及加工工艺是可行的。

洛阳光电研究所的徐岩等对多晶氟化镁的半球薄壁整流罩进行了抛光试验，通过抛光工艺的摸索，提高了零件表面质量，缩短了抛光时间，提高了产品的生产效率。徐岩，李彩双等人通过相应的实际研究从精研模、精研磨料、抛光膜层、抛光辅料、机床速度和压力等方面摸索出了一套加工蓝宝石整流罩的实际加工工艺方法，初步掌握了球形人造蓝宝石材料的加工特点并且提出了一种改进后的精研模具。