[发明专利]一种硅透镜非球面的超精密车削加工方法

说明书

本发明属于单点金刚石超精密车削技术领域，涉及一种硅透镜非球面的超精密车削加工方法，流程包括：下料、粗磨、精磨抛光、定心磨边、车削辅助件和车削非球面。本发明采用古典法对硅透镜的球面和拟合球面进行加工，此时可保证球面面形精度和表面质量，同时基本消除了拟合球面损伤层；采用光学定心法磨削硅透镜的外圆和端面，以外圆和端面为基准加工非球面，保证中心偏差技术指标；采用车削辅助件方式调整车削面形，避免后续车削硅透镜非球面时面形的反复修整，减小刀具磨损，提高硅透镜非球面面形质量。基于上述加工方法，采用单点金刚石车削硅透镜非球面，在金刚石刀具车削去除量极小的情况下，加工除符合技术要求的硅非球面透镜。

技术领域

本发明属于单点金刚石超精密车削技术领域，主要涉及一种硅透镜非球面的超精密车削加工方法。

背景技术

中国专利号：ZL201510823567.3，授权公告日是2017年08月11日，名称为“一种高精度CVD ZnSe透镜非球面加工方法”中公开了一种非球面透镜的加工技术，主要用于硒化锌材料非球面透镜的加工。该加工方法采用的工艺流程是：下料、磨外圆、粗磨、精修工装、粗车、半精车、精车、检测面型、反馈精修。上述加工工艺方法适用于硬度较小的红外材料(如：锗、硒化锌和硫化锌等)，对于硬度较高的硅材料非球面加工若采用该方法，使用的金刚石圆弧刀具在粗车和半精车时圆弧刃会产生极大的磨损，无法加工出符合技术要的面形精度和表面质量。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种能够保证硅透镜非球面的表面疵病等级和面形精度的超精密车削工艺方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种硅透镜非球面的超精密车削加工方法，采用古典法加工球面和拟合球面，然后采用定心磨边机进行定心，最后在用辅助件调整好车削精度前提下，用CNC超精密金刚石车床及金刚石圆弧刀具对硅透镜非球面进行超精密车削加工，具体包括以下步骤：

第一步：下料；

第二步：粗磨；

第三步：精磨抛光；

第四步：定心磨边；

第五步：精修工装；

第六步：车削辅助件；

第七步：金刚石车削。

如上所述的下料工步，用内圆切割机对硅材料切割下料，得到硅透镜毛坯，毛坯外圆留有0.5～3mm余量；中心厚留有0.5～4mm余量。

如上所述的粗磨工步，依据设计图纸中的非球面方程，计算非球面边缘矢高，采用三点画圆法(一个中心点和两个边缘点)得出非球面的最佳拟合半径，按照该半径对上步得到的硅透镜毛坯进行粗磨或铣磨开球面，得到透镜粗磨毛坯；粗磨毛坯的边缘厚度差、凸面对端面跳动量以及凸面对外圆跳动量应在0.01～0.08mm之内。

如上所属的精磨抛光工步，采用单轴机或数控铣磨抛光机加工球面和拟合球面，得到透镜精磨抛光毛坯。精磨抛光毛坯的边缘厚度差、凸面对端面跳动量以及凸面对外圆跳动量应在0.001～0.01mm之内，球面面形精度和表面质量符合技术要求，拟合球面表面质量符合技术要求，且对其光圈进行控制。

如上所述的定心磨边工步，球面采用光定心方式用磨边机将外圆和端面(总高)磨削至完工尺寸，外圆圆度不大于1μm。

如上所述的精修工装工步，采用CNC超精密金刚石车床，通过天然金刚石刀具对工装各个定位面进行超精密加工，毛坯的外圆与工装配合精度应小于0.005mm。

如上所属的车削辅助件，采用CNC超精密金刚石车床，车削加工同样规格的铝或锗零件，以面形精度为参考指标，将该指标调整至符合技术要求的精度；